Sursele moderne de lumină sunt dispozitive de utilizare ce convertesc energia electrică în radiații electromagnetice cu diverse lungimi de undă…. [600906]

1-1 Lucrarea 1

SURSE ELECTRICE DE LUMINĂ
1. Probleme generale
Sursele moderne de lumină sunt dispozitive de utilizare ce convertesc
energia electrică în radiații electromagnetice cu diverse lungimi de undă. Conversia
energetică se realizează prin fenomenele d e incandescență și luminiscență.
Incandescența constă în emisia de radiații vizibile ca urmare a creșterii
temperaturii unui corp numit radiator termic .
Luminiscența este proprietatea materiei de a emite lumină atunci când
particulele componente, atomi s au molecule, sunt excitate prin alte procedee decât
cele termice. După natura energiei primare care produce excita ția, luminescența
este de mai multe tipuri, tehnica iluminatului folosind în special fenomen ele de
electro luminescență (excitarea produsă de un câmp electric) și fotoluminescență
(excitarea produsă de radiații electromagnetice) . Electroluminescența cuprinde
descărcările în gaze , iar fotoluminescența : fluorescența și fosforescența.
Descărcarea în gaze definește mișcarea particulelor încărcate el ectric
într-un spațiu umplut cu gaz sau vapori metalici, sub acțiunea unui câmp electric
exterior. Tipul descărcării depinde de felul câmpului electric, compoziția chimică și
presiunea spațiului de descărcare, natura, configurația și distanța dintre el ectroz i,
parametrii circuitului electric, etc.
Fluorescența exprimă proprietatea unor materiale solide sau lichide de a
emite radiații electromagnetice atunci când sunt iradiate cu particule rapide sau cu
radiații electromagnetice.
Fosforescența este
proprietatea unor materiale
fluorescente de a prezenta o
postluminescență (persistența
emisiei de lumină după dispariția
radiației excitante), care poate dura
de la fracțiuni de secundă la mai
multe ore sau chiar zile.
Atât în cazul incandescenței
cât și al lu minescenței, radiațiile
luminoase, caracterizate prin
[380, 760]nm, sunt generate ca
urmare a trecerii electronilor din stări
energetice superioare în stări
energetice scăzute. Diferența dintre
cele două fenomene constă în
modul de excitare al substanței și,
implicit, în distribuția spectrală e = f() a fluxului energetic e.
Sursele cu incandescență au spectru de radiații continuu (Fig. 1.1-a).
În cazul surselor luminescente, radiația este rezultat al excitării electronilor
din atomii substanțelor afl ate în stare gazoasă sau solidă ; în primul caz se obțin
linii spectrale discrete (Fig. 1.1-b), în timp ce în a doua situație vor rezulta benzi de
emisie înguste acoperind o anumită zonă a spectrului (Fig. 1.1-c).
Menționăm că din punct de vedere psihosenzi tiv, funcție de compoziția
spectrală, lumina emisă de o sursă poate fi rece (bogată în radiații violet, albastre,
verzi) sau caldă (bogată în radiații galbene, port ocalii, roșii).
Din punct de vedere al compoziției spectrale a luminii emise, sursele de
lumină se caracterizează prin temperatura de culoare Tc, ce reprezintă temperatura
corpului negru (în grade Kelvin) la care se obține o culoare asemănătoare cu cea a
sursei examinate. Cu cât temperatura de culoare este mai mică cu atât lumina este
percepută a fi mai caldă (exemplu : 2800 K pentru lampa cu incandescență).
Sub aspect energetic, sursele de lumină se caracterizează prin durata de
funcționare D definită ca timpul după care fluxul luminos scade la 80% din valoarea
inițială. După depășirea acestui tim p, funcționarea lămpii devine neeconomică din
punct de vedere energetic.
2. Lămpi cu incandescență
Lampa cu incandescență este un transformator de energie electrică în
energie luminoasă. Conversia energetică se realizează pe baza efectului Joule –
Lenz al cu rentului electric ce aduce la incandescență un filament metalic ce va
emite atât căldură cât și lumină. Ca element de circuit, lampa cu incandescență
este un rezistor neliniar, inerțial, cu o caracteristică volt -amper simetrică.
Lămpile cu incandescență, deși prezintă o mare varietate de tipuri
constructive, pot fi grupate în:
 lămpi cu incandescență clasice ;
 lămpi cu incandescență cu halogeni .
2.1. Lămpile cu incandescență clasice
Principalele elemente constructive sunt balonul din sticlă, filamentul meta lic
și soclul (fig. 1.2).
Balonul sau anvelopa lămpii are rolul de a evita contactul dintre aerul
atmosferic și filament. El are forme diferite (standard, sferic, lumânare, pătrat) în
funcție de destinația izvorului de lumină, dar în toate situațiile coresp unde unei
suprafețe izoterme de cel mult 150 C a filamentului lămpii.
Baloanele din sticlă clară transmit în totalitate lumina, dar prezintă o
luminozitate ridicată, jenantă. Din acest motiv se preferă baloanele din:
– sticlă mată cu asperități obținută p e cale chimică sau mecanică;
– sticlă lăptoasă ce are în compoziție oxizi de thoriu sau fosfor;
– sticlă opală (opalină) obținută prin acoperirea sticlei clare cu un strat de sili –
cați, sau prin includerea în masa sticlei a unor suspensii de ipsos, talc, o xizi de
plumb etc.
– sticlă opalizată prin procedee electrostatice sau prin depunerea unui strat Fig.1.1 Spectru continuu (a), linii spectrale discrete (b),
benzi spectrale (c) ; UV – domeniu radiații ultraviolete,
DV – domeniu radiații vi zibile, IR – domeniu radiații
infraroșii UV Φeλ
[nm] 760 380 c a
IR DV
b

1-2 subțire de oxid de titan;
– sticlă colorată și sticlă de tip solar cu spectru corectat.
Sticlele mate, lăptoase,
opaline și opalizate sunt destinate
confecți onării lămpilor cu lumină
difuză ce asigură un microclimat
luminos confortabil.
Soclul lămpii prezintă diverse
variante constructive (cu filet – tip
Edison, baionet – tip Swan, neted –
tip sofită cu contacte la ambele
capete ale lămpii de formă cilindrică)
și asigură legătura mecanică și
electrică la dulia corpului de iluminat.
În funcție de domeniul de utilizare și
tipul constructiv al sursei de lumină,
soclurile se confecționează din
aluminiu, alamă sau alamă
nichelată.
Filamentul lămpii se poate
realiza din diverse metale greu
fuzibile (tantal, rheniu, molibden,
wolfram), dar se preferă wolframul
sau tungstenul caracterizat prin
temperatură de topire ridicată (3665
K), rezistență mecanică bună,
volatilizare redusă la temperaturi
înalte și ductibilitate a preciabilă, fapt care permite obținerea prin trefilare a unor fire
cu un înalt grad de uniformitate.
Pentru a evita oxidarea wolframului, baloanele lămpilor de mică putere –
până la 25W inclusiv – se videază, iar temperatura de lucru a filamentului simplu
spiralat este de 2400 -2600 K. La temperaturi de lucru mai mari, procesul de
volatilizare a filamentului se accelerează și particulele ce se desprind de pe acesta
ajung pe balonul lămpii, îl opacizează și diminuează eficacitatea luminoasă,
concomitent cu re ducerea secțiunii transversale a firului de wolfram.
Lămpile cu puteri mai mari de 25W au balonul umplut cu gaze inerte și
filamentul dublu spiralat. Aceste măsuri au permis creșterea temperaturii de lucru a
wolframului la cca. 2700 .. 3050 K, fără a dim inua durata de funcționare a lămpii.
În consecință, crește eficacitatea luminoasă. Prezența gazelor inerte are
dezavantajul că majorează pierderile de energie prin apariția fenomenelor de
conducție și convecție termică. Gazele inerte frecvent utilizate sun t argonul (Ar) și
azotul (N), în proporție de 2:1, iar presiunea de umplere este de 0,7 at, valoare ce
ajunge la cca. 1 at în timpul funcționării lămpii. Prezența azotului evită apariția
arcului electric între intrările de curent. Înlocuirea argonului cu k ripton (Kr),
caracterizat prin greutate atomică mai ridicată (deși mai scump), are următoarele
avantaje: pierderi termice mai mici, lumină cu grad de alb mai ridicat, dimensiuni
reduse ale balonului de sticlă la aceeași putere unitară a sursei de lumină. Lămpile cu incandescență de utilizare curentă se construiesc pentru tensiuni
de 125/130, 220 și 230 V, au puteri de 15 .. 1000W, eficacitate luminoasă de 10 ..
18 lm/W și o durată de funcționare de 1000 ore.
Notă: În prezent se realizează o gamă extrem de v ariată de lămpi cu
incandescență pentru iluminatul interior sau exterior, dintre care cităm:
– lămpi cu baloane opalizate, mătuite sau clare, umplute cu amestecuri N+Ar
sau N+Kr;
– lămpi cu balon tip lumânare din sticlă clară sau mătuită, cu suprafața
exterioară netedă, torsadată (răsucită) sau cu model;
– lămpi cu balon cilindric opalizat de diametru (25, 37 mm) și lungime (210,
310mm) variabile, prevăzute cu contacte electrice la capete (tip sofită);
– lămpi rezistente la temperaturi înalte (280, 300 C) utilizate, printre altele, la
iluminatul interior al cuptoarelor de aragaz când se deschide ușa acestora;
– lămpi contra insectelor, destinate iluminatului balcoanelor, teraselor etc. La
acestea, pe suprafața exterioară a balonului se depune un strat specia l galben –
portocaliu ce va difuza o lumină galbenă ce nu atrage insectele. Efectul este mai
puternic dacă în vecinătate se montează o lampă cu balon clar, ce emite o lumină
albă ce atrage puternic insectele.
– lămpi sferice colorate cu 0% cadmiu, în constr ucție cu filament întărit,
rezistente la intemperii și variații de temperatură, cu soclu baionet. Balonul opalizat
are o culoare vie (alb, galben, roșu, albastru, verde, clar) când lampa este stinsă și
conservă nuanța de culoare când aceasta este aprinsă.
Toate lămpile mai sus prezentate sunt prevăzute cu două siguranțe fuzibile
încorporate , dimensionate pentru puterea nominală a sursei de lumină.
În afara acestor izvoare de lumină se mai produc:
– lămpi pentru tensiuni joase (12, 24, 36 V) destinate ilumin atului local sau
corpurilor de iluminat portative;
– lămpi pentru autovehicule în construcție întărită, varianta Rezista , cu soclu
tip baionet. Pentru faruri se realizează becuri cu două faze , care au două filamente
cu alimentare independentă;
– lămpi cu s pectru bogat în infraroșu, lămpi pentru proiectoare etc.
2.2 Lămpi cu incandescență cu halogeni
Performanțele lămpilor cu incandescență clasice sunt limitate de volatilizarea
intensă a filamentului la temperaturi ridicate. În vederea diminuării acestui pr oces,
concomitent cu mărirea duratei de
funcționare și a puterii unitare, au
fost concepute și realizate lămpile
cu incandescență cu halogeni.
Constructiv, lămpile cu
halogeni sunt constituite dintr -un
tub cilindric de cuarț (material
care rezistă la tempe raturi
ridicate), un filament axial din
wolfram dublu spiralat și un gaz
de umplere (Ar+N, Kr+N, în

