日光燈一定是靠自感現(xiàn)象發(fā)光嗎

卞國華

摘 要：電感式鎮(zhèn)流器日光燈的發(fā)光過程必須依靠自感現(xiàn)象，而電子鎮(zhèn)流器卻是靠內(nèi)部電子元件直接把高壓加在燈絲兩端，擊穿燈內(nèi)的氣體，使得日光燈發(fā)光。目前，電感鎮(zhèn)流器由于它的功率因數(shù)低、耗能笨重、低電壓啟動性能差、頻閃等許多缺點，它的市場正慢慢地被電子鎮(zhèn)流器所取代。

關(guān)鍵詞：電感鎮(zhèn)流器；電子鎮(zhèn)流器；功率因數(shù)

在蘇教版物理選修3-2的第一章“電磁感應(yīng)”的第五節(jié)“自感現(xiàn)象”中，教材上重點介紹了自感的應(yīng)用——日光燈，其中啟輝器和鎮(zhèn)流器不可或缺。在課堂上，筆者運用演示教具——日光燈，展示其點燃過程的現(xiàn)象是：開關(guān)接通，啟輝器閃爍，日光燈管閃幾下后發(fā)光，很容易就能觀察到了鎮(zhèn)流器的自感現(xiàn)象。但細心的學(xué)生卻發(fā)現(xiàn)，教室里的日光燈既沒有啟輝器，打開時也沒看到日光燈閃幾下的過程。帶著這樣的疑問，筆者請教了學(xué)校的電工，才發(fā)現(xiàn)我們學(xué)校教室里使用的鎮(zhèn)流器并不是書本上介紹的電感鎮(zhèn)流器，而是電子鎮(zhèn)流器。本文將電感鎮(zhèn)流器與電子鎮(zhèn)流器作多方面的比較，從而讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的同時，激發(fā)他們運用物理知識解決和解釋生活和生產(chǎn)中的實際問題的興趣，培養(yǎng)他們勇于探究身邊物理學(xué)問題的能力。

一、兩者構(gòu)造上的區(qū)別

電感鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈，其匝數(shù)很多且為閉合鐵芯，自感系數(shù)很大。電子鎮(zhèn)流器使用半導(dǎo)體電子元件，是一種將直流或低頻交流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流電壓，驅(qū)動低壓氣體放電燈、鹵鎢燈等光源工作的電子控制裝置。

二、兩種鎮(zhèn)流器使得日光燈發(fā)光原理的區(qū)別

（1）使用電感鎮(zhèn)流器的日光燈工作原理。如圖1是電感鎮(zhèn)流器日光燈的電路圖，日光燈啟動時，開關(guān)閉合，電源電壓加在啟輝器的兩極間，使啟輝器中的氖氣發(fā)出橙紅色的輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹變形，跟靜觸片接觸從而把電路導(dǎo)通，于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管中的燈絲就有電流通過。此時，燈管中的燈絲被預(yù)熱。電路接通后，啟動器兩端電壓降低，其中的氖氣不再發(fā)出輝光，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小，由于自感現(xiàn)象產(chǎn)生一瞬時高壓，這個高壓和電源電壓疊加后一并加在燈管兩端，擊穿燈管中的汞蒸氣，燈管中形成通路，日光燈發(fā)光。

圖1 圖2

在實際生活中，有時由于燈管使用時間長，或者電源供電電壓不足，啟輝器動、靜觸片斷開的瞬間，電感鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的自感電動勢及電源電壓疊加后并沒能擊穿燈管中的汞蒸氣，這樣燈管會不斷地閃爍，直到燈絲被充分預(yù)熱，發(fā)射較多電子，燈管兩端電壓足以擊穿燈管中的汞蒸氣，日光燈才會被點亮。所以，在日光燈正常發(fā)光前，我們常會看到日光燈的閃爍現(xiàn)象。

