РадиоЛоцман - Все об электронике

Лампочка Шешина будет конкурировать со светодиодами

Сотрудники кафедры вакуумной электроники МФТИ совместно с учеными из ФИАН создали и испытали прототип катодолюминесцентной лампы общего освещения, основанной на явлении автоэлектронной эмиссии и обладающей не достигнутыми никем в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света. Соответствующая работа опубликована в международном научном журнале Journal of Vacuum Science & Technology B.

Революция лампочек
«Революция лампочек». Дизайнер: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ.

Ставшие уже привычными в быту светодиодные лампочки — не единственная экономичная альтернатива лампам накаливания: с 1980-х годов в мире изучают возможность применения для общего освещения так называемых катодолюминесцентных светильников. Их работа основана на том же принципе, что и кинескопы старых телевизоров: внутри вакуумной колбы находятся катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод), между которыми создается значительная разность потенциалов (до десятка киловольт). Под действием электрического поля электроны, испускаемые катодом, бомбардируют поверхность анода, под которой нанесен слой люминофора, и заставляют последний светиться (Рисунок 1).

Схема устройства лампочки
Рисунок 1. Схема устройства лампочки: 1 — модуль катодного модулятора;
2 — катод; 3 — модулятор; 4 — испускаемые электроны;
5 — люминофор; 6 — анод (алюминиевое зеркало); 7 — вывод анода;
8  — стеклянная вакуумная колба.

Такая лампочка хороша тем, что может излучать свет практически в любой области спектра — от красной до ультрафиолетовой, — зависит только от люминофора. Но особенно актуальна сейчас возможность катодолюминесцентных ламп работать в ультрафиолетовой области спектра. Дело в том, что вот-вот вступит в действие международная Минаматская конвенция, запрещающая производство и оборот бытовых приборов, содержащих ртуть. Россия тоже поставила подпись под этим документом, и с будущего года люминесцентные лампы, излучающие в ультрафиолетовом спектре, а потому широко используемые у нас для освещения теплиц, окажутся вне закона. Катодолюминесцентные же осветительные приборы, излучающие тот же ультрафиолет, никакой ртути не содержат и вообще абсолютно экологичны как в эксплуатации, так и при утилизации.

Михаил Данилкин из ФИАН уточняет:«Есть отрасли, из которых ртутные лампы будут вытесняться крайне медленно и неохотно - например, водоподготовка и водоочистка, дезинфекция воздуха. Но в медицине - это другое дело, поскольку проблема утилизации ртутных ламп отдельными медицинскими учреждениями до конца так и не решена, а требования по экологической безопасности всё ужесточаются. Так, катодолюминесцентные лампы можно использовать для обеззараживания операционных, для проведения процедур по облучению ультрафиолетом горла и миндалин, а также для отверждения пломб у стоматологов».

Катодолюминесцентные лампочки пытались серийно производить и продавать в США. Но рынок не принял новинку — в основном из-за ее громоздких размеров и необходимости ждать после включения несколько секунд, пока катод достигнет рабочей температуры. (По той же причине старый кинескопный телевизор начинал показывать не сразу после включения, а после того, как прогреется).

Впрочем, существуют и катоды, не требующие нагрева, — так называемые автокатоды. Их принцип действия основан на явлении автоэлектронной эмиссии — испускании электронов холодным катодом под действием одного лишь электрического поля, за счет туннельного эффекта. Но создать эффективный, долговечный и при этом технологичный автокатод, имеющий приемлемую для массового производства себестоимость, крайне сложно: ни в Японии, ни в США, где сейчас ведутся подобные работы, этого сделать до сих пор не удалось.

А российским физикам — удалось.

«Наш автокатод построен на основе обычного углерода, — рассказывает Евгений Шешин, руководитель работы, профессор МФТИ, заместитель заведующего кафедрой вакуумной электроники. — Но этот углерод работает не просто химикатом, а структурой: мы научились создавать из углеродных волокон такую конструкцию, которая не боится ионной бомбардировки, дает высокий эмиссионный ток, технологична и дешева в производстве. Это чисто наше ноу-хау, такой технологии нет больше нигде в мире».

