電光源原理考試復習

1、電光源原理課程練習習題一、選擇題（占12分）白熾燈和鹵鎢燈均為熱光源，均利用紅外輻射能量來提高光效，但采用的反 射膜不同，是因為（A ）。白熾燈工作溫度較低，而鹵鎢燈工作溫度較高；白熾燈工作溫度較高，而鹵鎢燈工作溫度較低；采用介質(zhì)一金屬一介質(zhì)反射膜可達到要求；采用多層介質(zhì)干涉反射膜可達到要求。低壓鈉燈和低壓汞燈均具有典型的低氣壓蒸氣放電特性，但在工作的共振譜 線上，波長和條數(shù)均不同，表現(xiàn)在（B ）。Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)藍光、單線；Na是發(fā)黃光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；Na是發(fā)紅光、雙線，Hg是發(fā)紫光、單線；Na是發(fā)黃光、單線，Hg是發(fā)藍綠光、雙線。下面的燈中，什么燈的光效最高？（ D

2、 ）A.高壓汞燈B.高壓鈉燈C.超高壓汞燈D.金鹵燈什么光源具有光效高，且在壽命期間色溫穩(wěn)定性能最好，即光通維持性能非 常優(yōu)秀？（ D ）A.鈉燈B.汞燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈帶電粒子與氣體發(fā)生碰撞的有效碰撞截面物理意義是（A ）。A.碰撞幾率；B.碰撞能量；C.碰撞邊界；D.碰撞時損失的能量。輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，電場強度是常數(shù)， 但相對前者，后者（B ）。A.更大；B.更小；C.不一定；D.相等。 一般的霓虹燈的放電是處在（）放電階段，用于照明的氣體放電燈大多數(shù)是屬于（）放電。選（A ）A.輝光、弧光；B.弓瓜光、輝光；C.輝光、輝光；D.弓瓜光、弧光。什么光

3、源具有高亮度、輕量化、體積小，并且可以成為真正的點光源？（D ）。A.Hid光源；B.白熾燈；C.陶瓷金鹵燈；D.UHP光源 在多數(shù)的氣體放電光源中，放電主要在弧光區(qū)域，具有（）的伏安特性，所以工作時（）。選（D ）A.正，不必鎮(zhèn)流器；B.正，需要鎮(zhèn)流器；C.負，不必鎮(zhèn)流器；D.負，需要鎮(zhèn)流器。在設計氣體放電光源的結構和尺寸時，經(jīng)常以獲?。˙ ）為第一標準條 件而考慮。A.最好的光色；B.最高的光效；C.最長的壽命；D.最大的光通。 在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，（）既可以 起到消氣作用又可以減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？（）可以抑制甚至消除燈絲的熱 點問題？選（C

4、 ）A. CH3Br、PBr3；B.氟化物、PBr3；C. PBr3、氟化物；D. CH3Br、氟化物。下面的燈中，什么燈的光效最低？（ B ）A.熒光高壓汞燈B.自鎮(zhèn)流高壓汞燈C.超高壓汞燈D.低壓汞燈哪種光源可以充入汞以提高電弧管工作時的軸心溫度而提高光效？ （ A ）A.高壓鈉燈B.低壓鈉燈C.金鹵燈D.陶瓷金鹵燈輝光放電和弧光放電中，正柱區(qū)的發(fā)光較明亮且最均勻，是因為該區(qū)域的電 場強度大小是（C ）。A.均勻變化；B.線性變化；C.常數(shù)；D.很大二、名詞解釋。1 .帶電粒子在氣體中的雙極性擴散運動。同時有兩種符號的帶電粒子的擴散運動所引起的總運動（由于存在濃度梯度，電子與離子向壁管壁擴

5、散，且電子擴散系數(shù)比離子擴散 系數(shù)大得多，所以軸心處有較多的正電荷，而管壁處有較多的負電荷，形成了一個 徑向電場，該電場作用于電子和離子，使它們產(chǎn)生不同方向的遷移運動，由于這樣 的遷移運動和疊加運動而形成.）光源的色溫。當光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時，黑體的這個 溫度稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫.輻射體的分布溫度。在一定譜段范圍內(nèi)光源光譜亮度曲線（光譜能量分布）和黑體的光譜輻亮度曲 線（光譜能量分布）成比例或近似成比例時的黑體溫度。氣體放電中的潘寧效應。原子A的亞穩(wěn)電位(Vm)高于原子B的電離電位(V.),受激原子A與基態(tài)原子B作 用后，使基態(tài)原子B電離而原子A能級降