Fig.1.3 Lampă cu ciclu regenerativ de iod
1 – intrare curent , 2 – tub cuarț, 3 – filament de wolfram,
4 – suport filament, 5 – amest ec gaz umplere și iod
Fig. 1.2 Lampă cu incandescență clasică
1 – filament , 2 – cârlig molibden, 3 – lentilă,
4 – bastonaș, 5 – disc sticlă, 6 – balon, 7 – tub evacuare,
8 – electrozi nichel, 9 – soclu Edison, 10 – soclu Swan

1-3 ultimul timp Kr+Xe) ce conține o cantitate bine determinată de halogen (fig. 1.3)
În condiții de temperatură date, între substanța halogenă Z și wolfram, ap ar
reacții chimice echilibrate cu caracter ciclic, ce se desfășoară astfel:
– la temperaturile relativ joase din vecinătatea pereților lămpii, atomii de
halogen se combină cu particulele de tungsten expulzate de pe filament și rezultă
o halogenură volatilă
W + nZ  WZn
– moleculele de halogenură de wolfram, datorită agitației termice, ajung în
vecinătatea filamentului unde temperaturile ridicate favorizează reacțiile de
descompunere:
WZn  W + nZ
În acest fel, wolframul eliberat se redepune pe filamen t, iar substanța
halogenă devine liberă chimic și aptă pentru o nouă reacție. Procesul descris este
repetitiv, iar sursele de lumină care -l utilizează se numesc lămpi cu ciclu
regenerator sau ciclu regenerativ .
În majoritatea cazurilor,
substanța halogenă este iodul ( I)
sau bromul (sub formă de
bromură de metil CH 3Br sau
bromură de metilenă CH 2Br2), de
unde denumirea de lămpi cu
incandescență cu ciclu
regenerativ de iod . Reacțiile
chimice descrise anterior pot fi
puse sub forma:
2
2600 14001200600
2 WI I W
CC
    

….

cu precizarea că zonele de formare și de descompunere a iodurii de wolfram sunt
separate printr -o suprafață izotermă de cca. 1300 C (fig. 1.4).
Particulele de wolfram nu se depun în același loc de unde au fost expulzate.
Filamentul are zone cu temperaturi di ferite, astfel că, în porțiunile mai calde,
evaporarea materialului este mai intensă și depunerile mai puțin accentuate. În
zonele cu temperaturi mai scăzute fenomenele se petrec invers și astfel apare un
transfer axial de wolfram. Din această cauză filame ntul se deformează în timp și în
cele din urmă se rupe.
Comparativ cu lămpile cu incandescență clasice, lămpile cu ciclu regenerativ
de iod se caracterizează prin:
– flux luminos constant pe întreaga durată de funcționare, care este de 2000
de ore;
– absen ța înnegririi balonului;
– eficacitate luminoasă de 18..25 lm/W, la puteri unitare mari;
– temperatura de culoare Tc = 2900 K asigură o bună redare a culorilor;
– dimensiuni de gabarit reduse la puteri mari, ceea ce conduce la noi
aspecte estetice ale inst alațiilor de iluminat interior, în special;
– temperatura de regim a balonului este de 600..900 C, de unde necesitatea confecționării acestuia din cuarț
– contactele au temperaturi de lucru de 200..300 C și implică socluri de
porțelan sau calit;
– poziția de montaj a lămpii – arbitrară sau preferențială – va fi indicată de
producător, pentru a asigura repartiția optimă a iodului în timpul funcționării;
– la manevrarea lămpii se interzice contactul balonului cu epiderma, altfel
acizii grași ce rămân pe balon conduc la devitrificarea cuarțului în timpul
funcționării și la distrugerea lămpii;
– intrările de curent sunt prevăzute cu fuzibile încorporate în soclu, ceea ce
previne apariția arcului electric în lampă la întreruperea filamentului.
Notă: Necesitățile practice au impus o multitudine de tipuri și variante
constructive, din care se menționează:
– lămpi cu halogeni a căror tub de cuarț este protejat de un balon de sticlă
clară sau opalizată, ceea ce facilitează manevrarea sursei de lumină;
– lămpi cu halog en cu reflector din sticlă presată și emisie nulă de radiații
ultraviolete;
– lămpi cu reflector din sticlă dicroică, închis în sticlă transparentă, cunoscute
sub denumirea comercială de spoturi luminoase . Aceste miniproiectoare au puteri
de 20, 35, 50W și sunt alimentate de preferință la tensiuni reduse (12V) furnizate
de transformatoare speciale. Menționăm cu această ocazie că oglinda dicroică are
proprietatea de a reflecta radiația luminoasă și a lăsa să treacă radiația infraroșie.
Rezultă o sursă de lum ină rece din punctul de vedere al energiei vehiculate de
fascicolul luminos, comparativ cu celelalte lămpi. Spoturile cu reflector de aluminiu
au o temperatură a acestuia de 450 C, cca. 250 C pe geamul de închidere al
sistemului optic și aproximativ 250 C la soclu.
– lămpi cu filament axial pentru montarea în reflectoare speciale, cu sau fără
sticlă de protecție. La ceste surse temperaturile admisibile sunt de 900 C pe balon,
350C în zonele îngustate ale acestuia și 300 C pe contactele cilindrice.
Temperat ura ridicată a balonului presupune adoptarea de măsuri suplimentare din
punct de vedere al normelor de prevenire și stingere a incendiilor în clădirile civile
și industriale.
3. Lămpi fluorescente cu vapori de mercur la joasă presiune
3.1 Descărcări elect rice în gaze inerte și vapori metalici
Descărcarea electrică este un proces de
trecere al curentului printr -un dielectric în prezența
unui câmp electric exterior. La gazele reale
fenomenul este posibil datorită preexistenței
purtătorilor de sarcină (ioni p ozitivi și negativi,
electroni) generați de cauze naturale (radiația
cosmică, telurică, atmosferică). Astfel, într -o
incintă cilindrică de sticlă (fig. 1.5) umplută cu gaz
inert la joasă presiune și prevăzută la capete cu
doi electrozi plan -paraleli, purtă torii de sarcină au
o mișcare haotică și în circuitul exterior nu avem Fig. 1.5 Lampă cu descărcări
alimentată în c.c.
R
us I
− + U

Fig.1. 4 Expli cativă la reacția halogen -wolfram
1 – tub cuarț, 2 – filament wolfram,
-atom wolfram,
– atom iod,
– moleculă WI 2

