我的光源知識課件

1.0白熾燈發(fā)光原理結構白熾燈之所以有這樣的名稱，是因為電流通過燈絲（鎢絲，熔點達3000多攝氏度）時會產(chǎn)生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達到2000℃以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就會發(fā)出耀眼的光來。故稱之為白熾燈。白熾燈發(fā)光時，只有7～8%的電能變成可見光，90%以上的電能轉化成了熱，白白浪費掉?？梢姲谉霟舻陌l(fā)光效率很低。然而，它卻是電燈世界的開路先鋒。白熾燈，主要由玻殼、燈絲、導線、感柱、燈頭、氮氣等組成。玻殼做成圓球形，制作材料是耐熱玻璃，它把燈絲和空氣隔離，既能透光，又起保護作用。白熾燈工作的時候，玻殼的溫度最高可達100℃左右。燈絲是用比頭發(fā)絲還細得多的鎢絲，做成螺旋形?？雌饋頍艚z很短，其實把這種極細的螺旋形的鎢絲拉成一條直線，這條直線竟有1米多長。兩條導線表面上很簡單，實際上由內導線、杜美絲和外導線三部分組成。內導線用來導電和固定燈絲，用銅絲或鍍鎳鐵絲制做；中間一段很短的紅色金屬絲叫杜美絲，要求它同玻璃密切結合而不漏氣；外導線是銅絲，任務就是連接燈頭用以通電。一個喇叭形的玻璃零件是感柱，它連著玻殼，起著固定金屬部件的作用。其中的排氣管用來把玻殼里的空氣抽走，然后將下端燒焊密封，燈就不漏氣了。燈頭是連接燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘結在一起。玻殼燈絲內導線感柱外導線燈頭1.1白熾燈發(fā)展史人類使用白熾燈泡已有128年的歷史了。提起白熾燈泡，人們必然會聯(lián)想起愛迪生。實際上早在愛迪生之前，英國電技工程師斯旺(j.Swan)從40年代末即開始進行電燈的研究。經(jīng)過近30年的努力，斯旺最終找到了適于做燈絲的碳絲。1878年12月18日，斯旺試制成功了第一只白熾電泡。此后不久，他還在紐卡斯爾化學協(xié)會上展示過他的碳絲燈泡。在1879年10月21日的傍晚，愛迪生和助手們成功地把炭精絲裝進了燈泡。一個德國籍的玻璃專家按照愛迪生的吩咐，把燈泡里的空氣抽到只剩下一個大氣壓的百萬分之一，封上了口，愛迪生接通電流，他們日夜盼望的情景終于出現(xiàn)在眼前：燈泡發(fā)出了金色的亮光！在連續(xù)使用了45個小時以后，這盞電燈的燈絲才被燒斷，這是人類第一盞有廣泛實用價值的電燈。后來人們就把這一天定為電燈發(fā)明日。之后愛迪生還一直致力于白熾燈的改進，為了提高燈泡的質量，延長燈泡的壽命，愛迪生想盡一切辦法尋找適合制燈絲的材料。到1880年5月初，他試驗過的植物纖維材料共約6000種。在很長的一段時間里，愛迪生派遣了很多人前往世界各地尋找適合于制作燈絲的竹子。直至1908年的9年間，日本竹一直是供應碳絲的主要原料?，F(xiàn)代的鎢絲白熾燈到1908年才由美國發(fā)明家?guī)炖嬖囍瞥晒?。