Lámparas de neón: circuitos de trabajo y aplicación

Una lámpara de neón es una lámpara de incandescencia compuesta por una cubierta de vidrio, fijada con un par de electrodos separados y que contiene un gas inerte (neón o argón). La aplicación principal de una lámpara de neón es en forma de lámparas indicadoras o lámparas piloto.

Cuando se suministra con un voltaje bajo, la resistencia entre los electrodos es tan grande que el neón prácticamente se comporta como un circuito abierto.

Sin embargo, cuando el voltaje aumenta gradualmente, a un cierto nivel específico donde el gas inerte dentro del vidrio de neón comienza a ionizarse y resulta en ser extremadamente conductor.

Debido a esto, el gas comienza a producir una iluminación radiante alrededor del electrodo negativo.

En caso de que el gas inerte sea neón, la iluminación es de color naranja. Para el gas argón, que no es muy común, la luz emitida es azul.

Cómo funciona la lámpara de neón

La característica de funcionamiento de una lámpara de neón se puede observar en la figura 10-1.

El nivel de voltaje que desencadena el efecto brillante en la bombilla de neón se denomina voltaje de ruptura inicial.

Tan pronto como se alcanza este nivel de ruptura, la bombilla se activa en modo de 'encendido' (brillante) y la caída de voltaje en los terminales de neón permanece prácticamente fija independientemente de cualquier tipo de aumento de corriente en el circuito.

Además, la sección incandescente dentro de la bombilla aumenta a medida que aumenta la corriente de suministro, hasta un punto en el que el resplandor llena el área total del electrodo negativo.

Cualquier aumento adicional en la corriente puede conducir al neón a una situación de arco, en la que la iluminación brillante se convierte en una luz de color azul-blanco sobre el electrodo negativo y comienza a producir una rápida degradación de la lámpara.

Por lo tanto, para que pueda iluminar una lámpara de neón de manera eficiente, debe tener suficiente voltaje para que la lámpara 'dispare' y, luego, una amplia resistencia en serie en el circuito para poder restringir la corriente a un nivel que garantice que la la lámpara permanece encendida dentro de la sección típica incandescente.

Dado que la resistencia del neón por sí misma es extremadamente pequeña poco después de dispararse, necesita una resistencia en serie con una de sus líneas de suministro, llamada resistencia de balasto.

Voltaje de ruptura de neón

Por lo general, el voltaje de encendido o de ruptura de una lámpara de neón podría oscilar entre aproximadamente 60 y 100 voltios (u ocasionalmente incluso mayor). La clasificación de corriente continua es bastante mínima, generalmente entre 0,1 y 10 miliamperios.

El valor de la resistencia en serie se determina de acuerdo con la tensión de alimentación de entrada a la que se puede conectar el neón.

Cuando se trata de lámparas de neón que se controlan con un suministro de 220 voltios (red), una resistencia de 220 k suele ser un buen valor.

Con respecto a muchas bombillas de neón comerciales, la resistencia posiblemente podría incluirse en el cuerpo de la construcción.

Sin ninguna información precisa, se puede suponer que una lámpara de neón puede simplemente no tener resistencia mientras está iluminada, pero puede tener una caída de alrededor de 80 voltios en sus terminales.

Cómo calcular la resistencia de neón

Se podría determinar un valor adecuado para la resistencia de balasto de neón teniendo en cuenta este punto de referencia, que es relevante para el voltaje de suministro preciso utilizado a través de él, y suponiendo una corriente 'segura' de aproximadamente 0,2 miliamperios, como ejemplo.

Para un suministro de 220 voltios, la resistencia puede tener que perder 250 - 80 = 170 voltios. La corriente a través de la resistencia en serie y la bombilla de neón será de 0,2 mA. Por lo tanto, podemos usar la siguiente fórmula de la ley de Ohm para calcular la resistencia en serie apropiada para el neón:

R = V / I = 170 / 0.0002 = 850.000 ohmios o 850 k

Esta valor de la resistencia sería seguro con la mayoría de las lámparas de neón comerciales. Cuando el resplandor de neón no es del todo deslumbrante, el valor de la resistencia del balasto podría reducirse para impulsar la lámpara más alto en el rango de brillo típico.

Dicho esto, la resistencia de ninguna manera debe reducirse demasiado, lo que puede hacer que todo el electrodo negativo sea engullido por el resplandor caliente, porque esto puede indicar que la lámpara ahora está inundada y acercándose al modo de arco.

Un problema más con respecto al poder del brillo de neón es que, por lo general, puede verse mucho más brillante en la luz ambiental en comparación con la oscuridad.

En realidad, en la oscuridad total, la iluminación podría ser inconsistente y / o requerir un aumento de voltaje de ruptura para encender la lámpara.

Algunos neones poseen una pequeña pizca de gas radiactivo mezclado con el gas inerte para promover la ionización; en ese caso, este tipo de efecto puede no ser visible.

Circuitos simples de bombillas de neón

En la discusión anterior hemos entendido detalladamente el funcionamiento y las características de esta lámpara. Ahora nos divertiremos un poco con estos dispositivos y aprenderemos a construir algunos circuitos simples de lámparas de neón para usar en varias aplicaciones de efectos de luz decorativos.

Lámpara de neón como fuente de voltaje constante

Debido a las características de voltaje constante de la lámpara de neón en condiciones de luz estándar, podría aplicarse como una unidad estabilizadora de voltaje.

Por lo tanto, en el circuito que se muestra arriba, la salida extraída de cada lado de la lámpara podría funcionar como un origen de voltaje constante, siempre que el neón continúe funcionando dentro de la región brillante típica.

Este voltaje sería entonces idéntico al voltaje de ruptura mínimo de la lámpara.

