Лампи розжарення

Автомобільна лампа розжарення складається з колби, однієї або двох ниток розжарення, цоколя з фокусуючим фланцем або без нього і виводів.

Колба лампи являє собою скляну посудину кулястої, краплеподібної, грушоподібної або циліндричної форми, в якій розміщені нитки розжарення. Нитки розжарення у двониткових лампах мають різне функціональне призначення.

Цоколь лампи служить для кріплення лампи в патроні світлового приладу та підведення струму від джерела енергії до електродів, що з'єднує контакти цоколя з нитками розжарення. Автомобільні лампи мають штифтові та фланцеві цоколі різної конструкції.

У лампі зі штифтовим цоколем важко забезпечити точне розташування нитки розжарювання відносно штифтів. Штифтовий цоколь не дозволяє надійно фіксувати лампу в патроні. Тому лампи зі штифтовими цоколями застосовуються в основному у світлових приладах, до яких не пред'являються жорсткі вимоги щодо світлотехнічних характеристик.

Для точної фіксації ниток розжарення щодо фокусу параболоїдного відбивача лампи автомобільних фар забезпечують фокусуючим фланцевим цоколем. Конструкція фланця дозволяє встановлювати лампу оптичний елемент лише в одному певному положенні.

Розміри та розташування нитки розжарення в лампі нормуються вітчизняними та міжнародними стандартами для того, щоб при заміні лампи характеристики світлового приладу суттєво не змінювалися.

При проходженні електричного струму нитка розжарення лампи нагрівається і за певної температури починає випромінювати світло. Енергія світлового випромінювання, що сприймається людським оком, становить лише невелику частину електричної енергії, що споживається лампою. Більшість електричної енергії виділяється у вигляді теплового випромінювання.

Нитка розжарення має витримувати високі температури та мати невеликі розміри. Її виготовляють із тонкого вольфрамового дроту, звитого в циліндричну спіраль. Спіраль кріпиться до електродів і зазвичай має форму прямої лінії або дуги кола. 

Тугоплавкий вольфрам має температуру плавлення 3380°С і дозволяє нагрівати спіраль до 2300...2700°С. З підвищенням температури спіралі збільшується яскравість та світлова віддача лампи. Однак при температурі нитки розжарення понад 2400°С вольфрам інтенсивно випаровується і, осідаючи на стінках скляної колби, утворює темний наліт, що зменшує світловий потік лампи.

Вольфрам інтенсивніше випаровується у вакуумних лампах. Тому лампи потужністю понад 2 Вт заповнюють сумішшю інертних газів аргону та азоту або криптону та ксенону. Завдяки більшому тиску інертних газів у колбі газонаповненої лампи допускається більш висока температура нагріву спіралі, що дозволяє збільшити світлову віддачу до 14...18 лм/Вт за термін служби 125...200 год.

Термін служби та світлова віддача, крім іншого, сильно залежать від напруги живлення: у разі підвищення напруги живлення лампи на 5 % світловий потік збільшується на 20 %, але водночас удвічі скорочується термін служби.

З цієї причини в деяких моделях автомобілів стали використовуватися додаткові резистори, що запобігають перевищенню напруги живлення 13,2 В. У сучасних автомобілях адаптація напруги досягається за допомогою широтно-імпульсної модуляції. При зниженій напрузі, наприклад, при несправному генераторі відбувається зворотний процес.

Галогенні лампи

Підвищення температури нитки розжарення до 2700...2900°С досягається в лампах з галогенним циклом. Це забезпечує на 50...60 % більшу світлову віддачу лампи. Колба галогенної лампи також заповнюється інертним газом (аргон, ксенон, криптон та ін.) та додатково – невеликою кількістю парів йоду чи брому. У лампах з йодним циклом частинки вольфраму, що осіли на стінках колби після випаровування нитки розжарення, з'єднуються з парами йоду і утворюють йодистий вольфрам. При температурі колби з жаростійкого кварцового скла 600...700°С йодистий вольфрам випаровується та при потраплянні в зону високої температури навколо нитки розжарювання розпадається на вольфрам і йод. Вольфрам осідає назад на нитку, а пари йоду залишаються в газовому просторі колби, беручи участь у подальшій реалізації йодистого циклу.

Для підтримки кругового процесу зовнішня температура колби лампи має становити 300°C. Для цього виконана з кварцового скла колба має щільно облягати спіраль.

Виводи виконуються із молібдену, коефіцієнт розширення якого близький до коефіцієнта розширення кварцу.

Галогенні лампи відрізняються від звичайних ламп розжарювання меншими розмірами колби, підвищеною яскравістю нитки розжарювання. Так як вольфрам не осідає на поверхні колби, вона залишається прозорою протягом усього терміну служби лампи.

Галогенний цикл дає позитивний ефект лише при точному дозуванні йоду чи брому. Це створює певні технологічні проблеми під час виготовлення галогенних ламп. Практично використання галогенів не дає істотного збільшення терміну служби лампи, так як вольфрам випаровується і осідає на поверхні спіралі нерівномірно, що неминуче призводить до зменшення її товщини на окремих ділянках та перегорання.