Устройство неоновой лампы. Неоновое освещение. Расчет параметров схемы

04.11.2019

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U вх - U LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U вх - U LED) 2 / R

где U вх = 220 В,
U LED - прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I - ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7.2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт - 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы - ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на "землю" (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй - во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале - попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное - это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц - 8% (гарантированно безопасный уровень - 3%). Для частоты 50 Гц - это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 "Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности" для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель - коэффициент пульсаций (К п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К п = (Е max - E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,

где Е мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин - минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К п = (U max - U min) / (U max + U min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U min:

2.5% = (2В - U min) / (2В + U min) ⋅ 100% => U min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅ 3.1415⋅ 50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t разр = Т - t зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f - тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U 2 вх - U 2 LED)) [Ф],

где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U вх - действующее значение напряжения сети (220В), U LED - напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх - U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
I LED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

X1 - используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
X2 - самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
Y1 - работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
Y2 - довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше - на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские "шоколадки" (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов - для них лучше использовать , которые называются драйверами.

Неоновые лампы – это ярчайшие новые осветительные приборы, отличающиеся максимальной эффективностью и длительным сроком эксплуатации. Поэтому сегодня они используются в самых разных сферах деятельности человека, среди которых – освещение построек и внутренняя подсветка помещений.

Неоновая лампа – это трубка из стекла, заполненная газом под пониженным давлением.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим основные достоинства таких востребованных на сегодняшний день осветительных приборов, как неоновая лампа:

довольно яркий эффект света;
длительный срок эксплуатации – в течение 80 000 часов;
можно изготавливать лампы различной формы;
не нагревается, значит, пожаробезопасна;
можно подобрать прибор с любой белой подсветкой;
можно управлять яркостью;
работает она без шума.

Но стоит учесть, что хотя такое освещение используется повсеместно, оно имеет и свои недостатки:

содержит вредные вещества;
нуждается в высоком напряжении сети, к тому же потребуется высоковольтный трансформатор;
высокая стоимость.

Как работают?

Неоновая лампа состоит из колбы, в которой протекают следующие процессы: при движении электроны сталкиваются с нейтральными газовыми атомами, которые являются заполнителями этой области, и начинают ионизировать их, выталкивая электроны с верхней области в емкость. Атомы в свою очередь сталкиваются с электронами, вновь оказываясь нейтральными атомами. Благодаря такому обратному превращению излучается квант световой энергии. Как видите, принцип работы неоновых ламп не очень-то и сложный.

При включении такие приборы не сильно нагреваются – температура нагрева достигает максимум 80 °С. Именно по этой причине неоновые трубки также принято именовать светильниками холодного катода. Их сфера применения довольно широкая, так как они отличаются долговечностью, экономичностью и функциональной гибкостью. Основное достоинство таких лампочек состоит в том, что они могут иметь какую угодно форму.

Любой инертный газ и пар металла имеет собственный спектральный световой состав:

гелиевые трубки излучают светло-желтый либо бледно-розовый свет;
неоновые трубки – красный свет;
аргоновые трубки – голубой свет.

Применение неоновых лент

Необходимо отметить, что на рынке неоновых осветительных приборов вы также можете встретить неоновые ленты или, как еще их принято называть, – гибкий неон. Они являются светодиодной гирляндой, запаянной в трубку из ПВХ. Гибкие неоны разделяют на разноцветные и монотонные. Их производят из ПВХ-трубок высокого качества, они могут быть как прозрачные, так и матовые. Одноцветные варианты изготавливаются из матовой трубки.

Лента, в сравнении с лампочкой, обладает многочисленными преимуществами, среди которых стоит отметить:

отсутствует риск нанесения механического повреждения. Стеклянные светильники очень часто бьются, поэтому они могут быть весьма опасными, в частности, в том случае, если вы ими хотите обустроить детскую. А вот у ленты нет такого недостатка;
гидроизолированность;
можно воспользоваться RGB-технологией;
лента гибкая, что дает возможность монтировать ее практически в любое помещение либо снаружи постройки. В итоге подсветка оказывается довольно мобильной;
лента обойдется дешевле, если сравнивать со светодиодным вариантом. Светодиодные ленты не во всех случаях отличная покупка.