1-4 curent electric. Dacă la bornele tubului se aplică o tensiune U deplasarea sarcinilor
electrice devine ordonată și în circuitul considerat apare curentul I.
Mobilitatea ridicată a elect ronilor conduce la contacte electron -atom și, în
funcție de energia schimbată la impact, deosebim ciocniri elastice și neelastice.
Ciocnirile elastice măresc numai energia cinetică a atomului și, în consecință, va
crește temperatura mediului de descărcare. Ciocnirile neelastice majorează
energia internă a atomului și acesta se excită (simplu sau în trepte) sau chiar
ionizează. Stările de excitație durează puțin (10-8… 10-9 s) și la revenirea
electronului pe orbita stabilă, radiația emisă va avea o lungime de undă mai mare
sau cel mult egală cu cea a radiației incidente, deci poate aparține și domeniului
vizibil al spectrului, de unde luminescența gazului.
Gradul de luminescență este puternic dependent de presiunea și compoziția
mediului de descărcare. Astf el, o descărcare în gaze inerte și vapori de mercur la
joasă presiune (0,01…0,1 mm Hg) conduce la un spectru de emisie bogat în
radiațiile de rezonanță ale mercurului λ 1=184,9 nm și λ 2=253,7 nm. Dacă presiunea
crește radiațiile de rezonanță se reduc (su nt absorbite de gaz) și cresc cele
luminoase datorate excitării în trepte a atomilor de mercur. Eficacitatea luminoasă
η [lm /W] a desc ărcării în vapori de mercur prezintă un minim în domeniul
presiunilor medii (fig. 1.6), fiind ridicată la joasă (JP) și în altă (IP) presiune.
Eficacitatea luminoasă a descărcării la joasă presiune crește apreciabil (ramura
punctată) dacă pe peretele interior al lămpii se depune un strat de luminofor.
Dacă tubului de descărcare (fig. 1.5) i se aplică o tensiune continuă,
crescătoare, atunci se poate obține o dependență U=f(I) numită caracteristica
statică a descărcării în gaze inerte și vapori metalici (fig. 1.7) ce prezintă mai multe
porțiuni și anume :
Zona 0A – curentul din circuit respectă legea lui Ohm și este generat de
purtătorii de sarcină preexistenți în tub ;
Zona AB – la creșterea tensiunii la bornele tubului apare un exces de
purtători de sarcină ce conduc la curentul de saturație Is=IB ce nu respectă legea lui
Ohm ;
Zona BC – la tensiunea U > UB ciocnirile neelasti ce conduc la ionizarea prin
șoc a gazului, descărcarea capătă un caracter de avalanșă și se numește lentă
(întunecată, Towsend), fiind fără emisie de lumină. În momentul în care U = U a= U C
descărcarea devine luminescentă și aceasta este tensiunea de aprind ere sau
străpungere a gazului de umplere ;
Zona CD – în vecinătatea catodului apare sarcina spațială pozitivă, ceea ce
conduce la o dependență U=f(I) cu pantă negativă numită descărcare subnormală
în licărire, iar în tub se observă o succesiune de porțiuni luminoase și întunecate ;
Zona DE – tensiunea între electrozi rămâne constantă deoarece densitatea
de curent catodică se conservă și avem o descărcare luminescentă normală. Pe
această porțiune a caracteristicii U=f(I) lucrează lămpile cu electrozi reci , numite și
lămpi în regim de licărire ;
Zona EF – descărcarea luminescentă devine anormală, iar bombardamentul
ionic intens la care este supus catodul conduce la emisiunea termoelectronică a
acestuia ;
Zona FH – gazul din tub este complet ionizat și apare d escărcarea în arc
electric, la care dependența tensiune – curent este cu pantă negativă. Pe acest domeniu lucrează lămpile cu electrozi calzi de joasă presiune (FG) și înaltă
presiune (GH…).

3.2 Construcția lămpilor fluorescente
Lămpile fluorescente su nt surse de lumină moderne ce utilizează
fenomenele de electro – și fotoluminescență, ca urmare a descărcărilor electrice în
gaze inerte și vapori de mercur la joasă presiune.
O astfel de sursă de lumină se compune (fig. 1.8) dintr -un cilindru de sticlă
de forme diferite (liniară, circulară, U etc.) a cărui lungime ( L≈100…2400mm) și
diametru (Φ=10…58mm) depinde de puterea izvorului de lumină ( P=4…200 W).
Pereții , la interior, sunt acoperiți cu pudră fluorescentă (luminofor ), la capete se
prevăd doi ele ctrozi, iar tubul este umplut cu gaz inert la joasă presiune și câteva
miligrame de mercur lichid și în stare de vapori.
Electrozii de tip preactivat sunt filamente de wolfram dublu spiralate
acoperite cu oxizi alcalino -pământoși ce au o puternică emisi une termoelectronică
la temperatura de regim (≈900 °C) a catozilor.
Gazul de umplere , argon la o presiune de 3…4 mmHg , are rolul de a
ușura amorsarea descărcării, fiind ușor ionizabil. În regim normal de funcționare a
lămpii, la o temperatură a mediul ui ambiant de θ a=20°C, presiunea parțială a
atomilor de mercur este de cca. 0,01 mmHg ceea ce favorizează emisia radiațiilor
de rezonanță ale mercurului cu λ 2=253,7 nm. Se observă că vaporii de mercur la Fig. 1.8 Lampă fluorescentă liniară
1 – soclu, 2 – argon, 3 – perete de sticlă, 4 – pudră fluorescentă, 5 – filament, 6 – mercur L

1 2 3 4 5 6 Fig.1.6 Dependența η = f(p) în vapori de
mercur la curent constant I = 4A JP η
IP
p
103 [mmHg] 102 1 10 10-1 10-2 20 40 60


Wlm
Fig. 1.7 Caracteristica statică U = f(I) a
descărcării în gaze inerte și vapori m etalici U
0
10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 1 10 [A] 75 150 225 [V]
I A B C
D E F
G
H
10-11

1-5 joasă presiune sunt o sursă economică de radiații ul traviolete ce pot fi convertite în
radiații vizibile de către un luminofor convenabil ales.
Pudra fluorescentă are în structură o substanță de bază (luminoforul propriu –
zis), un activator metalic și o substanță auxiliară. Aceste materiale, bine
omogenizate , se topesc la temperaturi ridicate, apoi se macină și rezultă un
amestec pulverulent a cărui cristale sunt de ordinul micronilor (2…4μm). Pudra
fluorescentă, împreună cu un liant (nitroceluloză) formează o pastă fluidă ce se
depune pe peretele interior al lămpii.
În calitate de luminofori se utilizează diverși silicați, wolframați sau borați ce
au fluorescențe diverse (galben -verzui, albastru, roșietică etc). Halogenofosfații
sunt luminofori moderni, de mare randament, cu o fluorescență de culoare albă.
Luminoforii pe bază de pământuri rare (europiu) au o bună stabilitate termică,
randament ridicat și emit o lumină caldă, din punct de vedere psihosenzitiv.
Apariția luminescenței la solide este condiționată, în general, de prezența
unei mici cantități din tr-un element străin (metal greu) numit activator ce are rolul
de a crea defecte de structură (capcane) în cristalul de luminofor. Activatorul
metalic substituie un atom din rețeaua cristalină a luminoforului (fenomen similar
dopării semiconductoarelor) și nivelul energetic responsabil de luminescență își are
originea în atomii activatorului.
Pentru a mări factorul de transmisie al amestecului luminofor -activator
metalic, în acesta se adaugă o substanță auxiliară (fondant CaF 2, NaCl) ce are
rolul de a favor iza apariția microcristalelor complexe de luminofor.
Calitativ, luminoforul trebuie să aibă : randament ridicat la conversia
ultraviolet -vizibil, transparență pentru radiațiile vizibile, fluorescență maximă la
+20°C, factor spectral de absorbție ridicat în ultraviolet, stabilitate chimică la
temperatura din lampă și proprietăți colorimetrice corespunzătoare scopului
propus.
3.3 Dispozitive de pornire – reglare
Punerea în funcțiune a lămpilor fluorescente se
face la o tensiune mai mare decât cea de regim
(tensiunea de aprindere), iar după amorsarea descărcării
în arc se impune limitarea curentului prin lampă. Aceste
condiții de amorsare și stabilizare a descărcării se
realizează cu ajutorul unor elemente auxiliare de circuit,
numite generic dispozitive de po rnire-reglare și
constituite din starter și balast.
Starterul are rolul de a asigura preîncălzirea
filamentelor și de a întrerupe, după un anumit timp,
curentul acestora. El se prezintă sub diverse forme
constructive și una din variantele larg utilizate es te
starterul cu licărire. Acesta (fig. 1.9) se compune dintr -un
tub de sticlă umplut cu gaz inert (Ne, Ar) la joasă
presiune și prevăzut cu doi electrozi, unul fix (din nichel)
și celălalt mobil (din bimetal). După principiul de
funcționare, starterul desc ris este o lampă cu electrozi reci ce lucrează în regim de licărire normală, iar după funcția de circuit îndeplinită
este un contact normal deschis cu temporizare la închidere.
Pentru corecta funcționare a montajelor cu starter este necesar ca între
tensiu nile : Ust –de amorsare a starterului, Ul –de regim a lămpii și Us –a rețelei de
alimentare să existe relația :
Ul < Ust < Us
Balastul sau aparatul de preconectare are rolul de a asigura supratensiunea
de amorsare a lămpii la întreruperea circuitului de filamente de către starter și de a
menține stabil punctul de funcționare al descărcării în arc. În curent alternativ
balastul este o impedanță cu caracter inductiv ( BI- balast inductiv) sau capacitiv
(BC- balast capacitiv ), a cărei element principal este o bobină cu miez de fier și
întrefier. Caracteristica statică Ub= f(I) a balastului este ușor neliniară (fig. 1.10), iar
caracteristica externă Ube2= f(I) puternic căzătoare (fig. 1.11).
Stabilizarea descărcării în arc corespunde punctului de intersecție al
caracteristicilor Ube2= f(I) și Ul2= f(I) pentru care este valabilă relația Ul2 + Ube2≈Us2
(punctul A din fig. 1.11).
3.4 Funcționarea lămpilor
fluorescente în montaje cu starter cu
licărire
Să considerăm (fig. 1.12) un balast
inductiv BI înseriat cu o l ampă fluorescentă LF
ale cărei filamente F sunt interconectate prin
starterul S.
La conectarea montajului la rețea,
tensiunea de alimentare us se regăsește la
bornele starterului și în acesta se amorsează o
descărcare normală în licărire ce va încălzi Fig. 1.9 Starter cu licărire
1 – tub sticlă, 2 – electrod
mobil, 3 – electrod fix, 4 –
casetă PVC, 5 – bornă, 6 –
placă borne, 7 -condensator 7 6 5 4 3 2 1
Fig. 1.12 Montaj cu balast inductiv S
F F LF
BI
e − + + − us i Fig. 1.10 Caracteristi ci U b=f(I) [V]
240
180
120
0 60
0,15 0,30 0,45 0,60 [A] I BC
BI Ub U2
U2
Ube2=Us2-Ub2
Ul2 Us2
Ube*2
Ul2
* Ul*2
Ul2 Ube2
* Ube2

