【導讀】在昨天測試紫外線燈管擊穿電壓實驗中
， 燈絲沒有加熱。 對應的擊穿電壓為1308V， 如果將燈絲進行加熱， 能夠在多大程度上降低紫外線燈管的擊穿電壓呢
？ 我們知道電子是從陰極發射的， 所以下麵通過實驗測試一下對於陰極燈絲加熱之後
， 紫外線燈管的擊穿電壓是多少。

01 燈絲溫度

一、前言

在昨天測試紫外線燈管擊穿電壓實驗中
， 燈絲沒有加熱。 對應的擊穿電壓為1308V， 如果將燈絲進行加熱， 能夠在多大程度上降低紫外線燈管的擊穿電壓呢？ 我們知道電子是從陰極發射的， 所以下麵通過實驗測試一下對於陰極燈絲加熱之後， 紫外線燈管的擊穿電壓是多少。

二、燈絲特性

使用萬用表測量紫外線燈管兩端的燈絲， 在室溫下電阻不到1歐姆。 下麵使用程控直流電源測試一下燈絲的電壓-電流特性。 這是測量電路圖， 通過逐步增加燈絲兩端電壓
，查看燈絲工作狀況。

圖1.2.1 測試燈絲特性示意圖

這是手工將直流電源輸出電壓調整在4伏左右， 可以看到燈管的燈絲開始發紅。 下麵再讓我們看看燈絲電壓逐步上升的過程。 DH1766直流電源可以直接通過編程控製輸出電壓以及讀取輸出電流。 測量輸出電壓從0V上升到4V對應的燈絲工作電流。 可以看到電流上升分為兩個階段

， 這兩個階段反映了燈絲在冷卻和熾熱狀態下的電阻是不同的。 後麵實驗中選擇燈絲供電電壓3.5V的情況下， 重新測量紫外線燈管擊穿電壓的情況。

圖1.2.2 燈管燈絲的伏安特性

三、擊穿電壓

下麵通過編程自動測量燈管在陰極燈絲加熱的情況下， 燈管擊穿的情況。 燈絲驅動電壓為3.5V， 電流1.09A， 通過DH1766給高壓模塊提供輸入電壓， 控製高壓模塊輸出高壓。 這個過程與昨天測試的方式是一樣的。 這裏給出了測量結果， 青色數據線表示紫外線燈管兩極之間的高壓， 在1185V的時候突然下降，對應燈管擊穿了。 這個電壓比起昨天在燈絲室溫情況下的1308V的電壓下降了大約120V左右。

圖1.3.1 陰極燈絲加熱狀態下擊穿電壓

雖然紫外線燈管擊穿電壓隻是略微下降
，但是燈管發光卻有了明顯變化， 可以看到此時燈管中的紫色光柱所占的比例增加了。 紫光更靠近陰極燈絲。 這是昨天在燈絲低溫下發光的情形
，   這裏對比一下燈絲加熱狀態下的區別。 可以看到明顯燈絲在加熱狀態下紫外光更強了。這說明燈絲加熱是提高燈管發光效率的方法。 另外在冷燈絲的情況下
，陰極部分有熒光出現
， 在加熱狀態下， 陰極沒有熒光出現。

圖1.3.2 燈絲在加熱狀態下一是室外下擊穿後發光對比

為了對比，重新在陰極燈絲為室溫下測量紫外線燈管擊穿電壓
， 對比燈絲在加熱狀態下的曲線， 兩者基本上沒有差別。 把兩次測量中燈管高壓曲線繪製在統一張圖中， 比較明顯，燈絲的加熱會使得燈管擊穿電壓略微降低。 這是高壓包工作電流，在一定程度上反映燈管的功率
， 在燈絲加熱後

，燈管發光功率也是增加了。

圖1.3.4 燈絲在室溫和加熱狀態下紫外線燈管擊穿電壓

圖1.3.5 燈絲在室溫和加熱狀態下高壓電源的工作電流

下麵研究一下燈絲陽極加熱對於燈管擊穿電壓有何影響
， 使用3.5V給燈管的陽極燈絲加熱， 陰極仍然保持室溫
， 使用相同的方式測量燈管擊穿的情況。 在燈管擊穿之後
，從外觀上來看， 與陰極室溫情況下燈管發光情況相同


， 此時可以看到陽極發出白熾光， 陰極發出橘紅色的熒光。 將燈管陰極加熱、陰極室溫以及陽極加熱對應的燈管擊穿電壓曲線繪製在一起。 可以看到燈絲的溫度對於燈管擊穿電壓有一定的影響。 令人想不到的是，陽極加熱反而提高了紫外線燈管的擊穿電壓， 這與陰極燈絲加熱的作用恰好相反。 對於這其中的物理原理，不知道誰能夠幫助解釋一下。

圖1.3.6 陽極加熱情況下燈管導通

圖1.3.7 對比陰極加熱與陽極加熱對於擊穿電壓的影響

總結

本文通過實驗研究了燈絲對於紫外線燈管擊穿電壓和發光的影響， 令人想不到的是，紫外線燈管陰極和陽極燈絲的加熱， 對於燈管的擊穿電壓與發光影響是不同的。

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