Неоновые ленты довольно востребованы, и со временем могут даже вытеснить с рынка некоторые типы осветительных приборов. Они имеют довольно широкий диапазон света, по этой причине получили большое применение в разных сферах.

Применение неоновых осветительных приборов в интерьере

Область применения

И лампы, и шнуры, состоящие из инертных газов, используются повсеместно. Их стали применять для:

производства скрытой подсветки;
декоративного оформления наружной области построек, архитектурных построек, памятников и так далее;
освещения рекламных конструкций;
декорирования необычных интерьеров в любых жилых помещениях и в иных общественных местах.

Использующиеся на сегодняшний день неоновые светильники в оформлении интерьера дома смотрятся очень органично и презентабельно. Вы можете с их помощью преобразить любое помещение и внести в стиль убранства свои особенные нотки. Они незаменимы для организации пикника в вечернее время суток, вы сможете с их помощью создать необыкновенную атмосферу.

В быту такая лента также очень ценна. Она является идеальным решением для подсветки области потолка, аквариума, а также любого шкафа. Можно сделать так, чтобы при открывании шкафчика в нем автоматически включался свет, вмонтированный при помощи неонового шнура.

Лента может пригодиться и на кухонном пространстве – если при мытье посуды или приготовлении еды ощутимо темно. Вы можете просто в необходимой зоне установить неоновую ленту необходимой длины. И таких способов применения этой ленты огромное количество.

Как вы видите, область применения таких универсальных осветительных приборов довольно обширная. Это объясняется их достоинствами, среди которых стоит отметить высокое качество и красивый световой поток. С ними способна конкурировать лишь светодиодная лента.

В продаже имеются выключатели с подсветкой, но заменять уже установленный без подсветки и еще исправный, редко кто соберется.

Потратив полчаса времени, желающий улучшить комфорт ночной жизни сможет дополнить выключатели в своей квартире подсветкой самостоятельно, даже не имея навыков электрика.

Установить выключатель подсветкой можно по одной из предлагаемых схем. Схемы отличается не только комплектацией, но и техническими характеристиками. Например, схема на светодиоде может не работать, если в светильнике установлены светодиодные лампы. А энергосберегающие лампы могут мерцать или слабо светиться в темноте. Рассмотрим подробно достоинства и недостатки каждой из схем.

Схема подсветки выключателя на светодиоде и сопротивлении

В настоящее время в выключатели для подсветки устанавливаются, как правило, светодиоды, включенные в выключателе по ниже приведенной электрической схеме.

Когда выключатель находится в положении «Выключено» ток проходит через сопротивление R1, далее через светодиод VD2, который светится. Диод VD1 защищает VD2 от пробоя обратным напряжением. R1 любого типа мощностью более 1 Вт, номиналом от 100 до 150 кОм. При указанном на схеме номинале R1, ток протекает около 3 мА, что вполне достаточно для хорошо заметного свечения в темноте. Если же свечение светодиода будет недостаточным, то величину сопротивления нужно уменьшить. VD1 любого типа, VD2 любого типа и цвета свечения. Для того, чтобы разобраться в теории и самостоятельно рассчитать величину и мощность резистора то нужно ознакомившись со статьей «Закон силы тока» .

Схему подсветки выключателя на светодиоде можно устанавливать, если в светильнике используется лампочки накаливания . Если стоят компактные люминесцентные (энергосберегающие), то не исключено, что в темноте Вы можете заметить их слабое свечение или мигание. Если в светильнике установлены светодиодные лампочки , то подсветка, сделанная по этой схеме может даже не работать, так как сопротивление светодиодной лампочки очень большее и ток достаточной силы для свечения светодиода может не создаться. В темноте возможно слабое свечение светодиодной лампочки. Схема очень простая, но имеет большой недостаток, потребляет много электроэнергии, около 1 кВт×часа в месяц. Вот так выглядит смонтированная схема.