I A
Fig. 1.11 Caracteristici U be2
= f(I) și U l2
= f(I)

1-6
gazu l inert. De la acesta se încălzește bimetalul, care se dilată și, în final, închide
contactul normal deschis. Curentul din circuitul + us, F, S, F, BI, – us încălzește
puternic filamentele și pregătește lampa fluorescentă pentru amorsare (se
ionizează gazu l inert și se vaporizează mercurul).
Între timp, gazul din starter se răcește, bimetalul revine în poziția inițială și
întrerupe brusc circuitul de filamente. Variația rapidă d i/dt a curentului prin balast
generează o tensiune de autoinducție e=−dΦ/d t de valoare ridicată (1000..1200 V).
Dacă în momentul întreruperii circuitului de filamente se consideră pentru mărimile
us și e polaritățile din figură, atunci tensiunea aplicată tubului fluorescent va fi
us+e>Ua ceea ce conduce la amorsarea cvasi -instantanee a descărcării în regim
de arc.
3.5 Tipuri constructive de lămpi fluorescente de joasă presiune
Tipurile constructive de lămpi fluorescente se pot clasifica după diverse
criterii, dar unul din cele mai uzitate este cel al destinației și în concordanță cu
acesta deosebim lămpi fluorescente de uz general și lămpi fluorescente speciale.
a) Lămpile fluorescente de uz general se caracterizează prin eficacități
luminoase ridicate ( η=45…95 lm/W), gamă largă de temperaturi de culoare corelate
(Tc=2700…6500 K), un indice ridicat de redare al culorilor ( IRC=66…95) și o durată
de viață apreciabilă ( D=6000…8000 ore). Tipodimensiunile frecvent întâlnite sunt
următoarele :
Lămpi liniare normale cu un Φ26 și Φ38 a căror puteri normalizate sunt de
P=18,36 sau58 W și respectiv P=20,40 sau 65 W. În țară se produc lămpi cu Φ38
în variantele: aprindere cu starter (simbol LFA pentru θa≥+5°C și LFB dacă
θa<+5°C) și aprindere fără starter în medii periculoase sau cu temperaturi scăzute
(simbol LFR, θa=−15°C).
Pentru facil itarea amorsării, lămpile LFB și LFR sunt prevăzute la exterior cu
o bandă metalizată depusă prin vopsire ce are rolul de a mări și uniformiza câmpul
electric de -a lungul tubului. De asemenea, la tipul LFR evitarea uzurii intense a
filamentelor se face cu ajutorul inelelor anodice – ecrane elipsoidale de tablă ce
înconjoară filamentul și se conectează la intrările de curent – ce preiau sarcina
electrică în alternanța în care electrodul joacă rol de anod.
Codificarea lămpilor autohtone se face prin atașarea la simbolul sursei de
lumină a unei fracții al cărei numărător semnifică puterea standardizată P, iar
numitorul temperatura de culoare corelată în concordanță cu recomandările CIE
(Comisia Internațională de Iluminat). De exemplu, notația LFA40/2x precizea ză că
avem o lampă fluorescentă cu vapori de mercur de joasă tensiune, pentru montaje
cu aprindere cu starter, cu o putere de 40 W și o temperatură Tcc=3800 K, ce
corespunde culorii alb – superior a luminii emise.
– lămpi liniare miniatură (lămpi baghetă) cu Φ7,15,16 și P= 4…13 W ;
– lămpi în formă de U cu Φ38 și P=20,40,65 W ;
– lămpi circulare (toroidale) cu Φ32, P=18..40 W și diametru exterior al torului de
100 – 410 mm ;
– lămpi monosoclu la care contactele sunt plasate la un capăt al sursei de
lumină ce se compune din 2,4 baghete cu Φ10, 2 baghete cu Φ15 sau 2,3 tuburi U
cu Φ10. Aceste elemente au puncte de legătură comune și se comportă ca o singură lampă fluorescentă. Se realizează în variantele soclu cu 4 contacte și soclu
cu 2 contacte (starter in clus în soclu). Se recomandă pentru iluminatul de lungă
durată interior sau exterior, cu precizarea că fluxul luminos emis este puțin
dependent de temperatura mediului ambiant.
b) Lămpile fluorescente compacte numite și lămpi fluorescente economice
(Fig.1. 13) sunt de fapt tuburi fluorescente de diametru mic (8 -12 mm), cu lungimea
curbată sau compusă din
mai multe tronsoane
înseriate în scopul micșorării
gabaritului. Alimentarea
lămpii se realizează la
frecvență ridicată (10…30
kHz) de la un circuit
electr onic numit și balast
electronic (Fig.1.14) .
Circuitul electronic,
format dintr -un redresor, filtre
electrice și un invertor realizat cu două tranzistoare c are lucrează în contratimp,
cuprinde și o bobină balast L (de dimensiuni mici , pe miez de ferită) . El este de
multe ori inclus în corpul lămpii . Alimentarea lămpii la frecvență mărită conduce la
amorsarea aproape instantanee și dispariția efectului de pâlpâire (flicker).
Soclul cu filet E27 sau E14 aduce avantajul conectării simple, direct la rețea,
asem ănător lămpii cu incandescență clasice. De fapt acest tip de lampă poate
înlocui orice lampă cu incandescență clasică în corpul de iluminat aferent, cu
avantaj al eficacității luminoase de 5…7 ori mai ridicate.
Unele variante sunt prevăzute cu un glob p rotector din sticlă clară sau
opalizată.

c) Lămpile fluorescente speciale au tehnologie de fabricație distinctă și
domenii de utilizare diverse, cele mai cunoscute variante constructive fiind
următoarele : Fig.1.13 Lămpi fluorescente compacte
Fig.1.1 4 Exemplu de balast electronic