日光燈正常發(fā)光后的工作電壓需低于220V，這時由于電感線圈對交流電的阻礙作用，其實也就是自感現(xiàn)象，燈管兩端的電壓和燈管的電流受電感鎮(zhèn)流器的“限制”而保持在規(guī)定的正常范圍內(nèi)，此時，并接在燈管兩端（燈管未正常點亮?xí)r為串連在兩端的燈絲回路）的啟動器由于電壓被鎮(zhèn)流器限制而不再“工作”，整個日光燈為正常的發(fā)光工作狀態(tài)。雖然日光燈正常工作后，不需要啟動器，但啟動的過程是不可缺少的。所以，電感鎮(zhèn)流器和啟輝器均是日光燈重要組成部分。

（2）使用電子鎮(zhèn)流器的日光燈工作原理。如圖2是電子鎮(zhèn)流器日光燈的電路圖。電源提供的依舊是正常生活用電的電壓220V。開關(guān)閉合，電子鎮(zhèn)流器先把220V的交流電經(jīng)過橋式整流后變?yōu)橹绷麟?。然后由三極管振蕩電路（DC/AC變換器）再變?yōu)檩^高頻率的（一般在20Hz～100Hz之間）“近似方波的交流電”，再經(jīng)過電路扼流圈（相當(dāng)于電感鎮(zhèn)流器的線圈）和有關(guān)電路給燈管兩頭燈絲加電（類似燈絲的“預(yù)熱過程”），而同時，并接在燈絲電路的“諧振電容”和燈絲組成一個諧振電路，使燈管內(nèi)氣體由于諧振電壓很高而被擊穿放電，燈管兩端直接導(dǎo)通（不經(jīng)過燈絲回路）；此時，諧振電容由于燈管的直接導(dǎo)通而被“破壞”了諧振條件，所以不形成諧振而停止“工作”，此時燈管便正常點亮發(fā)光。對此，我們發(fā)現(xiàn)，電感式鎮(zhèn)流器日光燈的發(fā)光過程必須依靠自感現(xiàn)象，而電子鎮(zhèn)流器卻是靠內(nèi)部電子元件直接把高壓加在燈絲兩端，擊穿燈內(nèi)的氣體，使得日光燈發(fā)光。因為擊穿電壓很高，電鍵接通的瞬間就能讓日光燈發(fā)光，所以我們不會看到日光燈閃爍幾下才正常發(fā)光的現(xiàn)象。

三、電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點

①節(jié)電省錢，比同規(guī)格電感鎮(zhèn)流器節(jié)電25%～30%。同等光照度下電子鎮(zhèn)流器輸入功率降低；自身功耗低，約為燈功率的5%（較電感鎮(zhèn)流器降低15%）；發(fā)光效率高， 產(chǎn)生熱能??；功率因數(shù)高（在交流電路中，電壓與電流之間的相位差Φ的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。其中視在功率指交流電電壓和電流的有效值的乘積），輸入電流減少，電力配線安裝要求及成本降低；不需要啟輝器，省去更換時間和費用。②因為電子鎮(zhèn)流器輸出到燈管兩端的電壓頻率高，日光燈管無頻閃，發(fā)光柔和，有益于保護視力。③啟動快，預(yù)熱后一次點燃燈管，不出現(xiàn)反復(fù)起輝、閃爍現(xiàn)象。④采用調(diào)頻、脈寬調(diào)制、光接收等技術(shù)，容易實現(xiàn)對熒光燈調(diào)光和光控智能開關(guān)。⑤市電220V和直流電源供電，日光燈也能啟動，甚至低壓（150V）下也能啟動。⑥噪音低，提高了照明環(huán)境質(zhì)量。高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器噪音可達35db以下，人們感覺不到噪音。⑦體積小、重量輕，安裝使用方便。⑧在燈開路、短路、過載等異常狀態(tài)下，具有保護功能，延長鎮(zhèn)流器壽命。

通過前面的比較分析，我們知道：在日常生活中使用的日光燈并不全是靠自感現(xiàn)象才能啟動工作的。電感鎮(zhèn)流器由于結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，作為第一種熒光燈配合工作的鎮(zhèn)流器，它的市場占有率還比較大，但是，由于它的功率因數(shù)低、耗能笨重、低電壓啟動性能差、頻閃等許多缺點，它的市場正慢慢地被電子鎮(zhèn)流器所取代。

（江蘇省高郵中學(xué)）