Специальная обработка углеродного материала позволяет формировать на острие катода множество микровыступов размером в доли микрона (Рисунок 2). Они создают вблизи поверхности катода сверхвысокую напряженность электрического поля, которая и выбивает электроны в окружающий вакуум.

Модуль катодного модулятора
Рисунок 2. Модуль катодного модулятора (а): стрелка указывает на
излучающий катод. Увеличенное изображение излучающего
катода, изготовленного из углеволокна (b). Фото предоставлено
авторами исследования.

Второе достижение ученых Физтеха — им удалось сконструировать компактный источник питания для автокатодной катодолюминесцентной лампочки, обеспечивающий необходимые для эффективной эмиссии электронов киловольты. Он целиком помещается по периметру колбы лампочки, почти не влияя на ее размеры (Рисунок 3).

Лабораторные прототипы катодолюминесцентных лампочек
Рисунок 3. Лабораторные прототипы катодолюминесцентных лампочек
со встроенным блоком питания на стандартном цоколе E27 с
рассеивателем (a) и без него (b). Cветовой поток каждой из них
достигает 250 лм, что приблизительно соответствует
25-ваттной лампочке накаливания. Потреблямая мощность — 5.5 Вт.
Фото предоставлено авторами исследования.

В опубликованной работе по результатам испытаний прототипа приводятся его технические характеристики. Эти данные свидетельствуют, что катодолюминесцентные лампочки при массовом производстве вполне способны на равных конкурировать с массовой светодиодной продукцией из Китая. Они помогут окончательно вытеснить и экологически опасные ртутные люминесцентные лампы, которые мы сейчас повсеместно используем в своих квартирах.

«Наша лампочка не боится повышенных температур, в отличие от светодиода, — говорит Дмитрий Озол, соавтор работы, сотрудник кафедры вакуумной электроники МФТИ. — И может эксплуатироваться там, где светодиод быстро потеряет яркость, например, в спотовых потолочных светильниках, где не обеспечивается хорошее охлаждение».

Лампы не содержат импортных комплектующих, не требуют при производстве импортного сырья и, в принципе, могут выпускаться на любом отечественном электроламповом заводе. 