發(fā)光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特點是其熔點很高，即在高溫下仍能保持固態(tài)。事實上，一只點亮的白熾燈的燈絲溫度高達3000℃。正是由于熾熱的燈絲產(chǎn)生了光輻射，才使電燈發(fā)出了明亮的光芒。因為在高溫下一些鎢原子會蒸發(fā)成氣體，并在燈泡的玻璃表面上沉積，使燈泡變黑，所以白熾燈都被造成“大腹便便”的外型，這是為了使沉積下來的鎢原子能在一個比較大的表面上彌散開。否則的話，燈泡在很短的時間內就會被熏黑了。由于燈絲在不斷地被升華，所以會逐漸變細，直至最后斷開，這時一只燈泡的壽命也就結束了。經(jīng)過多年的研究，人們注意到，當燈泡里充有空氣的時候，雖然燈絲很快會被氧化，但是鎢的蒸發(fā)卻變慢了。原因其實很簡單：空氣是由多種成分組成的，使鎢氧化的只是占空氣總量1/5的氧氣；至于其余的大約占4/5的氮氣，它不僅沒有參與對鎢的破壞作用，相反地還干了好事——阻礙鎢分子的運動，降低鎢的蒸發(fā)速度。人們于是給鎢絲找到了一位保衛(wèi)它的好朋友——氮氣。氮氣就在空氣里，而且占了空氣的大多數(shù)，真可謂“踏破鐵鞋無覓處，得來全不費工夫”。過去我們?yōu)榱吮ＷC白熾燈延年益壽，不得不把玻殼中的空氣抽走，抽得越干凈越好，而現(xiàn)在為了同樣的目的，我們卻要做相反的工作，即把氣體——當然是不會跟鎢發(fā)生化學反應的氣體充到玻殼里去。氮氣是個懶惰的家伙，好自個兒東游西逛，跟誰也不愛打交道。它在很多地方派不上用場，可在白熾燈里卻可一顯身手。如果燈泡里是真空的，那么當鎢絲接通電源，溫度升高后，鎢的分子就會“蠢蠢欲動”，大量地脫離燈絲，“如入無人之境”，到處亂跑，直到碰在玻殼壁上被吸著時為止。玻殼里一旦充進了氮氣，白熾的燈絲周圍就會形成一薄層穩(wěn)定的氣體保護層，就像一道活的“籬笆”。每一個氮氣分子都是一名勇敢的戰(zhàn)士，守衛(wèi)在鎢絲的附近，對那些企圖脫離集體四處亂竄的鎢分子毫不客氣，狠狠地頂撞回去，叫它們重返工作崗位，繼續(xù)為光明服務。這樣一來，鎢絲的蒸發(fā)速度就慢得多了。結果是出現(xiàn)了充氮氣的白熾燈泡。1913年，蘭米爾首次往玻殼里充進氮氣，這是繼燈絲由炭絲改鎢絲后白熾燈的又一重要革新。直到目前為止，充氣仍然是抑制鎢絲蒸發(fā)的基本措施。白熾燈泡1.2白熾燈的未來在所有用電的照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，它所消耗的電能只有很小的部分，即12％－18％可轉化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了。至于照明時間，這種電燈的使用壽命通常不會超過1000小時。近期澳大利亞政府推出了一項逐步采用節(jié)能熒光照明設備，以減少溫室氣體排放的計劃，從2010年開始將禁止使用白熾燈泡。這是世界上第一個打算淘汰白熾燈泡的計劃。為了節(jié)能，為了環(huán)保，白熾燈泡將要壽終正寢了！全球白熾燈禁用時間表