6、低甚至返回基態(tài).A* + B A + B+ + e弧光放電的陰極光斑。孤光放電時，陰極電子的發(fā)射很有效，只要很小的發(fā)射面積就產(chǎn)生很大的電流， 因此，發(fā)射電子部分溫度很高，電場最強，成功函數(shù)最低,放電時，在陰極的這種部位 形成一個極亮的斑點.6 .陰極電子的正離子轟擊發(fā)射。在陰極發(fā)出一個電子，這個電子在到達陽極的過程中共產(chǎn)生 次的電離碰撞,因而產(chǎn)生同樣數(shù)目的正離子.這些離子打上陰極后產(chǎn)生個二次電子，而這些二次電子的數(shù)目仍為1.這就是說，一個電子自陰極逸出后所產(chǎn)生 的各種直接和間接的過程將使陰極在發(fā)射一個電子.鹵鎢燈的鹵鎢循環(huán)。在某種溫度下，燈絲蒸發(fā)的車烏在泡壁區(qū)與鹵素反應形成鹵鈣化合物，鹵鈣化

7、合物擴散到較熱的燈絲處因高溫分解成鹵素和車烏，分解的烏回到燈絲上，鹵素再 繼續(xù)擴散到管壁，與烏化合成鹵烏化合物，重復前面的循環(huán)，這一過程稱為鹵烏 循環(huán)。帶電粒子在氣體中的遷移運動。在電場E的作用下,有一個沿電場方向或反方向的定向運動疊加到帶電粒子 的不規(guī)則熱運動，導致帶電粒子沿某方向的運動.光源的顯色性。光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果.如果各色物體受照的效果和標準光 源照射時一樣，則認為該光源的顯色性好，反之，如果物體在受照后顏色失真，則該 光源的顯色性就差.金屬鈉燈中的鈉耗空效應。鈉原子主要在管軸心處被激發(fā)和電離，由于雙極性擴散，鈉離子和電子向管 壁擴散，在管壁上形成中性鈉原子，在電流

8、密度較高時，鈉離子的徑向抽運效應 比中性鈉原子從管壁向軸心的擴散速率要高，因此隨著電流的增加，軸心處的鈉 原子濃度逐漸減小，當達到某一電流值時，鈉原子將耗盡，這種現(xiàn)象稱為鈉耗空 效應 (氬清除效應)：鈉燈中也要充入一定量的啟動氣體氖氣和氬氣，在放電 時，氖原子被激發(fā)，激發(fā)的氖原子和氬原子碰撞，使氬原子電離。當燈管中的氬 離子擴散到管壁時，會被抗鈉玻璃吸附，造成氬氣成分減少，產(chǎn)生氬清除效應。輝光放電中的陰極濺射。在克魯克斯區(qū)，電子碰撞氣體電離，正離子在陰極位降(陰極區(qū)的電位差) 作用下轟擊陰極，使陰極金屬粒子從陰極表面飛濺出來，沉積到陰極附近的零件和管壁上，造成陰極表面不斷被侵蝕，變得不均勻，甚

9、至發(fā)黑等現(xiàn)象。高壓弧光放電中的電弧繩化。在高氣壓弧光放電時，如果電流較大，會發(fā)生電弧等離子體收縮的現(xiàn)象，即 電弧繩化現(xiàn)象。原因是由于靠近燈管軸處的氣體溫度較高，自由程較大，電子能 量較大，所以電離幾率較大，且消電離較小。金鹵燈的金鹵循環(huán).在管壁的工作溫度下，金屬鹵化物大量蒸發(fā)，并擴散到管中心，在電弧的高溫下, 金屬鹵化物分子分解成金屬原子和鹵素原子，金屬原子參與放電，鹵素原子又擴散 到管壁上與金屬原子化合.重復上述過程，形成循環(huán).三、簡答題。（占45分）怎樣提高熒光燈的光效？在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、 低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED、LED中哪些燈往往使用了熒光粉？1、做成

10、緊湊型和高功率型熒光燈；2、在燈管的內(nèi)表面和熒光粉層之間涂一層保護膜，降低光衰；3、充入惰性氣體；4、 控制燈內(nèi)的汞蒸氣。（提高水銀熒光燈的光效:升高汞的蒸氣壓;用適當?shù)臒?光粉將253.7nm和365.0nm等紫外線轉(zhuǎn)變成所需要的可見光.）使用熒光粉有： 低壓汞燈、高壓汞燈、白色LED為什么高壓汞燈熄滅后不能立即啟動？因為燈熄滅后，內(nèi)部還保持著較高的汞蒸氣壓，此時電子的自由程很短，在原 來的電壓下，電子不能積累足夠的能量來電離氣體。 如果這時要燈再啟動，就 需要幾千伏電壓。但當放電管冷卻至約400C以下時，所需的啟動電壓就迅速下 降。約200C時，燈在電源電壓下就可再啟動。冷卻所需的時間通常

11、為3-6min。簡述氣體放電中的巴刑定律內(nèi)容。如果兩平板電極之間的距離為d，壓強為p，則在氣體成分和電極材料一定、 氣體溫度不變和冷電極的條件下，著火電壓Vz是乘積pd的函數(shù)；并且改變pd 時，Vz有一最低值，這就是巴刑定律。低壓汞燈為什么要充入惰性氣體？還有哪些燈（已經(jīng)學過的）需要這么作的？（1）充入惰性氣體，使電子的平均自由程大為縮短增加了電子和汞原子碰撞并 使之激發(fā)電離的機會，減少了電子與管壁碰撞造成的損失，有助于提高光效.（2） 潘寧效應有助于汞燈的啟動。充惰氣的燈還有:白熾燈、鹵鈣燈、金鹵 燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈在白熾燈、鹵鎢燈、金鹵燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、低壓

12、汞燈、高壓汞燈、 白色LED、LED中哪些燈往往使用了汞？有的高壓鈉燈為什么需要充入一些 汞？使用汞的：金鹵燈、高壓鈉燈、低壓汞燈、高壓汞燈 高壓鈉燈添加汞的原因：（1）高壓鈉燈的顏色和光效是由鈉蒸氣壓和電場強度所決定的。在燈內(nèi)添加汞， 減小了電子遷移率，使燈的電場強度提高，從而提高光效。（2）充入汞后，可以減少熱導率，即減少電弧的熱損耗；還可以減少電子和離 子擴散造成的損失，這樣電弧的溫度可以提高，使輻射的功率增加。怎樣提高高壓汞燈的光色？提高工作氣壓，選擇適當?shù)臒晒夥跮ED是一種什么樣的光源？簡述LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。LED屬于半導體PN結注入式電致發(fā)光光源，在半導體PN結加正向偏

13、壓時產(chǎn)生 的電子、空穴注入式復合發(fā)光。LED發(fā)光原理：在N區(qū)導帶底附近淺施主能級電離，向?qū)峁┐罅侩娮?，?P區(qū)，淺受主能級電離，向?qū)峁┐罅靠昭?。在PN結加正向電壓時，PN結 勢壘降低，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，注入的電子和空 穴在PN結附近發(fā)生復合，并將多余的能量以光的形式釋放出來，從而PN結發(fā) 光。金屬鹵化物燈的金鹵循環(huán)是如何進行的？真正工作的是什么物質(zhì)？在管壁的工作溫度下，金屬鹵化物大量蒸發(fā)，因濃度梯度而向高溫的電弧中心 擴散，在電弧中心的高溫區(qū)域，金屬鹵化物分解為金屬和鹵素原子，金屬原子參 與放電并產(chǎn)生輻射，由于電弧中心金屬原子和鹵素原子的濃度較高，因此它們又

14、向著管壁擴散，在管壁低溫區(qū)又重新合成金屬鹵化物，就這樣循環(huán)下去。真正的 工作物質(zhì)是金屬。比較鎢的分布溫度和真實溫度，并說明原因。分布溫度Td真實溫度T.因為鈣在可見光的光譜發(fā)射率 （入，T）大于紅外 區(qū)，并且隨著可見光的藍色部分推移。 （入，T）又是連續(xù)減少的，使鈣比 其工作溫度高的黑體有相似的可見光譜的能量分布和顏色。故TdT。為什么高壓汞燈從啟動到正常工作需要一段時間？即簡單說明高壓汞燈的工 作過程和原理。在燈點燃的初始階段，是低氣壓的汞蒸氣和氬氣放電。這時燈管電壓很低，放 電電流很大。低壓放電時產(chǎn)生的熱量，使管壁溫度升高，汞逐漸汽化，汞蒸氣壓、 燈管電壓逐漸升高，電弧開始收縮，放電逐步向

15、高氣壓放電過渡。當汞全部蒸發(fā) 后，管壓開始穩(wěn)定，成為穩(wěn)定的高壓汞蒸氣放電。所以，高壓汞燈從啟動到正常 工作需要一段時間，通常為410min。簡述氣體放電中的湯生放電理論。在氣體放電的著火點，電流突然迅速增加，而管壓降幾乎無變化的現(xiàn)象稱為湯生 放電現(xiàn)象。它滿足公式，Y為一個正粒子轟擊陰極所能激發(fā)出的 電子數(shù)目，d為陰陽極之間的距離，a為單位路程中發(fā)生碰撞的平均次數(shù)。它說 明了陰極激發(fā)出的一個電子，經(jīng)過各種經(jīng)歷，最終只在陰極換取一個電子。自持 放電就能自我維持。13.簡述汞在金鹵燈中的作用。（1）緩沖循環(huán)過程中產(chǎn)生的能量損失，提高光效；（2）降低電子遷移率，提高電場強度和管壓，改善燈的電特性；（3

16、）可以有利于燈的啟動，因為啟動時汞蒸氣壓小，將多余的鹵素原子化合成鹵化汞。簡述白色LED的發(fā)光原理或者發(fā)光本質(zhì)。（1）混色方式。通過在一個顯示單元上集合紅、綠、藍光的三種LED燈并通過各自調(diào)整其強度等參數(shù)來發(fā)出白光。（2）參雜熒光粉方式。在單色LED上覆蓋熒光粉，通過發(fā)光激發(fā)熒光粉從而 發(fā)出可見光譜段的白光.無論是PC LED或者MC LED都是通過將半導體發(fā)光材 料或者熒光粉材料發(fā)射的相對窄的譜線疊加來得到白光.在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物這些鹵鎢循環(huán)劑中，誰是既可以起 到消氣作用又可以減輕冷端腐蝕的循環(huán)劑？誰可以抑制甚至消除燈絲的熱點問 題？簡單說明用HBr作循環(huán)劑時的

17、漠鎢循環(huán)過程。PBr3起到消氣作用且減輕冷端腐蝕;氟化物可以抑制或消除燈絲熱點問題; 漠車烏循環(huán)：在燈絲高溫處，HBr分解成H2和Br，H2從泡殼部分滲透出去。分 解的Br與燈絲蒸發(fā)出來的烏在低溫區(qū)化合成揮發(fā)性的漠化烏化合物，該化合物 擴散到燈絲的高溫處分解成漠和烏，烏部分回到燈絲上，漠擴散到泡壁低溫區(qū)與 烏進行化合，重復前面的過程，形成循環(huán)。四、計算說明程(占25分)1 一已知白熾燈中，在所充氣體中鴇原子的擴散系數(shù)：D = 5.0 xlO5m：心平均壽命100。小時，穩(wěn)定氣體層直徑力=6一 0HCT常燈絲有效直徑df = l6部卡L = 4.0;10-:燈絲溫度= 2770足求燈絲在整個壽命期由于濃度擴散引起的重量 J*/損失。44770解：2770k時鴇的蒸汽壓：IgE = 12.81一Tf% = 447x10-4(=)鴇的濃度：隊=岑=L17 X10沛(個原子/m2)kETf每秒由燈絲基發(fā)的鴇原子數(shù)2TTDnJf_ 一N4f = =6,78xl(p7(個原子)lnr df整個壽命蒸發(fā)的鴇原子數(shù)：6.78 X10loX 3600 X 1000=2.44 X 10l7(W).重量損失：Mk =膈?！?：明=o.075(mg)K 6.O2X1O20i 刀利用方程形式說明潘寧效應在高壓鈉燈的電弧管中充入氖-氬混合氣體可降低著火電壓。在高壓鈉燈的電弧管中充