Осталось только подсоединить к клеммам выключателя концы, которые смотрят вниз. Если Вы не допустили ошибки при монтаже, то схема сразу заработает. Я специально выложил фото на скрутках для тех, у кого нет возможности пропаять соединения паяльником. Для надежности и безопасности нужно все же пропаять скрутки и покрыть изолентой голые провода и резистор.

Схема подсветки выключателя на светодиоде и конденсаторе

Для повышения КПД подсветки в выключателе можно в электрическую схему установить дополнительный конденсатор, уменьшив при этом номинал резистора R1 до 100 Ом.

Эта схема отличается от выше приведенной применением в качестве токоограничивающего элемента вместо резистора, конденсатора С1. R1 тут выполняет функцию ограничения тока заряда конденсатора. Сопротивление R1 можно применять от 100 до 500 Ом мощностью от 0,25 Вт. Вместо простого диода VD1 можно установить светодиод, такой же, как и VD2. КПД схемы не изменится, а светить будут сразу оба светодиода с одинаковой яркостью.

Достоинством схемы с конденсатором – малое энергопотребление, около 0,05 кВт×часа в месяц. Недостатки схемы такие же, как у выше представленной и в дополнение большие габаритные размеры.

Схема подсветки выключателя на неоновой лампочке (неонке)

Схема подсветки выключателя на неоновой лампочке (неонке) лишена недостатков, присущих выше представленных схемам подсветки на светодиодах. Такая схема подсветки выключателя подходит для выключателей люстры и любых других видов светильников, с установленными в них как лампочками накаливания, так и энергосберегающих люминесцентных и светодиодных ламп.

Когда выключатель разомкнут ток течет через сопротивление R1, газоразрядную лампочку HG1 и она светится. R1 любого типа мощностью более 0,25 Вт, номиналом от 0,5 до 1,0 МОм.

На фотографии Вы видите собранную схему подсветки выключателя, проще которой не бывает. Достаточно последовательно с неоновой лампочкой любого типа включить резистор и схема готова.

Где взять неоновую лампочку

Неоновые газоразрядные лампочки (неонки) представлены широким рядом и можно использовать любую доступную из них. Обратите внимание, слева на фото газоразрядная лампочка с резистором номиналом 200 кОм, вынутая из вышедшего из строя выключателя компьютерного удлинителя, которые еще называют Пилот. Ее с успехом можно монтировать в любой выключатель без дополнительных хлопот по поиску комплектующих. Такие же лампочки с резистором устанавливают в электрочайниках , и других электроприборах для индикации включенного состояния. По центру фотоснимка неожиданно оказался Малогабаритный Тиратрон (триод) с Холодным катодом МТХ-90. Справедливости ради скажу, что тиратрон МТХ-90 в моём бра светит не один десяток лет.

Неоновые лампочки (неонки) окружают нас практически везде. В удивлены? Во всех старых светильниках с лампами дневного света используется стартер, это настоящая неоновая лампочка, помещенная в цилиндрический корпус. Для того, чтобы его извлечь из корпуса светильника, нужно цилиндр немного повернуть против часовой стрелки. Сколько в светильнике ламп дневного света, столько и стартеров. В стартере параллельно неоновой лампочке еще подключен конденсатор, он служит для подавления помех и при изготовлении индикатора не нужен.

Если стартер взят от старого светильника, прежде чем применить неоновую лампочку, не поленитесь проверить ее. Надо до монтажа подключить лампочку по вышеприведенной схеме. Лучше неонку брать из нового стартера, так как в старых стекло колбы лампочки изнутри, как правило, покрывается темным налетом и будет хуже видно свечение. Лампочка из стартера может быть с успехом использована при самостоятельном изготовлении индикатора фазы .