1-7 – lămpi fluorescente cu strat reflectorizant (fig. 1.15-a) la care între tubul de
sticlă 1 și luminoforul 3 se interpune un material reflectorizant 2 ce prezintă o fantă
longitudinală de deschidere unghiulară α. Se recomandă pentru vitrine, scafe,
sisteme de iluminat direct etc.
– lămpi fluorescente c u aprindere rapidă (fig. 1.15-b) prevăzute cu o bandă
metalică 4 pe peretele interior și conectată la unul din electrozi. Balastul inductiv
poate fi înlocuit cu o lampă cu incandescență și se recomandă pentru mediile cu
pericol de incendiu și explozie.
– lămpi fluorescente de mare putere. Mărirea puterii lămpii este posibilă dacă se
asigură condițiile de răcire ce conduc la valorile optime ale presiunii (0,01…0,10
mmHg) și temperaturii ( +40°C) vaporilor de mercur. Acest deziderat se poate
realiza prin :
 răcirea forțată cu aer a tubului de sticlă, cu ajutorul unui ventilator, cum
este cazul lămpilor HO ( high – output ) și SHO ( super – high – output ) cu
puteri de 100W/m ;
 crearea unui punct rece în sistemul termodinamic al lămpii prin
ecranarea soclului fila mentelor (fig. 1.15-c), realizarea unei proeminențe
la mijlocul tubului (fig. 1.15-d) sau modificarea raportului secțiune
transversală / suprafața laterală prin realizarea de mici adâncituri de -a
lungul tubului (fig. 1.15-e).
– lămpi fluorescente colorate ce utilizează luminofori speciali și, eventual, sticle
filtrante. Se recomandă la iluminatul discotecilor, barurilor, la efecte speciale etc.
– lămpi fluorescente actinice cu o distribuție spectrală specifică necesară
aparatelor heliograf (spectru bogat î n radiații albastre și ultraviolete apropiate) sau
pentru stimularea creșterii plantelor (spectru bogat în radiații roșii și albastre).
– lampa de inducție (fig. 1.15-f) se caracterizează prin aceea că ionizarea
mediului de descărcare are loc datorită cure nților induși în gazul inert de către un câmp magnetic de frecvență ridicată (2,65 MHz) generat de o bobină plasată în
sursa de lumină. Tubul de descărcare este un balon de sticlă similar celuia de la
lămpile cu incandescență și este acoperit, la interior, cu o pudră fluorescentă
normală. Lămpile au ca date de catalog: amorsare instantanee în plaja
θa=−20… +55°C, P= 55 … 85 W, η=65 … 70 lm/W, Tc = 3000 .. 4000K, IRC ≥ 90 și
D= 60000 ore.
4. Lămpi cu descărcări în vapori de mercur
Clasificarea acestor izv oare de lumină se face după presiunea vaporilor
metalici din timpul funcționării și conform acestui principiu deosebim:
– lămpi cu vapori de mercur la joasă presiune;
– lămpi cu vapori de mercur la înaltă presiune.
4.1 Lămpi cu vapori de mercur la joasă
presiune
Lampa cu vapori de mercur la presiunea de circa
0,01 torr este o sursă de radiații ultraviolete ( =180 ..400
nm) și are o construcție similară lămpii fluorescente cu
vapori de mercur la joasă presiune. Deosebirea constă
în tubul de descărcare ce este din sticlă specială,
transparen tă la radiații ultraviolete, măt uită pe interior
pentru uniformizarea fluxului energe tic.
Conectarea la rețea se face prin d ispozitive de
pornire -reglare ( starter, balast) clasice sau electronice.
Domeniile de utilizare sunt diverse : analize luminiscente,
tratamente antirahitice și antiseptice , procese
fotochimice , reacții de polimerizare etc. Lămpile au puteri
de P = 6…124 W la o durată de funcționare
D=2000 …8000 ore.
Lampa cu vapori de mercur la presiunea de circa
1 torr este o sursă de radiații monocromatice galben –
verzui ( =557 …577,9 nm) cu o culoare dominantă
albastră -verzuie.
Lampa (fig. 1.16) se compune dintr -o incintă
cilindrică de sticlă 1, în care se introduce un gaz inert
(argon, neon) la joasă presiune și câteva miligrame de
mercur. La capetele acestui tub de descărcare se
plasează electrozii principali E 1 și E 2 (filamente dubl u
spiralate din tungsten) acoperite cu materiale
termoemisive (oxizi de bariu, stronțiu, calciu). În vecinătatea unuia din electrozii
principali, E 1, se dispune electrodul auxiliar E 3, conectat prin rezistența de limitare
R=25 k la celălalt electrod princ ipal. Ansamblul descris, inclusiv căile de curent 2
și elementele de susținere 3, se protejează de acțiunea distructivă a mediului prin
balonul cilindric 4, din sticlă clară. Spațiul dintre cele două incinte se umple cu gaz
inert ( argon, azot) ce are rolul de a uniformiza temperatura tubului de descărcare în Fig.1.15 Tipuri constructive de lămpi fluorescente speciale
1-tub sticlă, 2 -strat reflectorizant, 3 -luminofor, 4 -bandă metalică, 5 -ecran α 1
3 2
a 1 3
2 5
2 c
2
e A
A′ Secțuine A – A′ b
2 4
2
d
2 f
2
4
E2
3
2
1
E1
E3
R
5
~ B
C
Fig. 1.16 Lamp ă cu vapori de
mercur la joasă presiune

1-8 regim normal de funcționare și de a evita apariția arcului electric între intrările de
curent. Balonul de sticlă are la unul din capete soclul filetat 5.
Conectarea la rețea se face prin intermediul bal astului B (bobină cu miez de
fier și într efier) și, eventual , a capacitorului C care asigură un factor de putere
ridicat al circuitului. Amorsarea descă rcării decurge în două etape și anume:
– la punerea sub tensiune a montajului apare o descărcare în reg im de
licărire între electrozii E 1 și E 3, iar curentul din circuit asigură atât ionizarea
argonului, cât și o puternică emisiune termoelectronică a electrodului E 1;
– în faza următoare, datorită ionizării intense a mediului, apare arcul electric
între elec trozii principali, mercurul se vaporizează și prin excitarea vaporilor săi în
câmp electric se emit radiațiile monocromatice galben -verzui. Descărcarea în
regim de licărire între E 1 și E 3 încetează de oarece rezistența electrică a spațiului
E1-E2 scade foar te mult în raport cu rezistența de limitare R.
Durata proceselor tranzitorii , prin care se înțelege timpul după care fluxul
luminos al lămpii ajunge la 80% din valoarea nominală, este de 6 …7 minute. Dacă
în timpul funcționării apare un gol de tensiune, lam pa se stinge iar reaprinderea
este posibilă după 3 …5 minute (spați ul de lucru se răcește și ajunge la presiunea
corespunzătoare amorsării descărcării în licărire ).
Poziția de funcționare a sursei este precizată de producător, iar
nerespectarea acesteia con duce la curbarea arcului electric (sub acțiunea
curenților termici convectiv i) și la înmuierea sticlei în zona respectivă.
Lămpile cu descărcări în vapori de mercur la joasă presiune au puteri
cuprinse în gama P=80…1000 W, eficacități l uminoase de η=30÷40 lm/W, durate
de funcționare D=3000 ore și se recomandă numai pentru iluminatul exterior
deoarece au un indice de redare a culorilor IRC de valoare scăzută.
4.2 Lămpi cu vapori de mercur la înaltă presiune
Lampa cu vapori de mercur la înaltă presiune (fig. 1.17) are ca principal
element construc tiv un tub de descărcare 1 din sticlă de cuarț transparentă la
radiații ultraviolete și rezistentă la temperatura de regim a arcului electric. În tub se
introduce un gaz inert (argon ) la joasă presiune ( câțiva torr) ș i mercur ( 10..300 mg
în funcție de puterea lămpii ), iar la capete se prevăd electrozii principali E 1, E2 și
electrodul secundar E 3.
Electrodul principal este constituit dintr -o baghetă metalică pe care se
înfășoară un filament de wolfram dublu spiralat și acoperit cu material termoemisiv.
Electrodul secundar este o sârmă de wolfram sau molibden plasată în vecinătatea
unui electrod principal și conectată galvanic la celălalt electrod principal prin
rezistența de limitare R=25 kΩ.
Tubul de descărcare, eleme ntele de susținere 2, căile de curent 3 și
rezistențele de limitare se introduc într -un balon ovoidal de sticlă 4 a cărui formă
corespunde cu una din izotermele (~350oC) cilindrului de cuarț . Balonul 4 este
umplut cu gaz inert (argon, argon+azot) ce ajunge la presiunea atmosferică în
timpul funcționării lămpii.
Anvelopa de sticlă 4 are funcțiuni multiple și anume: protejează elementele
componente ale sursei de acțiunea distructivă a factorilor de mediu; asigură
echilibrul termic al descărcării în arc prin u niformizarea pierderilor convec tive, deci independența funcționării de temperatura mediului ambiant; absoarbe radiațiile
ultraviolete și permite modificarea caracteristicilor fotometrice ale descărcării;
diminuează, prin mătuirea suprafeței interioare, lum inanța ridicată a tubului de
descărcare (circa 600 sb).
Lampa este prevăzută cu un soclu
metalic 6 cu filet E27 sau E40 (la puteri
mari) a cărui temperatură este de maximum
200 oC, respectiv 250 oC.
Racordarea la rețea se face prin
intermediul unui balast inductiv B , iar
aprinderea lămpii are loc în două etape, ca
și în cazul lămpilor de joasă presiune.
Descărcarea în regim de licărire între
electrozii E 1-E3 are loc la o tensiune de
10÷20 V și sub un curent de circa 1,6 …1,8
ori curentul nominal, ceea ce asi gură
ionizarea gazului inert și o p uternică
emisiune termoelectronică a electrodului
principal E 1. În momentul în care presiunea
în tub ajunge la circa 20 torr, rezistența
electrică a spațiului E 1-E2 devine mai mică
decât rezistența de limitare R, iar
desc ărcarea se comută între electrozii
principali E 1-E3 și apare arcul electric. După
aproximativ 5 …10 minute se ajunge la
regimul stabilizat de funcționare caracterizat
printr-o presiune de 2÷15 at în tubul de
cuarț, o temperatură în coloana arcului de
800…1200 oC și o tensiune pe lampă de
115…135 V.
Lampa cu vapori de mercur la înaltă
presiune și balon fluorescent sau lampa
fluorescentă cu vapori de mercur la înaltă
presiune se obține prin depunerea pe
peretele interior al balonului de sticlă a unui strat 5 de pudră fluorescentă
(fluogerman at de magneziu, ortovanadat de y triu) cu o puternică emisie în
domeniul roșu al spectrului (v.fig. 1.1 6). Aceste radiații sunt complementare celor
ale mercurului și lampa are o lumină albă cu Tc=3300 ..4300 K și IRC=40..60.
Lămpile se caracterizează prin: P=50..1000 W, =35..55 lm/W, D=16000.. 24000
ore și se recomandă la iluminatul public, al terenurilor de sport, al halelor
industriale înalte și acolo unde se cer fluxuri luminoase mari, relativ concentrate și
nu se impun con diții de redare precisă a culorilor.
Simbolizarea lămpilor de acest tip produse în țară se face prin grupul de
litere LVF la care se atașează un număr ce reprezintă puterea standardizată a
sursei. Gama de produse autohtone este LVF 80, LVF 125, LVF 250, LVF 400.
Lampa fluorescentă cu vapori de mercur la înaltă presiune și balon oglindat
are anvelopa de forma unui paraboloid de rotație, partea frontală este din sticlă
3
E2
1
E1
2
3
6
~ E3 4 2 5
R
B
C
Fig. 1.17 Lampă cu vapori de mercur la
înaltă presiune