mipt.ru

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Вообще-то я про паяльную станцию и говорил: "пластик светодиода расплавится, а пластина как была холодная (услловно) так и осталась...." Моими 25 Ватными паяльниками там ваапче делать нету чего, из них самый крутой как раз тот, который с регулировкой, который ближе ко мне...
  • Блин, кто сайт держит ?!? Чтобы фотку добавить нужно отдельное окно, предварительного просмотра нету... Динозавры уже 50 тонн лет назад калькуляторами (смартфонами) пользовались, а мы тут фотки урезаем... Да уж, похоже не удастся мне фотку объёмом, 1,7 МБ выложить - при сохранении окна она мелькает снизу, а после - жопа!
  • Опять "сплав розе"... Никогда не пользовался, да и смысл: свои платы стараюсь оставлять по максимуму в "медном" виде, а "говно" ремонтировать типа этих китайских ламп... Дык скажешь - 5 условных единиц только за работу, ессно в цену запчастей (светодиодов) добавлю и цену припоя и канифоли... А мне в ответ: - так лампа куплена на гос. деньги, она полгода проработала, а больше на это говнеццо никто гарантию не даёт... Типа - проще купить новую, чем восстанавливать ту, которая должна минимум 10'000 часов отработать... А ведь проблем то вроде не должно быть: убираем ШИМ китайску микросхему, добавляем качественный кондёр на 0,1 мкф (зависит от кучи последовательно включённых светодиодов), резистор для его разрядки - и почти вечная схема и вечный прибор (сколько там p-n переход светодиода выдержит часов наработки... ). У меня устройства на Пик мк в действующих котельных, при максимуме помех работают с 2005 года, народ радуется, проблем нету... Правда вместо ШИМ в БП стоит старый добрый транс...
  • Честно говоря не помню такой роскоши, они и по оптовым ценам под стоимость лампочек.
  • А стоимость лампочек - это больше чем стоимость покупки названия лампочек ??? Я просто в маркетинге слабо разбираюсь... Возможно заниженная стоимость лампочки ОЧЕНЬ сильно превосходит её физические возможности... НЕ ?!?...
  • Неправильно сказал - Микрочип знает цену своих процев, остальное по факту... Будут аналоги или лучше от Росс/Бел - буду только рад...
  • Мне просто не попадалась "такая роскошь", как светодиодка на однокристалке! Какие то по спец. применению, параметрам? На них можно соорудить прекрасные лампочки с мягким свечением.
  • Возможно, мы о разном говорим, но если честно, то я наверное сделал бы ШИМ на мк, чем использовать специализированные микросхемы, которые не выдерживают заявленных 30'000 часов - максимум что они могут это три месяца: 3 * 31 * 24 часа = 2'232 часа ! Вот это реальная цифра для китайской ШИМ микросхемы.... Это максимум, про стандарт говорить не будем...
  • Всё о чем мы сейчас спорим в большей степени никак не относится к обсуждению ТС, но вопрос о времени наработки будущей лампы этого там "Щепкина, Щет...., Шешина" - он (как я и говорил раньше) сводится к тому - где будет выпускаться эта лампочка, и кто на этом "нагреет" свою тупорылую морду...
  • Основное, в чем согласен с начала обсуждения. Вот и я о том, что не встречал однокристалку в светодиодных лампочках. Что касается микросхем, говорить не хочется, вся проблема очень большая, нужно получить прибыль изготовителю, продавцу, продавец самопроизвольно уменьшит срок гарантии на изделие, (блондинки) вообще гарантию не возьмут и того 50% купят новых, а на сегодняшний день вместо улучшения качества лампочек, у производителей идет сокращение сроков, короче, как обычно "все для людей", уже обычные лампочки гораздо дольше работают, чем светодиодные ("пора отменять сексуальную революцию с освещением, т.к. проигрывают все без исключения, от производителей эл. энергии до потребителей"). Почему потребителей - поднятие цен на энергоносители. Кто будет греть руки, посмотрим.
  • А зачем ШИМ? Вам недостаточно модуляции сетевого 100Гц? Проблема не в том, что ШИМ микросхемы долго не живут. И вообще не в ШИМ. А в том, чтобы сделать лампу с низкой пульсацией свечения, чтобы при этом сильно не грелась, давала мощный световой поток и дешевую. Это не просто :)
  • Это как это? Без диодного моста, без конденсаторов сглаживающих фильтров?
  • Я не знаю, о чем Вы. Писали о светодиодных лампочках на однокристалках, допустим Атмел и т.д., я написал, что не видел подобной роскоши в продаже и что на однокристалках можно сделать очень хорошие лампы с мягким светом, о том, что однокристалки дорогие для установки в лампочки. А Вы о чем? Светодиоды со стробоскопом в 100 Гц? Если Вам своих глаз не жалко, я уже и так в очках. Жизнь длинная штука и без лампочек есть чем портить глаза: сварка, осколки от болгарки, некоторые выжигают новыми печками и т.д.
