用于荧光灯管的全新第四代电子源(二）

小泽隆二，田亚葵

(北京天洋浦泰投资咨询有限公司，北京 100089）

尽管点亮FL管内的钨丝线圈通过断开辉光放电管开关而不再被焦耳热加热，HCFL管内的钨丝线圈还是有不均等的温度，它相当于短时间焦耳热的不均等加热。点亮FL管内钨丝线圈不均等加热取决于运行时间。点亮FL管内带有BaO颗粒的钨丝线圈在长时间运行时不被加热，只有点亮FL管内钨丝线圈里的裸金属斑点被其他东西选择性加热。

图4 点亮FL管的照片

图5 点亮FL管中带有BaO颗粒钨丝线圈的照片

点亮FL管的照片如图4(a）所示，通过一个塔丝，点亮HCFL管两端的整个钨丝线圈似乎都被加热到高温。观察结果由人眼做出，它有敏感曲线的饱和。围绕着加热区域和来自加热斑点的发光具有强密度的散射光，人眼的观察无法分离散射光。散射光可通过低感光度从照片上除去，图4(b）显示采用低感光度照相机拍摄的相同点亮FL管钨丝线圈的放大照片(1.5倍），你可以清晰地识别钨丝线圈两端加热和未加热的区域。图4的结果是从FL管内较差的钨丝线圈获得的，如同许多民用FL管。FL管必须安置如图2所示的理想钨丝线圈。图5显示点亮FL管内理想钨丝线圈加热的照片，点亮FL管采用80 Vac电压加载到电极上。你可以看到含有BaO颗粒钨丝线圈的大区域没有被加热，并且只有裸金属斑点被加热到较低温度(600℃）。点亮FL管内裸金属斑点的加热温度通过施加到电极上的ac电压改变。

采用理想钨丝线圈的FL管点亮的亮度与民用HCFL管的亮度相类似，表明裸金属点的加热温度，对于点亮FL管电子源的产生不是重点担心的。这是设计FL管实践中的一个重要发现，差别在于运行寿命。加热裸金属斑点的较低温度导致更长的运行寿命，伴随较少加热金属的蒸发。钨丝线圈获得较低加载到电极上的较低ac电压，如图2所示。换句话说，点亮FL管的运行寿命随着带有BaO粒子钨丝线圈的品质显著改变。钨丝线圈上BaO粒子的大数量导致受热斑点的高温，它将钨丝在真空中蒸发掉，导致FL管运行寿命的缩短。

从以上观察中我们可以得出一个结论，在点亮FL管内产生全新4G电子源的先决条件关系到裸金属斑点加热到600℃以上。在600℃的钨丝从不发射热电子，点亮FL管的电子源既不是受热裸金属斑点，也不是受热BaO粒子的影响。我们必须找出点亮FL内的新电子源。

众所周知，FL管需要高ac电压，被称之为点火电压。图5中带有BaO层钨丝线圈的大部分区域是暗的，这表明钨丝线圈里没有来自BaO层的热电子发射。BaO颗粒在钨丝线圈上，但是，在点亮FL管中有重要的角色。钨丝线圈上的BaO颗粒的角色是:(1）增强施加到氩气体空间的电压;(2）保持钨丝线圈内受热裸金属斑点的温度，裸金属斑点在ac施加电压的半周期内不被加热。氩气体空间极化BaO粒子的极性与电极的极性一致，所以，极化BaO粒子增强施加到氩气体空间的ac电压。极化强度通过结晶良好的BaO颗粒得以加强。受热裸金属斑点附近的BaO颗粒被裸金属斑点加热，BaO颗粒具有大的热容量。

我们将首先讨论通过焦耳热在裸金属斑点上BaO颗粒的热效应。指定的外施ac电压加载到钨丝线圈，微小裸金属斑点(大约是线圈的5圈）快速加热到平衡温度。如果裸金属斑点过于小(少于3圈），斑点达到平衡温度的加热速度，随裸金属斑点附近BaO颗粒的加热而减速。若裸金属斑点过宽(大于10圈），由于热分布的不均衡，裸金属斑点的温度上升同样缓慢。为了迅速加热，裸金属斑点的尺寸有一个优化(大约5圈）。对于给定尺寸的裸金属斑点，受热温度随钨丝线圈上BaO颗粒的数量而改变。仅采用如图2所示的钨丝线圈能获得重复性实验，裸金属斑点的尺寸变化导致未点亮HCFL管的启动困难，这表明民用HCFL管启动条件的变化。带有钨丝线圈的FL管具有BaO颗粒，不用来自受热BaO颗粒的热电子，它利用钨丝线圈里的裸金属斑点。不要在FL管内的钨丝线圈上使用过量的BaO颗粒，过量的BaO颗粒导致运行寿命的缩短。

我们现在来描述点亮FL管内真正的4G电子源。受热裸金属斑点上的氩气体被加热到相同温度，受热氩气体与冷氩气体有热交换，氩气体的热交换导致受热氩气体空间的体积增大。受热氩原子具有较低的电离能，因此，处于受热氩气体内的氩原子伴随施加到电极上的较低电压电离。电离的氩(Ar1+）和电子(e－）不被人眼所见。幸运的是，作为副产品，氩原子的电离总是伴随有一定数量的氩原子激发(Ar*）。受激氩原子在受热氩气体容积内发射天蓝色的光，受热氩气体空间的存在和大小可通过天蓝色的光来认识。我们可以识别电离氩气体的体积。电离Ar1+与Ar*的数量之比在100到1的范围。受热氩气体空间中，只有较少数量的Ar*发射天蓝色光，其他的为人眼所不见。来自Ar*的天蓝色光在分类上属于晕光。因此，电离氩气体空间被称为“高温氩晕空间”(HTACS），受热裸金属斑点上的HTACS的体积如图4(a）所示，HTACS是点亮FL管内的电子源和电子收集源。HTACS的尺寸随钨丝线圈的条件而不同，图4中左边的HTACS相对于右边的HTACS具有较大的体积。尽管左右两边HTACS的大小不一样，但点亮FL管的表现并不受所形成 HTACS体积的影响。HTACS的体积 VHTACS表示为 πφ2×4－1，依据 FL 管的直径，VHTACS计算为3 cm3～15 cm3。

图4中的受热氩气体空间扩展到FL玻璃墙的内壁，因此，玻璃墙被HTACS的温度加热，图6显示玻璃外墙的温度曲线图，它通过附属点亮HCFL管玻璃墙的热电偶检测到，室温是19℃。玻璃墙2 cm处的HTACS温度最高(33℃）。如果采用民用温度计，例如Venter 350，测量点亮FL管的温度，温度计在距离玻璃墙一定距离外检测到热辐射，所检测到的热辐射包括钨丝线圈上的受热裸金属斑点。图7显示采用民用温度计检测到的点亮FL管的温度曲线图，温度曲线图与图6的不同，我们采用图6的结果。图6中HTACS 的体积 VHTACS计算为 3 cm3(1.42π × 4－1）。HTACS的大体积含有许多Ar1+和自由电子，它们不均匀分布在HTACS内。HTACS的大体积是点亮FL管氩气体空间内运动电子散布的有利因素，点亮FL管内的散布电子具有短的平均自由程。

图6 点亮FL管玻璃外墙的温度曲线图温度通过玻璃墙上的附属热电偶测得

图7 点亮FL管的温度曲线图采用民用温度计Venter 350检测

图5是采用80 V运行的点亮FL管的钨丝线圈，当FL管在75 V以下运行时，钨丝线圈里的受热红斑点从点亮FL管消失，HTACS也从点亮FL管消失。所以，发光也从FL管消失，外ac驱动装置的电子线路在未点亮FL管的电极处断开。这一结论表明裸金属斑点的重要性，裸金属斑点是被来自HTACS的电子加热的。我们必须发现裸金属斑点被来自HTACS的电子加热的新机制。

经过多次尝试后，我们终于得出结论，微小裸金属斑点是被来自HTACS的流光电子辐射加热的。在形成HTACS之后，由于HTACS中Ar1+的存在而造成的中性真空，立即使得电子在其中运动困难。然后，HTACS内裸金属附近的电子向标靶聚集，这是覆盖有BaO层钨丝线圈中具有最高正电势和最低电导的地方，标靶就是裸金属斑点。聚集电子并不向钨丝线圈上的BaO绝缘颗粒接近。更精确的描述，高密度的聚集电子在HTACS内形成流光电子，如同通过雷云中负电荷在天空形成闪电的早期形态。流光电子轰击裸金属斑点，斑点加热到需要的温度。裸金属斑点的加热温度被施加到电极的电压所控制，高电压产生高温度。

图8 建议照片钨丝线圈的裸金属部分被来自点亮FL管内HTACS的流光电子加热

图8照片简要说明，HTACS内的聚集流光电子选择性轰击裸金属斑点，将其加热到红色温度。聚集电子不接近带有BaO颗粒钨丝线圈的昏暗区域，这里是电绝缘体。我们必须确认作为流光电子靶标的裸金属斑点的极性，确认通过向电极施加dc电压实现。

实验仅在FL管发光情况下进行，这里给电极应用高于500 V的dc电压。当dc电压加载到FL管的电极时，它被焦耳热加热，HTACS出现在电极{阳极(+）}的一边，而电极的另一边{阴极 (－）}没有HTACS。流光电子只轰击钨丝线圈内阳性的裸金属斑点。必须注意，非常精巧的实验要求对电极应用dc电压。

图9 点亮FL管中两个HTACS之间的电子流和外施ac电压半周期内电流的方向

在真空装置里，阴极向真空提供电子，而阳极从真空中收集电子。在FL管中，阴极金属不提供电子，FL管当具有HTACS时被点亮。HTACS含有许多自由电子和Ar1+，电子取自负电极上的HTACS，而在正电极上HTACS内的Ar1+收集到达的电子。到达的电子与HTACS内的Ar1+复合返回氩原子。内电子线路通过处于点亮FL管两边HTACS之间的电子运动实现闭合。图9简述在所施加ac电压半周期内HTACS之间的电子流。