1-9 clară, iar restul balonului este acoperit, la interior, cu un strat reflectant (dioxid de
titan) pe care se depune pulberea fluorescentă. Fluxul luminos este emis intr -un
unghi de  steradiani, cu intensitatea luminoasă maximă după axa unghiului solid
și mult mai mare decât în cazul lămpilor standard. Sursele se caracterizează prin:
P=125.. 1000 W, =45..55 lm/W, Tc=3900 ..4200K, IRC=36..40, D=16000 ..24000
ore. Se recomandă pentru instalații ce utilizează în mod curent lămpi cu vapori de
mercur, dar unde iluminatul direct trebuie să fie preponderent, ca de exemplu: hale
industriale înalte, sere agr icole, triaje de cale ferată, zone perimetrale importante.. .
Simbolizarea lămpilor de acest tip produse în țară se face prin grupul de
litere LVO la care se atașează un număr ce reprezintă puterea standardizată a
sursei. Gama de produse autohtone este LVO 250 și LVO 400.
Lampa cu lumină mixtă (fig. 1.18) este o lampă fluorescentă cu vapori de
mercur la înaltă presiu ne la care balastul a fost înlocuit printr -un filament de
wolfram dublu spiralat 7 montat în balonul protector din sticlă. Filamentul
stabilize ază descărcarea și este în
același timp o lampă cu incandescență
normală, ceea ce face ca întreg
ansamblul să aibă o compoz iție
spectrală mai bună decât cea a lămpii
fluorescente cu vapori de mercur la
înaltă presiune.
Eficacitatea luminoasă a sursei
este ridicată atunci când fluxul luminos
al tubului de descărcare 1 este egal cu
cel al filamentului 7 și pentru aceasta
este necesar ca puterea electrică
aferentă lămpii incandescente să
reprezinte circa 60% din puterea totală
absorbită. Lampa cu lumină mixtă se
racordează direct la rețea și are o
aprindere instantanee datorită
filamentului incandescent ce asigură
fluxul luminos în perioada stabilizării
descărcării, a cărei durată este de
circa 3 minute.
Sursele descrise se
caracterizează prin: P=100 ..500 W,
=10..26 lm/W, Tc=3500..3800 K,
IRC=50..60, D=6000 ore, cos  =0,9.
Se recomandă la iluminatul căilor
rutiere, al halelor industriale înalte și al
altor spații similare unde se cer fluxuri luminoase concentrate și o bună redare a culorilo r. Durata de funcționa re mult mai
ridicată decât cea a lămpilor cu incandescență standard se explică prin
temperatura de lucru mai scăzută a filamentului și prin creșterea presiunii gazului
inert din balonul protector de sticlă.
5. Lămpi cu descărcări în vapori de sodiu
Clasificarea acestor izvoare de lumină se face după presiunea vaporilor
metalici din timpul funcționării și conform acestui principiu deosebim:
– lămpi cu vapori de sodiu la joasă presiune;
– lămpi cu vapori de s odiu la înaltă presiune.
Descărcările electrice în vapori saturați de sodiu (metaloid cu temperatura
de topire de circa 98oC) au eficacități luminoase maxime dacă presiunea parțială a
vaporilor este joasă (0,005.. 0,010 torr ) sau înalt ă (100..200 torr).
La joasă presiune funcționarea are loc la o temp eratură de 250.. 270oC a
mediului de descărcare, iar lumina emisă este galben -verzuie și corespunde
radiațiilor de rezonanță (589 și 589,6 nm) ale dubletului D al sodiului. Acest spectru
cvasi -monocromatic este apropiat de cel corespunzător sensibilității m axime a
ochiului, ceea ce conduce la o eficacitate luminoasă teoretică de circa 520 lm/W.
La înaltă presiune stabilizarea descărcării se obține pentru temperaturi mai
ridicate ale mediului din lampă ( 700.. 1200oC), iar lumina emisă are o culoare
portocalie (galben -auriu, alb -aurie) deoarece o parte din radiația de rezonanță este
auto-absorbită și reemisă sub forma unui spectru de benzi ce include și radiații
roșii, verzi și albastre.
În toate situațiile, la temperatura ambiantă (+20oC) vaporii de sodiu sunt în
cantitate redusă și pentru a facilita amorsarea descărcării în lampă se introduce un
amestec de gaze inerte ( neon, argon, xenon ) la joasă presiune.
5.1 Lampa cu vapori de sodiu la joasă presiune
Lampa cu vapori de sodiu la joasă presiune are ca elemen t principal un tub
de descărcare din sticlă, în formă de U sau liniar (fig.1.19) , pe al cărui perete
interior se depune un strat de material rezistent la acțiunea chimică a vaporilor de
sodiu (construcție ply glass). La capetele tubului se prevăd electrozi din wolfram
activați cu materiale termoemisive. În tub se introduce sodiu metalic în cantitate
suficientă pentru a forma vapori saturați și un amestec de ne on și argon la o
presiune de 10.. 15 torr. Izolarea termică a incintei de descărcare se face prin
introducerea acesteia intr -un balon ( anvelopă ) cilindric de sticlă, ce va fi vidat.
Schimbul de căldură radiativ se diminuează apreciabil dacă pe peretele interior al
anvelopei se prevede un film de material (oxid de zinc sau indiu) transparent la
radiația vizibilă, dar reflectant pentru radiația infraroșie cu λ=5,5μm produsă de
mediul de descărcare aflat la temper atura optimă de 260 C.
Fig. 1.18 Lampa cu lumină mixtă
E3 5 E1 1 E2 3
4
R
6 2
~ 3 7

1-10 Inițializarea descărcării depinde de tipul constructiv al sursei de lumină și
anume:
– amors area lămpilor cu electrozi rec i din wolfram triplu spiralat se face prin
aplicarea unei supratensiuni furnizate de un autotransformator cu flux mare de
scăpări (fig. 1.19-a);
– amorsarea lăm pilor cu electrozi preîncălziți din wolfram dublu spiralat se
face utilizând un montaj cu aprind ere cu starter și balast inductiv (fig. 1.19-b).
La punerea sub tensiune a montajului apare o descărcare în gaze inerte la
joasă presiune care încălzește mediul din lampă și conduce la vaporizarea treptată
a sodiului. Inițial lumina emisă este de culoare roșie ( caracteristică neonului), dar în
următoarele 10 ..15 minute capătă o culoare galben -verzuie ca urmare a excitării
atomilor de sodiu aflați la temperatura și presiune a parțială optime .
Lămpile cu o putere mai mare de 180 W se execută sub formă liniară și tubul
de descărcare prezintă strangulări (fig. 1.19-b) pentru a evita deplasarea sodiului
spre zonele cu temperaturi mai ridicate din vecinătatea electrozilor. Poziția de
funcționare este orizontală sau cu o înclinare de 20 , ceea ce asigură o bună
repartizare a sodiului în tubul de descărcare. Lămpile cu puteri mai mici sunt sub
formă de U și au poziția de funcționare vert icală sau sub un unghi de 55  față de
acesta.
Lămpile cu vapori de sodiu la joasă presiune se caracterizează prin: P=18.. 220 W, =70..200 lm/W, D=6000 ore și se recomandă la iluminatul exterior
(căi rutiere, depozite, ecl uze, dane portuare, aeroporturi etc.) interior (încăperi cu
degajări de praf sau de fum precum hale de forjă, turnătorii) sau decorativ. Acest
spectru larg de aplicați i este o consecință a proprietăților favorabile ale luminii
monocromatice galben -verzui cu privire la acuitatea vizuală și la sensibilitatea în
percepere a detaliilor, contrastelor și formelor. Lumina galbenă emisă de aceste
lămpi străbate prin ceață și as igură un contrast accentuat între suprafețele
iluminate și cele neiluminate, îmbunătățind vizibilitatea. De precizat că redarea
culorilor este inexistentă deoarece o culoare pură, alta decât galben, va apare
complet neagră în lumina acestor lămpi.
5.2 Lamp a cu vapori de sodiu la înaltă presiune
Lampa cu vapori de sodiu la înaltă presiune are ca element principal (fig.
1.20) un tub de descărcare cilindric 1 din alumină policristalină sinterizată,
translucidă ( lucalox sau PCA), ce rezistă bine la acțiunea chi mică a vaporilor de
sodiu aflați la temperatură ridicată (circa 1000oC). La capete se montează electr ozii
2 cons tituiți dintr -o vergea metalică pe care se înfă șoară un filament de wolfram
dublu spiralat acop erit cu materiale termoemisive. Î n tub se introdu ce sodiu metalic
și mercur în proporție de 1 la 4, precum și un gaz inert (xenon) sau un amestec de
gaze inerte (neon și argon) ce permit amorsarea descărcării. Mercurul are rol de
gaz tampon și asigură , la temperatura de funcționare , presiunea optimă de l ucru și
un gradient de potențial ridicat. Incinta de descărcare este protejată de influ ența
mediului ambiant printr -un balon de sticlă 3, vidat, a cărui formă poate fi eliptică
sau cilindrică.

Anvelopele cilindrice sunt din sticlă clară și au o tem peratură maximă de
350oC.
Anvelopele elipsoidale au peretele interior mătuit, iar temperatura lor poate
ajunge la 450oC. Soclul lămpii 5 este cu filet de tip E27 sau E40, temperatura de
lucru fiind de 200oC, respectiv 250oC. Lampa poate funcționa in orice poziții la
temperaturi ale mediului de până la -30oC.
Deoarece presiunea vaporilor metalici este scăzută la temperatura mediului
ambiant, iar distanța dintre electrozi este suficient de mare, amorsarea descărcării
în lampă se realizează cu ajutorul starte relor (igniterelor ), ce prezintă o mul titudin e
5 4 3 1 2 6 230V
~ AT
C
7 5 4 1 2
B 230V
~ S a
b
Fig. 1.19 Lampă cu vapori de sodiu în formă de U (a) și liniară (b).
1–tub de descărcare, 2 –filament, 3 –neuniformității pentru condensarea sodiului în repaus, 4 –anvelopă
de sticlă, 5 –film de oxid de iridiu, 6 –soclu E27, 7 –soclu G13, AT –autotransformator cu dispersie,
B–balast inductiv, C –capacitor, S – starter cu licărire.
Fig. 1.20 Lampă cu vapori de sodiu la înaltă presiune;
1–tub de descărcare, 2 –filament, 3 -balon protector din sti clă,
4–element de susținere și c ale de curent, 5 –soclu.

1-11
Fig.1.22 Tipuri constructive de lămpi cu halogenuri melalice de tipodimensiuni. La noi în țară se construiesc ignitere cu transformato are de
impuls sau numai cu elemente semiconductoare, când balastul este de construcție
specială (de tip autotransformator ).
Igniterul cu transformator de impuls (DAS 05 fig. 1.21-a) funcționează după
următorul principiu:
– la conectarea montajului la rețea, să presupunem că alternanța pozitivă a
tensiunii de alimentare us=Usmsin(ω t-φ) se aplică la borna 2 și condensatorul C 1 se
va încărca cu polaritatea din figură, la valoarea maximă, pe circuitul: born ă 2, diod ă
D1, primar transformator de impuls TI , capacitor C 1, rezistor R1, balast B, borna 1;
– în alternanța următoare (cu semnele din paranteze) are loc în cărcarea
condensatorului C 2 cu polaritatea din figură, pe circuitul: bornă 1, B, R 1, C2, D3, D2,
borna 2. Condensatorul C 1 își păstrează încărcarea uC1=Usm prin blocarea lui D 1,
iar C 2 încărcat la uC2=Usm urmărește variația tensiunii de alimentare;
– în momentul în care us<UC2 dioda D 2 se blochează și condensatorul C 2
generează un curent de poartă i=UC2/R2=Usm/R2 care conduce la deschiderea
tiristorului T. Din acest moment începe descărcarea condensatoarelor înseriate
C1+C2 pe primarul I al transformatorului de impuls TI, căruia i se apl ică tensiunea
2Usm. Supratensiunea de 3..4, 7 kV ce apare la capetele înfășurării II se regăsește
la electrozii lămpii L care va amorsa, iar igniterul iese din funcțiune ca urmare a
tensiunii reduse (de la bornele arcului) ce i se aplică la intrare.
Igniter ul cu tiristor (DAS 25 fig. 1.21-b) asigură amorsarea lămpii numai dacă
se utilizează balasturi de construcție specială, cu prize, și funcționează astfel:
– dacă la alimentarea montajului tensiunea sursei us=Usmsin(ω t-φ) are
alternanța pozitivă la born a 1, condensatorul C 1 se încărca la uC1=Usm, cu
polaritatea din figură, pe circuitul: borna 1, balast B secțiune a-b, diodă D, capacitor
C1, borna 2;
– la următoarea alternanță (polaritatea din paranteze) prin divizorul R1+R2
apare un curent ce conduce la o c ădere de tensiune pe rezistorul R2, suficientă
pentru deschiderea tiristorului T. Din acest moment C 1 se descarcă rapid pe
înfășurarea a-b și la capetele a-c ale balastului apare un impuls de tensiune de 2,8..4,5 kV ce permite amorsarea lămpii.
Durata proc eselor tranzitorii corespunzătoare intrării lămpii în regim normal
de funcționare este de 5..10 minute funcție de puterea unitară a sursei. Dacă în
timpul regimului stabilizat apar goluri de tensiune, reamorsarea sursei are loc după
2..3 minute necesar e răcirii mediului din tubul de descărcare.
Lămpile cu vapori de sodiu la înaltă presiune se caracterizează prin:
P=25..1000 W, =35.. 125 lm/W, D=20000 ore, Tc=2100 ..2500 K, IRC=20..80 și se
recomandă la iluminatul stradal, al șantierelor și docurilor, al aero porturilor, al
triajelor de cale ferată, precum și al halelor industriale d e înălțimi apreciabile (peste
8..10m). Utilizarea acestor surse la il uminatul interior este limitată d e luminanț a
ridicată a tubului de descărcare, ce poate ajunge la 900 sb.
Sursele de lumină de acest tip produse în țară sunt codificate prin grupul de
litere: LPNE – anvelopă ovoidală mătuită sau LPNT – anvelopă cilindrică din sticlă
clară, la care se atașează un număr ce corespunde cu puterea normalizată a
lămpii și care este 150, 250 sau 400 W ( exemplu : LPNE 150 – lampă cu vapori de
sodiu la înaltă presiune cu balon din sticlă mătuită și puterea nominală de 150 W ).
6. Lămpi cu halogenuri metalice
Lampa cu halogenuri metalice (fig 1.22) are o construcție similară cu cea a
lămpii cu vapori de sodiu la înaltă presiune, dar diferă de aceasta prin conținutul
tubul ui de descărcare . Aici, alături de mercur și argon, se introduc halogenuri ale
metalelor alcaline ( sodiu ) sau alcalino -pământoase ( taliu, i ndiu, dy sprosiu, holmiu ).
La te mperatura de regim a lămpii, halogenurile sunt parțial vaporizate și cele din
coloana arcului disociază.
Atomii metalici astfel obținuți
sunt excitați și vor emite
radiațiile de rezonanță
specifice. Datorită agitației
termice, acești atomi se
deplasează sp re pereții tubului
unde se recombină cu
halogenul datorită temperaturii
mai scăzute. Procesele de
disociere -recombinare a
metalului cu halogenul sunt
identice cu cele din lămpile
incandescente cu ciclu
regenerativ de iod.
Lămpile pentru iluminat
folosesc i oduri de taliu și
sodiu, a căror radiații de
rezonanță dau o lumină verde –
portocalie, iar dacă se adaugă
și iodura de in diu spectrul de
emisie va conține și radiații
albastre. Iodurile de holmiu și
1 B
2 – (+)
+ (-) L R1 R2
TI
I II C1 C2
T
D1 D2 D3 +
+ –
–
us
~ DAS 05
a
a
a 1 B
2 – (+) + (-)
R1
R2
C1 C2
T D
+
– us
~
DAS 25 b c
L
b
Fig. 1.21 Scheme d e conectare a lămpilor cu vapori de sodiu la înaltă presiune
B-balast; L -lampă cu descărcări; DAS05 – igniter cu transformator; DAS25 – igniter cu tiristor

1-12 dysprosiu asigură o mai bună redare a culorilor, dar dimin uează eficacitatea
luminoasă a sursei. Prezența iodurilor metalice are ca rezultat diminuarea
radiațiilor mercurului pe într egul spectru, ca urmare a emisiei metalelor din
structura halogenurilor. Anvelopa protectoare este din sticlă clară de formă
cilindr ică sau ovoidală, iar în unele cazuri aceasta din urmă este prevăzut ă, la
interior, cu un strat de material fluorescent. Poziția de funcționare a lămpii este
verticală, din aceleași considerente expuse la lămpile cu vapori de mercur la joasă
presiune.
Tens iunea de inițializare a descărcării în lampă la temperatura mediului
ambiant (+20oC) este relativ ridicată (250 ..500V) datorită presiunii scăzute a
vaporilor din tubul de descărcare. De aceea, schemele de conectare la rețea sunt
prevăzute cu dispozitive de amorsare denumite ignitere , prin intermediul cărora se
aplică lămpii un impuls de înaltă tensiune. Acesta poate fi generat prin întreruperea
rapidă a unui circuit inductiv ( la igniter ele cu bimetal), prin încărcarea -descărcarea
unui condensator sau cu aju torul unui transformator de impuls (la igniter ele
electronice).
Igniterul termic IT sau cu bimetal (fig. 1.23) se compune dintr -un balon de
sticlă 1 în care se dispune rezistorul 2 și lamela bimetal ică 3 a cărei poziție de
repaus realizează contactul normal
închis 4. La punerea sub tensiune a
montajului, balastul inductiv B este
conectat la rețea prin contactul 4, lamela
3 și rezistorul 2. Căldura degajată de
rezistor permite dilatarea bimetalului
care va deschide, după circa 30
secunde, contactul 4. C a urmare, la
bornele lămpii va apa re un impuls de
tensiune de 800.. 3800 V (dat de e+u, cu
e= -dΦ/d t – tensiunea de autoinducție , u
– valoarea instantanee a tensiunii rețelei)
care amorsează descărcarea în lampă.
Curentul de regim al lămpii parcurge
rezistor ul 2, ceea ce permite menținerea
deschisă a contactului 4, dar conduce la
un consum suplimentar de energie.
Condensatorul C 1 asigură ameliorarea factorului de putere al montajului, iar
capacitorul C 2 înlătură propagarea perturbațiilor radiofonice generate la
deschiderea contactului 4.
Igniterul electronic IE (fig. 1. 24) funcționează pe principiul încărcării –
descărcării unui condensator printr -o bobină când se utilizează un dispozitiv de
comutație semiconductor. Astfel, la deschiderea tiristorului T 1 circuit ul B -C1
lucrează la cvasi -rezonanță și supratensiunea de circa 800V de la bornele
condensatorului se ap lică lămpii L care va amorsa. Conducția tiristor ului se
realizează cu diacul D 2 ce este comandat de descărcarea capacitorului C 2. După
aprinderea lămpii tensiunea de arc este insuficientă pragului de funcționare al
tiristorului și igniterul iese din funcționare. Potențiometrul P va stabili unghiul de
deschidere al diacului D2, iar dioda D 1 are rol de protecție. Lămpile cu halogenuri metalice se caracterize ază prin P=70..1000 W,
=70..140 lm/W, D=20000ore,
Tc=3000..4900K, IRC=85..95
ceea ce le recomandă pentru
iluminatul interior (comercial,
de divertisment) și mai ales
exterior (terenuri sportive,
fațade) , în cazul transmisiilor
TV color – deci în spații largi
unde se cere atât un nivel de
iluminare ridicat cât și o redare
bună a c ulorilor .
Schemele de montaj în
rețelele monofazate se
realizează astfel încât
conductorul de fază să fie
conectat la balast, iar cel de nul la soclul lămpii. Durata proceselo r tranzitorii este
de 3 ..5 minute, funcție de puterea lămpii, iar redarea corectă a culorilor are loc
după 10 ..15 minute de la atingerea regimului staționar, timp necesar vaporizării și
disocierii iodurilor din tubul de descărcare. Dacă în timpul funcțion ării apar goluri de
tensiune, reamorsarea descărcării este posibilă după circa 10 minute. Temper atura
de regim a anvelopei este de 450 ..650oC, funcție de puterea unitară, iar a soclului
de 200oC la cele cu filet E27 și 250oC la cele cu filet E40.
6. Surse de lumină cu LED -uri
Diodele electroluminescente sau LED (Light Emitting Diode) au fost
dezvoltate după anul 1962. Timp de mai mulți ani ele au fost folosite doar în
semnalizări sau afișaje liminoase datorită luminii slabe emise și a paletei restrânse
de culori.
În prezent s -au înregistrat progrese
uriașe în obținerea luminii albe la eficacități
luminoase comparabile cu lămpile cu
descărcări în vapori metalici.
LED-urile sunt diode semiconductoare
care au proprietatea de a converti energia
electrică în lum ină. Operația de conversie se
face la rece, ceea ce oferă o eficacitate
lumino asă cu mult mai bun ă decât a lămpilor
cu incandescență. Ca și în oricare diodă o
parte din electronii liberi se recombină cu
golurile zonei „p”, adică “cad” din zona de
conducție pe un nivel energetic inferior,
eliberând energie sub formă de radiație
electromagnetică . Pentru ca radiația să fie în
domeniul vizibil este necesar ca materialele
semiconductoare să fie dopate cu anumite elemente chimice (aluminiu, galiu,
Lentilă
Anod Catod Cavitate
reflectorizantă Fir conductor
Semiconductor
Bază
plată Suporți
conexiune
Fig.1.2 4 Structura unui LED
3
4 2
1 IT
400V
~ L C2 C1 B
Fig. 1.23 Montaj cu igniter termic
L D1 P D2 T1 C1
C2 B
230V
~
IE
Fig. 1.24 Montaj cu igniter electronic

1-13 fosfor, indiu, azot) într-o concentrație riguroasă.

Deoarece conțin din construcție un mic proiector cu reflector și lentilă de
dispersie (Fig. 1.2 4), LED -urile emit lumină preferențial într -o anumită direcție.
Intensitatea luminoasă maximă este după axa optică și se diminuează odată cu
depărtarea de aceasta. “Conul de maximă vizibilitate“ definește zona la marginea
căreia intensitatea scade la 50% din maxim. Uzual se folosesc LED -uri cu con de
15-120 grade. Led -urile cu unghi mic se folosesc pentru iluminarea unor spații
înguste și l a mai mare distanță, dar ridică probleme la obținerea uniformității dorite
a iluminării.
Deoarece fluxul luminos al unui singur LED este mic este necesar a se folosi
mai multe LED -uri concentrate pe un singur suport (Fig. 1.25). Numă rul lor variază
de la 3 la ordinul sutelor – funcție de destinația acestei surse de lumină.

Principalele avantale ale surselor de
lumină cu LED sunt:
 eficacitatea luminoasă ridicată
(peste 60lm/W);
 puteri absorbite mici, de ordinul
waților;
 durată de vi ață mare ( deoarece nu
au filament sau electrozi calzi) de ordinul
zecilor de mii de ore;
 dimensiuni reduse;
 sunt rezistente la intemperii și
agenți chimici;
 au propria lentilă de dispersie, deci pot fi folosite în proiectoare fără
adăugarea de sisteme opt ice;
 oferă o gamă largă de culori, dar și lumină albă cu diferite temperaturi de
culoare (preponderent alb -rece) ;
 au timp de reacție extrem s curt (fracțiuni de milisecundă) ;
 prin realizarea de panouri cu matrici cu diode de diferite culori, și prin
comanda lor corespunzătoare, poate fi realizat iluminat ul dinamic .

Printre dezavantaje se pot menționa:
o necesitatea prezenței a mai mult or LED-uri pe o lampă;
o prețul încă ridicat al unei lămpi cu LED;
o limitatea aplicațiilor la iluminatul local datorită unghi ului mic de maximă
vizibilitate;
o luminanța este foarte ridicată pe direcția axială, de aceea crează disconfort
vizual dacă sunt privite direct;
o necesitatea unui circuit electronic integrat în structura lămpii pentru adaptarea
tensiunii rețelei la tensiunea de alimentare a LED -urilor;
o fiabilitatea circuitului electronic de alimentare mult mai slabă decât a LED -urilor.

7. Desfășurarea lucrării de laborator

7.1 Se vor studia elementele de compunere și variantele constructive pentru:
 lămpi cu incandescență clasice ;
 lămp i cu incandescență cu halogeni;
 tuburi fluorescente;
 lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune;
 lămpi cu vapori de sodiu de înaltă presiune;
 lămpi cu lumină mixtă;
 lămpi cu halogenuri metalice;
 lămpi cu LED -uri.

7.2 Se vor studia monta jele de funcționare aferente acestor tipuri de lămpi.

7.3 Se vor trasa evoluți ile în timp a fluxului luminos pentru două tipuri de
surse cu descărcare la înaltă presiune, LVF și LPN. Citirile valorilor
experimentale se fac la intervale de 30 de secunde.
Fig.1.2 5 Lampă cu LED