Готовый комплект подсветки для установки в настенный выключатель можно взять из неисправного современного электрического чайника . Как правило, в большинстве моделей имеется индикатор нагрева воды. Индикатор представляет собой неоновую лампочку, с которой последовательно включен токоограничивающий резистор и эта цепь включена параллельно ТЭНу . Если в Вашем хозяйстве завалялся неисправный электрический чайник, то неоновую лампочку с резистором можно извлечь из него и вмонтировать в выключатель.

На фотографии три неоновых лампочки от электрических чайников. Как видно светят они довольно ярко, поэтому в темноте будут в выключателе видны с большого расстояния.

Если внимательно присмотреться к изолирующим трубкам, надетым на места соединения выводов неоновой лампочки с проводами, то можно заметить на одной из трубок утолщение. В этом месте находится токоограничивающий резистор. Если трубку разрезать вдоль, то откроется картина, как на этой фотографии.

Пошаговая инструкция по установке в выключатель подсветки

При выполнении работ с выключателем необходимо отключить подачу электроэнергии!

Неоновые лампочки бывают с цоколем и без цоколя, у которых выводы выходят прямо из стеклянной колбы. Поэтому и способ их монтажа несколько отличается.

Установка в выключатель неоновой лампочки с гибкими выводами

Как правило, длины выводов у неоновой лампочки (неонки) или светодиода недостаточно для непосредственного подключения к клеммам выключателя и поэтому их надо удлинить отрезком медного провода. Эля этих целей подойдет как одножильный, так и многожильный провод любого сечения. Соединение провода с выводом лучше всего выполнить пайкой .

Перед пайкой выводы неоновой лампочки и концы проводника необходимо зачистить от окислов и залудить с помощью паяльника припоем. Затем примкнуть на длину не менее 5 мм и пропаять припоем.

Затем место пайки и вывод неоновой лампочки нужно заизолировать, надев на них изоляционную трубку. Можно просто навить пару витков изоляционной ленты.

Для удобства пайки конец припаянного проводника формируется с помощью круглогубцев в колечко и закрепляется на вывод выключателя.

Клавиши или крышки настенных выключателей обычно делают из белой пластмассы и свет от неоновой лампочки (неонки) или светодиода хорошо через них проходит. Его достаточно для видимости клавиши выключателя в темноте. Поэтому сверлить отверстие в выключателе против места установки подсветки не нужно.

На припаянный резистор тоже надевается изоляционная трубка или его изолируют изоляционной лентой. Конец вывода формируется в колечко и закрепляется на втором выводе выключателя.

Схема подсветки выключателя смонтирована, выключатель подключен к электропроводке, осталось только установить клавишу и работу можно считать законченной.

Установка в выключатель неоновой лампочки с цоколем

Использовать патрон для подсветки нецелесообразно, так как срок службы неоновой лампочки (неонки) больше срока службы выключателя, да и места в коробке мало. Поэтому целесообразнее присоединить цоколь к схеме с помощью пайки.

Для этого нужно снять с проводов изоляцию, залудить оголенные концы и сделать небольшие петельки. Затем припаять к местам пайки выводов лампочки на цоколе.

К проводу, отходящему от центрального контакта цоколя, на расстоянии 2-3 см припаивается резистор. Выводы резистора нужно укоротить и сделать на концах петельки для провода. Ко второму выводу резистора тоже припаивается провод.

Резьбовую часть цоколя и резистор необходимо заизолировать. Это можно сделать с помощью термоусаживающейся трубки, изолирующей ленты или предлагаемым мною способом.

Многие хорошо поливинилхлоридную (ПВХ) трубку, которую часто применяют для изоляции проводов. Чтобы отрезок трубки (кембрик) не сползал, внутренний диаметры должен быть чуть меньше, чем изолируемая пайка. Всегда возникают сложности с поиском кембрика подходящего диаметра.

Но если кембрик подержать минут 15 в ацетоне, то он делается эластичным и легко надевается на деталь, превышающую его внутренний диаметр в полтора раза. Так я изолировал в далеком прошлом лампочки в самодельной новогодней гирлянде.