钨丝线圈上的裸金属斑点只在所施加ac电压半周期加热，斑点在随后的半周期内不被流光电子辐射。钨丝是金属，具有电导和热导，受热金属斑点迅速降温到阈值温度600℃以下。受热裸金属斑点必须在随后的半周期内保持阈值温度。在受热裸金属斑点附近的受热BaO颗粒，它有大的热容量，在半周期期间保持裸金属斑点的温度。所以，点亮FL管内的裸金属斑点在ac运行中总是保持温度，如图9所示。采用200 V和50 Hz运行的点亮FL管内的受热BaO颗粒，在随后的半周期内保持阈值温度10 ms。

图10 在ac电压半周期的运行中，HTACS在阳极电极(+）一边形成，且在没有BaO颗粒的阴极电极(－）上不形成HTACS。没有HTACS，也就没有取自阴极电极的电子

如上所述，外ac驱动装置通过Ar1+形成的电容器Ctube内的感生ac电流实现电性连接。在未点亮HCFL内不形成电容器Ctube。当钨丝线圈的一端没有BaO颗粒，在阴极(－）上不形成HTACS，如图10所示。据此，在半周期内从阴极到氩气体空间没有电子流动。换句话说，在氩气体空间因没有运动电子而没有氩原子的电离。因此，外ac驱动电路在具有负电势的电极处断开。随后的半周期，从阴极上HTACS到裸金属斑点阳极的电子流闭合外ac电路，如图11所示。200年来已经众所周知，任何尖端金属阳极可能从真空和气体空间收集到达的电子。

图11 在带有BaO颗粒钨丝线圈内受热裸金属上，取自HTACS的电子在随后的ac电压半周期内向裸钨丝线圈运动

以上陈述可以通过检测外ac驱动装置的电压v和电流i波形来确认。图12显示采用150 V和30 kHz运行的FL管电极处检测到的ac电压v的波形，和来自电极导线里的ac电流i。当钨丝线圈的一端没有BaO颗粒，如图12(a）所示，所检测未点亮FL管ac电流i的波形，确实在半周期内没有ac电流。在此，裸钨丝线圈(－）没有HTACS。当钨丝线圈的两端都有HTACS时，如图12(b）所示，检测到的ac电压v和ac电流i表明，外ac驱动电路是闭合的。需要注意，图12所示的波形实验不能在低于20kHz频率电压运行的FL管上做。

图12 点亮FL管的波形，采用200 V和30 kHz运行

图12的结果告诉我们另一个在未点亮FL管中生成HTACS的方法，新方法形成HTACS的先决条件是氩原子的电离，通过施加高于20 kHz高频率的高ac电压，使得氩气体空间里钨丝线圈上BaO颗粒前面的氩原子电离。在电离氩气体空间内的小体积里形成流光电子，流光电子辐射到裸金属斑点上，如图8所示，裸金属斑点的温度立即上升到600℃以上。然后，HTACS在受热斑点周围形成，是的，确实如此。未点亮FL管立即被所应用的ac 800 V和30 kHz点亮，裸金属斑点不用焦耳热。通过高频形成HTACS的细节将在其他地方报告。

通过实验我们发现，HTACS在带有BaO颗粒的钨丝线圈上的受热裸金属斑点上形成，HTACS是全新的电子源。带有BaO颗粒的钨丝线圈受热裸金属斑点上的 HTACS是点亮 FL管内的第四代(4G）电子源。

3 小结

通过实验发现，用于点亮FL管里内电子线路的全新电子源(4G电子源）带有颗粒的钨丝线圈。全新电子源是高温氩晕空间(HTACS），它在带有BaO颗粒钨丝线圈里的受热微小裸金属斑点上形成。形成HTACS的先决条件是有名无实的HCFL管内的受热斑点达到600℃以上，辅助条件是围绕受热斑点受热氩气体空间内的氩原子电离。点亮FL管内的加热源是来自HTACS的流光电子，当钨丝线圈具有正电势时，流光电子辐射到裸金属斑点上，而处于负电势时不辐射在裸金属斑点上。因此，钨丝线圈上的裸金属斑点在ac加载电压半周期内被加热，而随后的半周期不被加热。在点亮FL管的ac运行中，受热斑点附近的受热BaO颗粒，它有大的热容量，在随后的半周期保持温度。然后，通过ac电压的运行，在点亮FL管内钨丝线圈的两端总是形成HTACS。在内电子线路中，取自HTACS的电子从电极的阴极(－）向阳极(+）运动，到达阳极HTACS的电子与Ar1+复合返回氩原子。氩气体空间里运动电子的方向与所施加周期相反并同步变化。实验清晰显示，外ac驱动电路通过电容器Ctube的感生ac电流闭合，电容器Ctube只在点亮FL管中形成。

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