  • [B]Владимир_666[/B] Я имел в виду однокристальный контроллер, т.е контроллер сделанный на одном кристалле кремния, а Вы что имели в виду? :) Я к тому, что я не видел лампочек, которые сделаны пусть даже на нескольких кристаллах, но без обвязки в виде пассивных элементов для накопления энергии. Или мы о разном? Нет, похоже мы об одном и том же, что лампочка втыкается в розетку 220В с синусом 50 Гц. А раз так то какой бы вУмный не был контроллер, да хоть многоядерный Intel Atom, он не сможет обеспечивать свечение светодиода в момент перехода синуса через ноль, без накопительных конденсаторов или катушек индуктивности, а стало быть, в чистом виде годится только для стробоскопа. Далее сам контроллер, "допустим Атмел", не сможет управлять светодиодами напрямую, он просто сгорит, нужны силовые ключи. Т.е опять-таки нужна специфичная обвязка, которую на одном кристалле ну никак, разве что в модульном исполнении. Короче: берете выпрямитель, фильтрующий кондер побольше и подключаете много светодиодов последовательно с ограничителем тока через них - и никакой контроллер не надо, свет будет итак без пульсаций, а вот на счет мягкости - другой вопрос, тут надо правильно подбирать светодиоды по спектру.
  • Видите ли... Сетевое ШИМ (50 Гц, 100 переходов через ноль) очень сильно "на глаз" бьёт, боковым зрением для человека со стандартным зрением - это в любом случае мерцание !.! А "боковым" зрением, к примеру, при тряске в авто - это очень хорошо видно... Именно поэтому производители пытаются сделать что-то чтобы индикатор мерцал с частотой больше.... ?!? Я лично делаю частоту для динамического индикатора в четыре разряда равной 500: по 125 "дрыг" на каждый символ - вот так мерцает более приемлемо - во всяком случае для меня...
  • А скажите, если знаете сами: Берём память I2C, ей нужно по протоколу (выше назван) получить неку инфу, при этом соблюдать протокол: отвечать на запросы об адресе, ячейке записи, и т.д... (про тд я утрирую)... Скажите мне ?!? (Что проще) ? внедрить мелкий проц : сделать на логике; Я выберу первое....
  • Индикация и освещение немного разные вещи, и если я не путаю в этой теме речь об освещении шла. Динамическая индикация это вообще из другой оперы, там не ШИМ, а временное разделение отображаемых элементов, я же спрашиваю [B]для освещения ШИМ зачем?[/B]
  • НУ.... Раз уж пошла такая пьянка, то давайте я Вам расскажу что такое ШИМ от сети: 50 Гц, 100 переходов через ноль... это то что имеем на входе Данные для работы: 1 секунда = 1000 mS = 1'000'000 uS 50 Гц - это 100 переходрв через ноль (синусоиду надеюсь знаете как представить в моз[B]ГЕ[/B] без рисования): 1'000'000 микросекунд / на 100 = 10'000 - вот это у нас 100 % ШИМ. Симистор, который будет управлять ШИМ - ему "по барабану" - он при переходе через ноль отключается, а при подаче питания на управляющий электрод включается.... Так вот: если Вы включили симистор сразу после контрля наличия нуля - это 100% ШИМ, а если после 10'000 / 100 - это 1 % ШИМ, а то что ВЫ писали раньше - это бред дохлой овечки!!!! Раз уж завели тему про ШИМ, то будьте добры хотя бы её знать в теории, про практику я молчу... Посмотрите пример ка работает индуктивный двигатель, к примеру. пылесоса от Гнусмас...
  • Дорогой мой, ну зачем так распинаться ей Богу :) ШИМ регулятор, я свой первый сделал еще когда в школе учился классе в 9 (непомню точно), управлялся он от персонального компьютера БК-0010 (вы наверно про такой и не слышали скорей всего), который рулил тиристорами в небольшой коробочке, всё это хозяйство лежало под елкой и управляло гирляндой лампочек, для запуска нужно было еще подключить мафон (магнитофон/гамнитофон) с которого загружалась программа на бейсике (слава советским программистам! :-D), нажималась кнопочка RUN и ВУАЛЯ! Наблюдаем прекрасные световые эффекты! :) И делал без помощи Ынтырнэтов, всяких книжек для чайников и форумов для суперспецЫалистов. Так что отставьте своё умничание и лучше давайте прекратим оффтопик, еще раз повторю тема эта не про ШИМ! [IMG]https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/Basic-Vilnus.png[/IMG]
  • Алекс, как программировать 556 серию или допустим 573РФ.. этим занимался еще 35 лет назад, но однокристалки прошли мимо меня, остались в стороне. Что касается на чем проще, лучше сделать. Я считаю, что лучше на однокристалке. Что касается проще, для этого нужно знать однокристалки, их программирование и желательно иметь все для программирования. Хотя, когда мне нужно было прошить 556РТ5, я программировал на стойке МК60 со станка ЧПУ и программировал парень с предприятия. Лично я прочитав мат. часть по микросхемам - выдрал 2 листочка с тетрадки и типа крестики - нолики набросал 256 различных переключений, а затем в каждой строчке под данное переключение набросал 1 или 0 от входа логики при переключениии. Думаю, когда знаеш языки программирования - не на много сложнее запрограммировать однокристалку. Хотя программирование штука интересная, 1 за 2-3 минуты взламывает инфу с сайта, а затем 10_к дебилов пол года работу сайта восстановить не могут.
Полный вариант обсуждения »