После испарения ацетона, кембрик опять возвращает свой исходный размер и плотно обтягивает цоколь лампы. Снять кембрик уже не возможно, разве если повторно размочить ацетоном. Такой способ изоляции является аналогом термоусаживающейся трубки, только не требуется нагрева.

После проведения подготовительных работ подсветка размещается в коробке выключателя и подключается к его контактам.

Если места для размещения резистора недостаточно или под рукой нет нужного по мощности, то резистор можно заменить несколькими меньшей мощности, включив их последовательно или параллельно.

При последовательном соединении резисторов одинакового сопротивления мощность, рассеиваемая на одном резисторе, будет равна расчетной мощности, деленной на количество резисторов, а их величина, уменьшится и будет равна расчетной величине, деленной на количество резисторов. Например, по расчету требуется резистор мощностью 1 ватт и номиналом 100 кОм. 1 кОм=1000 Ом. Этот резистор можно заменить двумя включенными последовательно резисторами мощностью 0,5 ватт номиналом по 50 кОм.

При параллельном соединении резисторов одинакового сопротивления мощность рассчитывается, как и при последовательном соединении, а номинал каждого резистора должен быть равен расчетному значению, умноженному на количество соединенных параллельно резисторов. Например, для замены одного резистора 100 кОм тремя, сопротивление каждого должно быть 300 кОм.

При монтаже схемы резистор (конденсатор) подключать только к фазному проводу выключателя. Так как токи, протекающие через элементы схемы, не превышают нескольких миллиампер, то особых требований к качеству контактов не предъявляется. Если коробка с выключателем, в которую будет монтироваться подсветка металлическая, то необходимо исключить возможность касания токопроводящих проводников ее стенок.

Что-либо испортить при установке подсветки в настенный выключателя невозможно, как сам светильник является ограничителем тока. Самое плохое, что может произойти, это выход из строя монтируемых элементов при допущении грубых ошибок. Например, светодиод включить без токоограничивающего резистора, или номинал резистора ошибочно вместо 100 кОм взять 100 Ом.

Калькулятор для расчета
параметров токоограничивающего резистора

При самостоятельной установке в выключатель подсветки на светодиоде или на неоновой лампочке необходимо определить величину и мощность токоограничивающего сопротивления. Расчет можно выполнить по формулам, но гораздо удобнее рассчитать параметры резистора по специальному калькулятору. Достаточно ввести параметры и получить готовый результат. Калькулятор может быть полезен и для выбора резистора в выключателе с подсветкой заводского изготовления, в случае выхода резистора из строя.

Справка. На светодиоде падение напряжения лежит в пределах 1,5-2 В, на неоновой лампочке падает 40-80 В. Необходимый минимальный ток, при котором гарантируется свечение светодиода, составляет 2 мА, неоновой лампочки – 0,1 мА. Эти данные можно использовать при расчетах на калькуляторе, если неизвестны параметры светодиода или неоновой лампочки.

При выборе сопротивления возникает необходимость в определении его номинала по цветовой маркировке. Онлайн калькулятор поможет решить этот вопрос.

Выключатели электроприборов с подсветкой

В выключателях на переносках и удлинителях, тепло обогревателях и других электроприборах часто устанавливают выключатели с подсветкой. В них обычно вмонтирована неоновая лампочка с резисторами. Пришлось однажды ремонтировать удлинитель типа Пилот, в котором выпала и треснула клавиша управления включателем.

Когда разобрал выключатель, то не обнаружил токоограничивающего резистора, чем был очень удивлен. Неоновые лампочки недопустимо подключать в электрическую сеть 220 В без ограничения тока. Сразу же выйдет из строя. На левой фотографии вид клавиши со стороны установки неоновой лампочки, а справа, обратная сторона этой же клавиши выключателя.

Измерял сопротивление между пружиной и выводом неоновой лампочки, оно составило 150 кОм. В этом выключателе применили интересное конструктивное решение, два резистора номиналом по 150 кОм установили в отверстия клавиш и пружиной прижали их к выводам неоновой лампочки, обеспечив надежный контакт. Сами пружины осуществляют прижим подвижных контактов в выключателе, с которых, когда выключатель находится в положении Включено, и подается питающее напряжение на неоновую лампочку.