澳大利亞2009年停止生產(chǎn)，最晚在2010年逐步禁止使用傳統(tǒng)的白熾燈。澳大利亞是世界上第一個計劃全面禁止使用傳統(tǒng)白熾燈的國家。

加拿大2012年前禁用白熾燈。加拿大是繼澳洲后第二個宣布將禁用白熾燈的國家。

日本到2012年止，日本將全面禁止制造、銷售、使用白熾燈。

美國2012年1月到2014年1月。從2012年1月到2014年1月間，美國要逐步淘汰40W、60W、75W及100W白熾燈泡，以節(jié)能燈泡取代替換。

中國發(fā)改委預計10年內禁用（禁售）白熾燈。

歐盟各國歐洲聯(lián)盟2009年9月起禁止銷售100瓦傳統(tǒng)燈泡，2012起禁用所有瓦數(shù)的傳統(tǒng)燈泡。英國首相布朗2007年上任后也宣布英國將一體遵行，改用省電日光燈。2008年，零售商開始停賣150瓦燈泡，2009年將停賣60瓦燈泡。目前，零售賣場就開始停止100瓦燈泡補貨，自愿停售期到2012年結束，之后政府才頒懲罰規(guī)則。

韓國2013年底前禁止使用白熾燈。

白熾燈泡1.4白熾燈的類型1）：按燈絲分類：分單螺旋和雙螺旋燈絲兩種2）：按燈頭分類：分螺口式和插口式兩種3）：按氣體分類：分真空和充氣兩種4）：按玻璃殼分類：有透明型、磨砂型、乳白型、反射型和彩色型等5）：按形狀分類：球型、梨型、柱型、蠟燭型和蘑菇型等燈具中常用的燈泡多是螺口燈頭，而吊燈常用的多是插口燈頭白熾燈泡1.5白熾燈的燈頭◆

白熾燈的燈頭常用的有E10、E14、E26、E27、E40、B22◆

E字帶頭的為螺口式，B為插口式◆E27指螺紋口直徑27mm的螺旋燈頭，E14就是螺紋直徑14mm的螺紋燈頭，B22就是插口直徑22mm。E27B22E14Φ27mm鹵素燈泡2.0鹵素燈發(fā)光原理結構鹵素燈泡與白熾燈的最大差別在于一點，就是鹵素燈的玻璃外殼中充有一些鹵族元素氣體（通常是碘或溴），其工作原理為：當燈絲發(fā)熱時，鎢原子被蒸發(fā)后向玻璃管壁方向移動，當接近玻璃管壁時，鎢蒸氣被冷卻到大約800℃并和鹵素原子結合在一起，形成鹵化鎢（碘化鎢或溴化鎢）。鹵化鎢向玻璃管中央繼續(xù)移動，又重新回到被氧化的燈絲上，由于鹵化鎢是一種很不穩(wěn)定的化合物，其遇熱后又會重新分解成鹵素蒸氣和鎢，這樣鎢又在燈絲上沉積下來，彌補被蒸發(fā)掉的部分。通過這種再生循環(huán)過程，燈絲的使用壽命不僅得到了大大延長（幾乎是白熾燈的4倍），同時由于燈絲可以工作在更高溫度下，從而得到了更高的亮度，更高的色溫和更高的發(fā)光效率。

鹵鎢燈的基本發(fā)光原理和白熾燈相同，都是熱輻射光源。不同的地方在于鹵鎢燈里面充入了特殊的工作氣體，其成分是95%的混合氣（二溴甲烷和氪氣）以及5%的高純氮，這些氣體在燈泡內建立了鹵鎢循環(huán)。具體過程是燈絲中的鎢揮發(fā)出來后，會超溫度較低的地方移動，然后在管壁處和溴Br結合生成WBr2；而在溫度較高處，WBr2又會分解，生成的W會回到燈絲上，Br回到工作氣體中，這就是整個鹵鎢循環(huán)的過程。通過這樣的鹵鎢循環(huán)，燈絲上的鎢不會逐漸揮發(fā)，由于“熱點”效應而是燈絲燒斷，也不會因為鎢在燈泡殼上沉積而發(fā)黑，其壽命得到大大延長。2.1鹵素燈簡介鹵鎢燈功率有5W、10W、15W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W、60W、70W、100W、150W、200W和250W等多種。工作電壓有6V、12V、24V、28V、110V和220V等多種。燈頭有螺口式（E10、E11、E14等）、插入式（GU5.3、GX5.3、GY6.35、GZ4和G8等）和直接引出式。其中杯燈還有帶前罩與不帶前罩之分。杯口直徑有25mm（MR8），35mm（MR11）和50mm（MR16）等幾種。反射角有8°、10°、12°、20°、24°、30°、36°、40°和60°等多種。由于鹵素燈中鎢的蒸發(fā)受到有效的抑制，加之鹵鎢循環(huán)消除了玻殼發(fā)黑，鹵素燈燈絲的溫度就可大大提高（高達3000℃），使鹵素燈的發(fā)光效率遠比普通白熾燈高。例如，白熾燈需要消耗75W電能才能達到960流明的光通量，而鹵素燈僅需50W。鹵素燈尤其吸引人的地方是它的體積小巧玲瓏，品種規(guī)格多種多樣，尤其杯燈可把光線集中反射，相對于散射型光源而言，消耗同樣電功率，可獲得強得多的照度，因此，人們覺得鹵素燈“特別明亮”，能使物體的表面色澤更絢麗，光彩更奪目，甚至覺得有迷人的閃爍效果。杯燈的反射角度有從窄到寬多種角度可供選擇（越窄越覺明亮），也給專業(yè)燈光設計提供很大的創(chuàng)意空間。

鹵素燈具有體積小、發(fā)光效率高（達17-33lm/W）、色溫穩(wěn)定（可選取2500K-3500K）、光衰小（5％以下）、壽命長（可達3000小時至5000小時）等特點，這些特點顯示出它有取代普通白熾燈的趨勢。但石英玻璃昂貴，鹵素燈的價格當然要比白熾燈高。2.2鹵素燈的未來1959鹵素燈問世從2012年9月1日開始，達到C級能效的透明鹵素燈可以在市場上銷售至2016年8月31日。從2016年9月1日開始，除非新技術出現(xiàn)，歐盟市場銷售的透明燈將只剩能效B級的低壓鹵素燈以及能效C級的帶G9或R7s燈頭的燈（豁免）。鹵素燈泡金屬鹵素燈2.4鹵素燈的類型MR11、MR16G4、G5、G9GU10AR70、AR111PARJC鹵素燈泡熒光燈熒光燈3.4熒光燈的優(yōu)缺點3.4.1優(yōu)點：3.4.2缺點：1價格適中單價比LED、金鹵燈、無極燈、冷陰極燈等光源便宜的多2明亮比白熾燈和鹵素燈的亮度要高的多，光束角360°，不會象LED燈那樣有照明死角，非常適合做主照明光源使用3省電、節(jié)能熒光燈的光效50-90lm/W，是白熾燈的5-10倍，因此100W才能達到的照明亮度，使用熒光燈只需10W就夠了。4壽命長壽命一般5000-10000小時，是白熾燈的5-10倍5照明環(huán)境佳顯色指數(shù)可達Ra85，6500K的色溫與陽光光色相近，在這種光環(huán)境下人識別顏色是不會產(chǎn)生色差，非常適合餐廳、印刷廠使用6發(fā)熱量小熒光燈發(fā)熱量是燈功率20%以下，而白熾燈是90%，象酒店密集使用不會造成熱聚集而需要開大空調，節(jié)約能源成本1含汞元素一支管徑為36毫米的粗管徑熒光燈含汞量為25-45毫克，我國每年的熒光燈產(chǎn)量約為8億只，每年消耗的熒光燈數(shù)量為4億多只，用汞量約為12噸。有害成分汞就會通過皮膚、呼吸或食物進入人體，對人類健康產(chǎn)生極大危害。2附件多附件多，因此故障機會較多，維護不是太方便。用于調光時，鎮(zhèn)流器更加復雜。3會發(fā)出紫外線對人的皮膚有傷害。4功率不能做得很大象一些體育場、戶外大型廣告牌需要大功率高亮度的光源，就無法勝任5不能頻繁開關不適合使用于走廊這種頻繁開關的場合。熒光燈3.4熒光燈的類型熒光燈3.4.1PL-S單U插拔管根據(jù)燈頭不同分為2針和4針，2G7為4針，一般用于電子鎮(zhèn)流器G23為2針，一般用于電感鎮(zhèn)流器功率一般為5W、7W、9W、11W燈管頭部分U型、π型、H型、平頭3.4.2PLC2U插拔管按照燈頭不同分為2針和4針G24d-12針13WG24d-22針18WG24d-32針26WG24Q-14針13WG24Q-24針18WG24Q-34針26W功率一般為：7W、10W、13W、18W、26W燈管頭部有U型、π型、H型、平頭3.4.3PLT3U插拔管燈頭一般有圓形和六角形的GX24q-14針13WGX24q-24針18WGX24q-34針26W、32WGX24q-44針42W功率一般為：13W、18W、26W、32W、42W燈管頭部有U型、π型、H型、平頭3.4.4PL單H插拔管燈頭為2G11，一般均為4針功率一般有：18W、24W、36W、40W、55W3.4熒光燈的類型熒光燈3.4.5直管T4、T5燈頭為G5、T8以上為G13按燈管直徑一般有：T2、T4、T5、T8、T10、T12T代表tube，表示管狀。后面那個數(shù)字表示1/8英寸的倍數(shù)。T12直徑38.1mmT10直徑31.8mmT8直徑25.4mmT5直徑16mmT4直徑12.7mmT2直徑6.4mm

3.4.62D燈管（TC-DD）燈座分為2針和4針GR82針用電感鎮(zhèn)流器GR10q4針用電子/電感功率一般為：10、16W、21W、28W、38W、55W16W、21W燈管相同28W、38W燈管相同3.4.72C雙環(huán)管按管徑一般有T6、T8兩種功率一般為：18W、38W、40W、55W、70W3.4.82U排管（TC-L）燈頭為2G10，一般均為4針功率一般有：18W、24W、36W、40W、55W3.4.9環(huán)形燈管燈頭為GR10q，一般均為4針按燈管直徑一般有：T2、T4、T5、T6、T8、T10、T12這種燈管的功率比較多，最大可做到70WLED光源4.0LED發(fā)光原理

LED（LightEmittingDiode[1]），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由三部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。燈頭是連接燈座和接通電源的金屬件，用焊泥把它同玻殼粘結在一起。4.1LED光源的發(fā)展史1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實際應用；更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應，研究被摒棄了。二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德國用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光。再一次因發(fā)光暗淡而停止。1936年,GeorgeDestiau出版了一個關于硫化鋅粉末發(fā)射光的報告。隨著電流的應用和廣泛的認識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個術語。二十世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的實驗中使用半導體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。據(jù)說在早期的試驗中，LED需要放置在液化氮里，更需要進一步的操作與突破以便能高效率的在室溫下工作。第一個商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應用于感應與光電領域。60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光LED。磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。到70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵蕊片（一個紅色另一個是綠色）能夠發(fā)出黃色光。就在此時，俄國科學家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。第一個有歷史意義的藍光LED也出現(xiàn)在90年代早期。，再一次利用金鋼砂—早期的半導體光源的障礙物。依當今的技術標準去衡量，它與俄國以前的黃光LED一樣光源暗淡。90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強度的綠光和藍光銦氮鎵Led。超亮度藍光蕊片是白光LED的核心，在這個發(fā)光蕊片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自蕊片上的藍色光源再轉化為白光。就是利用這種技術制造出任何可見顏色的光。今天在LED市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。白熾燈自發(fā)明以來已有150年歷史,而白光LED燈泡生產(chǎn)才幾年。目前在市場上已有白光LED的手電筒、在礦上有白光LED的礦燈,不僅亮度好,而且節(jié)電。家用白光LED燈泡目前還沒有上市,而且目前只能生產(chǎn)小功率的燈泡,在亮度方面還不如節(jié)能熒光燈亮,且價位還較高,普通家庭還難以接受。

隨著半導體材料及工藝技術的進步,生產(chǎn)量的增加,筆者認為可能還需3～5年時間,LED照明燈的性能會進一步地提高,價格也會不斷地下降,它將逐步地進入千家萬戶,給您帶來節(jié)電、明亮的新的光源。LED光源LED是由電流驅動的器件，其亮度與正向電流呈比例關系（見下圖），與正向電壓沒有直接關系。此圖是1-3W的LED的曲線圖，X軸坐標是正向電流，Y軸坐標是LED的亮度，從圖中可以看出，當正向電流為350mA時，LED亮度為100%，當正向電流提高1倍700mA時，亮度為175%左右，并不是等比例增大的。LED亮度與正向電流關系4.4LED光源的散熱由于LED的光電轉換效率極差，大約只有15%至20%左右電能轉為光輸出，其余均轉換成為熱能，因此，當大量使用LED于一塊模組，這些極差的轉換效率將造成散熱處理的大問題。其問題點為：1.這些熱將造成LED模組的溫度上升，當溫度升高:A、工作電流減少（如圖一）B、光強減少（如圖二）2.這些熱將影響LED驅動器的效率、損害磁性元件及輸出電容器等的壽命，使LED驅動器的可靠度降低。3.這些熱將嚴重降低LED的壽命，加速LED的光衰。

LED光源LED溫度對亮度的影響LED溫度對壽命的影響LED光源超大功率LED超大功率LED是由若干顆小LE