Circuito intermitente de lámpara de neón

El uso de una lámpara de neón como una luz intermitente en un circuito oscilador de relajación se puede ver en la imagen a continuación.

Esto incluye una resistencia (R) y un condensador (C) conectados en serie a un voltaje de suministro de un voltaje de CC. Se adjunta una lámpara de neón en paralelo con el condensador. Este neón se aplica como indicador visual para mostrar el funcionamiento del circuito.

La lámpara casi funciona como un circuito abierto hasta que se alcanza su voltaje de encendido, cuando instantáneamente cambia la corriente a través de ella como una resistencia de bajo valor y comienza a brillar.

Por lo tanto, el suministro de voltaje para esta fuente de corriente debe ser mayor que el voltaje de ruptura del neón.

Cuando se alimenta este circuito, el capacitor comienza a acumular una carga con una tasa determinada por la constante de tiempo RC del resistor / capacitor. La bombilla de neón recibe un suministro de voltaje equivalente a la carga desarrollada en los terminales del capacitor.

Tan pronto como este voltaje alcanza el voltaje de ruptura de la lámpara, se enciende y obliga al capacitor a descargarse a través del gas dentro de la bombilla de neón, lo que hace que el neón brille.

Cuando el capacitor se descarga completamente, inhibe cualquier corriente adicional que pase a través de la lámpara y, por lo tanto, se apaga nuevamente hasta que el capacitor haya acumulado otro nivel de carga igual al voltaje de encendido del neón, y el ciclo ahora se repite.

En pocas palabras, la lámpara de neón ahora sigue parpadeando o parpadeando a una frecuencia determinada por los valores de los componentes de la constante de tiempo R y C.

Oscilador de relajación

En el diagrama anterior se indica una modificación de este diseño, mediante el uso de un potenciómetro de 1 megaohmio que funciona como una resistencia de lastre y un par de 45 voltios o cuatro baterías secas de 22,5 voltios como fuente de entrada de voltaje.

El potenciómetro se ajusta con precisión hasta que se enciende la lámpara. Luego, la olla se gira en la dirección opuesta hasta que el brillo de neón simplemente se desvanece.

Permitiendo que el potenciómetro esté en esta posición, el neón debe comenzar a parpadear a diferentes velocidades de parpadeo según lo determine el valor del capacitor seleccionado.

Considerando los valores de R y C en el diagrama, la constante de tiempo para el circuito se puede evaluar de la siguiente manera:

T = 5 (megaohmios) x 0,1 (microfaradios) = 0,5 segundos.

Esta no es específicamente la verdadera velocidad de parpadeo de la lámpara de neón. Podría requerir un período de varias constantes de tiempo (o menos) para que el voltaje del capacitor se acumule hasta el voltaje de encendido del neón.

Esto puede ser mayor en caso de que el voltaje de encendido sea superior al 63% del voltaje de suministro y puede ser menor si la especificación de voltaje de encendido de neón es menor que el 63% del voltaje de suministro.

Además, significa que la tasa de parpadeo podría modificarse cambiando los valores de los componentes R o C, posiblemente reemplazando varios valores calculados para proporcionar una constante de tiempo alternativa o usando una resistencia o condensador conectado en paralelo.

Conectar una resistencia idéntica en paralelo con R, por ejemplo, probablemente haría que la frecuencia de parpadeo fuera dos veces mayor (ya que agregar resistencias similares en paralelo hace que la resistencia total se reduzca a la mitad).

La instalación de un condensador de valor idéntico en paralelo con el C existente probablemente haría que la velocidad de parpadeo se vuelva un 50% más lenta. Este tipo de circuito se conoce como oscilador de relajación .

Intermitente de neón múltiple aleatorio

Reemplazar R con una resistencia variable podría permitir el ajuste para cualquier frecuencia de destello deseada específica. Esto también podría mejorarse aún más como un sistema de iluminación novedoso conectando una serie de circuitos de neón de condensadores, cada uno con su propia lámpara de neón en cascada como se muestra a continuación.

Cada una de estas redes RC permitirá una constante de tiempo única. Esto puede generar un destello aleatorio del neón en todo el circuito.

Generador de tonos de lámpara de neón

Otra variación de una aplicación de lámpara de neón como oscilador podría ser un circuito oscilador de relajación que se muestra en la figura siguiente.

Este puede ser un circuito generador de señal genuino, cuya salida podría escucharse a través de auriculares o tal vez un pequeño altavoz, ajustando adecuadamente el potenciómetro de tono variable.

Las luces intermitentes de neón podrían diseñarse para funcionar de manera aleatoria o secuencial. En la figura 10-6 se muestra un circuito de luces intermitentes secuenciales.

Se pueden incluir etapas adicionales en este circuito, si es necesario, utilizando la conexión C3 hasta la última etapa.

Destellador de lámpara de neón Astable

Por último, en la figura 10-7 se revela un circuito multivibrador estable, que emplea un par de lámparas de neón.

Estos neones parpadearán o se encenderán / apagarán en secuencia a una frecuencia decidida por R1 y R2 (cuyos valores deben ser idénticos) y C1.

Como instrucciones básicas sobre la sincronización del destello, el aumento del valor de la resistencia de balasto o el valor del capacitor en el circuito del oscilador de relajación puede reducir la frecuencia de destellos o la frecuencia de destellos y viceversa.

Sin embargo, para proteger la vida útil de una lámpara de neón típica, el valor de la resistencia de balasto utilizado no debe ser inferior a aproximadamente 100 ky, a menudo, se pueden lograr los mejores resultados en circuitos osciladores de relajación muy simples manteniendo el valor del condensador por debajo de 1 microfaradio.