Применение схемы подсветки для индикации

Подсветка выключателя выполняет еще одну дополнительную полезную функцию – индицирует о работоспособности выключателя и исправности лампочки. Если подсветка работает, а свет не включается, значит, неисправен выключатель. Если подсветка не работает, следовательно, перегорела лампочка.

Любой из выше представленных вариантов схем можно применять для индикации исправности приборов или электрических цепей. Например, если подключить параллельно предохранителю , то в случае его перегорании индикатор засветится. Если в электроприборе нет штатного индикатора включенного состояния, то подключив индикатор сразу после выключателя, вы сможете всегда видеть, включен ли прибор. При монтаже в розетке (подключается параллельно токоподводящим проводам) Вы будете знать, находится розетка под напряжением, или нет.

Принципиальные схемы простых индикаторов наличия сети 220В на светодиодах, меняем старые неоновые индикаторные лампы на светодиоды. В электрооборудовании повсеместно применяются индикаторные неоновые лампы для индикации включения аппаратуры.

В большинстве случаев схема как на рисунке 1. То есть, неоновая лампа через резистор сопротивлением 150-200 киолом подключается к сети переменного тока. Порог пробоя неоновой лампы ниже 220V, потому она легко пробивается и светится. А резистор ограничивает ток через неё, чтобы она не взорвалась от превышения тока.

Бывают и неоновые лампы со встроенными токоограничительными резисторами, в таких схемах кажется как будто неоновая лампа включена в сеть без резистора. На самом деле резистор спрятан в её цоколе или в её проволочном выводе.

Недостаток неоновых индикаторных ламп в слабом свечении и только розовом цвете свечения, ну и еще в том что это стекло. Плюс, неоновые лампы сейчас в продаже встречаются реже светодиодов. Понятно, что есть соблазн сделать аналогичный индикатор включения, но на светодиоде, тем более светодиоды бывают разных цветов и значительно более яркие чем «неонки», ну и нет стекла.

Но, светодиод низковольтный прибор. Прямое напряжение обычно не более ЗV, да и обратное тоже весьма низкое. Даже если светодиодом заменить неоновую лампу, он выйдет из строя за счет превышения обратного напряжения при отрицательной полуволне сетевого напряжения.

Рис. 1. Типовая схема подключения неоновой лампы к сети 220В.

Впрочем, есть двухцветные двухвыводные светодиоды. В корпусе такого светодиода есть два разноцветных светодиода, включенных встречно-параллельно. Такой светодиод можно подключить практически так же, как неоновую лампу (рис.2), только резистор взять сопротивлением поменьше, потому что для хорошей яркости через светодиод должен протекать ток больше чем через неоновую лампу.

Рис. 2. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде.

В этой схеме одна половина двухцветного светодиода HL1 работает на одной полуволне, а вторая - на другой полуволне сетевого напряжения. В результате обратное напряжение на светодиоде не превышает прямого. Единственный недостаток - цвет. Он желтый. Потому что обычно два цвета - красный и зеленый, но горят они почти одновременно, потому зрительно выглядит как желтый цвет.

Рис. 3. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде и конденсаторе.

На рисунках 4 и 5 показана схема индикатора включения на двух светодиодах, включенных встречно-параллельно. Это почти то же, что на рис. 3 и 4, но светодиоды отдельные для каждого полупериода сетевого напряжения. Светодиоды могут быть как одного цвета, так и разного.

Рис. 4. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами.

Рис. 5. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами и конденсатором.

Но, если нужен только один светодиод, -второй можно заменить обычным диодом, например, 1N4148 (рис.6 и 7). И нет ничего страшного в том, что этот светодиод не рассчитан на напряжение электросети. Потому что обратное напряжение на нем не превысит прямого напряжения светодиода.

Рис. 6. Схема индикатора сети 220В со светодиодом и диодом.

Рис. 2. Схема индикатора сети 220В с одним светодиодом и конденсатором.

В схемах испытывались светодиоды, двухцветные типа L-53SRGW и одно-цветные типа АЛ307. Конечно же можно применить и любые другие аналогичные индикаторные светодиоды. Резисторы и конденсаторы так же могут быть других величин, - все зависит от того, какую силу тока нужно пустить через светодиод.

Андронов В. РК-2017-02.

Иногда требуется выяснить факт наличия сетевого напряжения, либо, например, обозначить выключатель в темноте. Самый простой элемент индикации - это маленькая неоновая лампа, которую можно через резистор напрямую подключить к сети 220 В, потребление будет минимальным, а эффект удастся достичь. Да, в современных условиях, светодиоды гораздо более популярны, но они требуют большей обвязки для таких целей, поэтому и в устройствах выпускаемых промышленностью (утюги, чайники и т.п.) - до сих пор с успехом используют неоновые лампочки. Под катом будет построение стенда для тестирования устройств 220 Вольт (по возможности безопасного) и немного моего балкона, который я оборудовал для создания поделок…

Неоновые лампочки пришли без трека, нашел я их в почтовом ящике. Посылка ехала около полутора месяцев. Внутри пакета со встроенной пупыркой лежали лампочки с припаянными резисторами в пакетике с защелкой Zip lock:

Количество соответствует заявленному. Вид и размеры одного экземпляра:

Резистор установлен на 147 КОм:

Пробуем подключить к сети 220 Вольт:

Точнее 230:)

Такая розетка не фиксирует малые токи:

Подключим мультиметр, который фиксирует ток 1.2 мА:

Про сами неоновые лампочки. Свет лампы обладает малой инерционностью и допускает яркостную модуляцию с частотой до 20 кГц. Лампы подключаются к источнику питания через токоограничительный резистор так, чтобы ток через лампу был порядка 1 миллиампера. Использование лампы без резистора чрезвычайно опасно, поскольку может привести к перерастанию разряда в дуговой, с возрастанием тока через неё до значения, ограниченного лишь внутренним сопротивлением источника питания и подводящих проводов, и, как следствие, коротким замыканием и (или) разрывом баллона лампы. Напряжение зажигания лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40-65 вольт. Срок службы - 80 000 часов или более (ограничен поглощением газа стеклом колбы и потемнением колбы от распылённых электродов; «перегорать» в лампе просто нечему).

Теперь к применению… Вообще я их заказывал, чтобы заменить штатную лампочку в старом утюге, который использую для изготовления плат. Но раз у нас их много - грех не воспользоваться.
Учитывая, что я довольно часто тестирую устройства работающие с сетевым напряжением, решил собрать некий стенд для испытаний. Основные требования:
- безопасность, все таки это поделки и на столе во время тестов всякое возможно;
- удобное подключение своих приборов (розетка);
- индикация текущего тока и напряжения, а также потребляемой мощности;
- для тестирования коммутирующих устройств отдельная розетка с проводом и, желательно, с индикацией;
- возможность отключения обоих проводов питания устройства;
- минимальное влияние проводов на исследуемые процессы;
- более-менее приличный вид и компактность.

Для повышения безопасности прибора решил установить дифференциальный автомат категории «С» на 10 А, с током утечки 30 мА. А раз речь идет про автомат, то удобнее применить компактный щиток, тем более они недорогие. В качестве индикации выбрал , он удовлетворяет всем моим требованиям (80-260 В/20A AC), обзоры на этот прибор уже были на муське ( , ). Решил встроить этот прибор в компактный щиток:

Для подключения питания к своему стенду использовал типовой разъем C14, :

Расположить его решил сбоку, под него выпилил отверстие:

Крепил его винтами от разобранной микроволновки. В собранном виде:

Припаял провода: 3 по 2.5 мм2, контакты заизолировал клеевой термоусадкой:

Розетку для подключения тестируемых устройств использовал монтируемую на дин рейку. Собранное устройство:

Проверяем:

Но этого мне показалось мало… Довольно часто приходится тестировать коммутационный узел, поэтому хотелось интерфейс подключения нагрузок, также объединить с данным устройством. Для этого подойдет типовая розетка, я взял от Шнайдер Электрик (она, конечно, немного не в цвет, ну да ладно):

именно в нее планируется встроить обозреваемые неоновые лампочки. В качестве светорассеивателя взято оргстекло красного цвета:

Вот так выглядит лампочка через него:

Отпиливаем лобзиком маленький кусочек:

Край доработаем бормашинкой на стойке:

Примеряем стекло:

Меня устроило, нужно сверлить:

Примеряем, я специально край полученный в домашних условиях повернул к основанию розетки - так его меньше всего будет видно:

Обезжириваем стеклышко и розетку верхушками от процесса домашней дистилляции и клеим на суперклей:

Результат:

Далее возвращаемся к неоновым лампочкам. Меня не устроила длина выводов, поэтому перепаял резистор:

Приготовил проводок для подключения лампочки к розетке:

Надел термоусадку:

Припаял проводки:

Сверху одел общую клеевую термоусадку подходящего диаметра:

Итог:

Проверка:

Закрепить в розетке решил термоклеем:

Нужно было придумать чем закрыть остальное пространство вокруг лампы, решил, что фольга для этого подойдет отлично, но где ее взять. И тут пришла в голову мысль о новогодних подарках, спрятанных от детей на моем балконе мастерской. Пришлось перебрать не мало конфет, чтобы найти нужное. Оказалось, что современные производители активно экономят на фольге. Подходящий вариант:

Конфета была успешно съедена (да простят меня дети:)), вкусная конфета придала новых сил. Результат:

Готовимся соединять щиток и нашу мега розетку, сверлим основание:

И боковину щитка:

Пластик боковины достаточно мягкий, поэтому решил его усилить изнутри текстолитом (ну да я же в названии писал про платы). Отбракованная плата еще поработает, использовал основание розетки как шаблон:

Примеряем:

Чтобы винтики не раскрутились, решил использовать отечественный анаэробный фиксатор резьбы АвтомастерГель от «Регион Спецтехно». Обзор этого замечательного фиксатора я делал :

Фиксатор бывает разных типов, я использовал самый могучий:). Наносим его на винты:

Результат:

С другой стороны:

Собираем крышку:

Подключаем провода:

Сразу скажу, что потянул с усилием все сидит плотно несмотря на разницу в диаметре.
Итог:

Ближе:

Включено:

На некотором удалении, также, все отлично видно:

С лампой в розетке (именно так и планируется использовать во многих ближайших тестах):

Без света выглядит так:

С максимальным светом индикатор тоже заметен:

Готовим входной провод для теста коммутирующих устройств (ПВС 2х2.5 мм2), пометил его красной термоусадкой:

Собираем вилку:

Если диаметр провода большеват для тестирования устройства, используем переход на тонкий провод (ШВВП 2х0.5мм2) через многоразовые универсальные клемники Ваго (именно в таких случаях целесообразно их использовать - для временного подключения). Так выглядит очередное тестируемое устройство, подключенное к изготовленному стенду, сразу после уборки на столе:

Само устройство на подоконнике:

Общий вид рабочего места тестировщика:):

Основным объектом тестирования, будут платы точечной сварки из , и иные поделки для дачной автоматики.
Иллюстрация работы собранной конструкции в тестировании очередной поделки:

А так как коммутация осуществляется симистором, то на этом видео видно поведение индикатора, который в выключенном состоянии горит менее ярко, но не гаснет, об этой особенности симисторов следует помнить.

На этом заканчиваю свой длинный опус про достаточно простое, но очень нужное мне устройство. Всех поздравляю с наступающим Новым Годом! Надеюсь кому-то данная информация окажется полезной.

Дополнительная информация

Если делать индикацию на светодиоде, то правильная схема будет выглядеть так:

В реале:

Если снизить емкость в 10 раз до 10нФ: