Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania miniaturowej lampy wyladowczej i uklad miniaturowej lampy wyladowczej, pracujacej przy wielkich czestotliwosciach i wysokich cisnieniach.Znane sa z opisu zgloszenia patentowego Stanów Zjednoczonych nr 845738, zlozonego 26.10.1977 r uzyteczne i wydajne wysokocisnieniowe lampy wyladowcze posiadajace znacznie mniejsze wymiary niz byly rozwazone dotad w praktyce, mianowicie objetosci wyladowcze sa równe 1 cm3 hib mniej. W zalecanym wykonaniu zapewniajacym maksymalna skutecznosc, te lampy o duzym natezeniu wykorzystywaly zwykle kuliste komory lukowe o cienkich sciankach, które to komory moga miec rózny ksztalt od nieznacznie splaszczonego do znacznie wydluzonego. Wybitnie wysokie skutecznosci sa uzyskiwane w wyniku wzrostu cisnienia pary metalu powyzej 5 atmosfer i do coraz wiekszych cisnien, gdy wymiar zostaje zmniejszony. W takich lampach miniatuarowych unika sie konwencyjnej niestabilnosci luku, zwykle zwiazanej ze stosowa¬ nymi wysokimi cisnieniami i nie wystepuje istotne ryzyko wystapienia wybuchu. Praktyczne wykonania zapewniaja moce o wartosciach znamionowych czyli takie wymiary lamp, przy których moce sa równe od okolo 100 W do mniej niz 10 W, przy czym lampy maja wlasnosci obejmujace oddanie barwy, skutecznosc utrzymanie parametrów i trwalosc, tak ze sa one wlasciwe do ogólnych celów oswietlania.Mniej pozadana wlasnoscia tych miniaturowych, wysokocisnieniowych lamp z parami metalu jest bardzo szybka dejonizacja, której sa one poddawane. Podczas pracy przy pradzie przemiennym 60Hz dejonizacjajest prawie caflcowita pomiedzy polówkami okresów tak, ze jest wymagane bardzo duze napiecie ponownego zaplonu, które ma byc zapewnione przez obciazenie. Szczególnie w lampach z halogenkiem metalu, podczas podgrzewania lampy w czasie pierwszych kilku sekund po zaplonie luku, napiecie ponow¬ nego zalonu osiaga skrajnie wysokie poziomy. Ze wzgledu na te ograniczenia dejonizacji, zwiazane z praca przy malych czestotliwosciach miniaturowych lamp z halogenkiem metalu, zastosowanie konwencjonalnych obciazen 60Hz ma wiele wad. W znanych lampach z halogenkiem metalu, pracujacych przy czestotliwos¬ ciach w zakresie 20 do 50 kHz, wystepuja niszczace rezonansy akustyczne.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze dostarcza sie do elektrod lampy wyladowczej napiecie przemienne o czestotliwosci zawartej w zakresie wolnym od rezonansu, lezacympowyzej zakresu slyszalnego i ponizej zakresu o nadmiernej interferencji elektromagnetycznej. Korzystnie stosuje sie czestotliwosc robocza powyzej 20 kHz i ponizej 50 kHz.Wedlug wynalazku stosuje sie zakres wolny od rezonansu, w którymjest zawarta czestotliwosc robocza glównego sygnalu wyjsciowego przetwornika, lezacy pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niestabilnosci2 111219 katastroficzne}. Korzystnie stosuje sieczestotiwosc robocza glównego sygnalu wyjsciowego z przetwornika, lezaca w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci,w postaci aureoli. Korzystnie stosuje sie czestotliwosc robocza glównego sygnalu wyjsciowego z przetwornika, lezaca pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niestabilnosci katastroficznej w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli.Wedlug wynalazku dla pracy lampy tego rodzaju, która jest sferoidalna i ma wewnetrzna srednice w przybltzeaiu równa 6 mm lub mniej, stosuje sieczestotliwosc robocza lezacapowyzej zakresu slyszalnego lecz ponizej pierwszego pasma niestabilnosci katastroficznej. Korzystnie stosuje sie czestotliwosc robocza lezaca w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli. Wedlug wynalazku dla pracy lampy tego rodzaju, która zawiera rtec i halogenek metalu, jest kulista i ma srednice wewnetrzna pomiedzy okolo 7 i 4 mm, stosuje sie czestotliwosc robocza lezaca w jednej ze stabilnych przerw.W ukladzie wedlug wynalazku banka majaca objetosc nie przekraczajaca okolo jednego centymetra szesciennego ma czesc obejmujaca luk w ksztalcie steroidalnym i o srednicy wewnetrznej równej w przyblize¬ niu 6 mm lub mniej dla powodowania wzrostu czestotliwosci rezonansowych w rozdzielonych zakresach czestotliwosci w czesci widma czestotliwosci objetej przez czestotliwosc powyzej slyszalnosci przy dolnej granicy czestotliwosci i rozciagajacej sie do górnej czestotliwosci ponizej, zakresu nadmiernej interferencji elektromagnetycznej i czestotliwosc sygnalu wyjsciowego przetwornika lezy wjednym z zakresów rozdziela¬ jacych zakresy rezonansowe. Korzystnie lampa zawiera halogenek metalu i rtec o jakosci zapewniajacej gestosc podczas pracy nie przekraczajaca 100mg na centymetr szescienny. Korzystnie lampa i przetwornik czestotliwosci sa polaczone w ukladzie scalonym. Korzystnie dolaczenia do ukladu zasilania elektrycznego dla przetwornika czestotliwosci sa przystosowane do wlozenia do standardowego gniazdka zarówki.Wynalazek jest oparty na tym, ze miniaturowe lampy znanego rodzaju posiadaja zakresy wolne od rezonansu, wystepujace przy czestotliwosciach pradu w lampie zawartych w zakresie okolo 20do 50kHz. W tych zakresach jest mozliwa stabilna praca. Lampy maja pasmo rezonansowe, w którym moga byc okreslone trzy poziomy dla zjawiska rezonansowego. 1. Niestabilnosc katastroficzna, przy której luk kieruje sie do scianki i szybko stopi kwarc. 2. Niestabilnosc luku, przy której swiatlo wyjsciowe zmienia sie i luk zmienia polozenie. 3. Niestabilnosc w postaci aureoli, przy której aureola swietlna otaczajaca luk jest niestabilna.Najbardziej uzyteczne zakresy wolne od rezonansu leza pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niesta¬ bilnosci katastroficznej i równiez bezposrednio ponizej pierwszego pasma katastroficznego w przypadku lamp o wewnetrznej srednicy 6mm lub mniejszej. Ponadto nalezy unikac stosunkowo waskich pasm niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli w tych zakresach. W wyniku takiego doboru czestotli¬ wosci roboczych w tych zakresach i korzystnie w wybranych, oznaczonych przerwach, mozna uzyskac stabilna i skuteczna lampa przy zastosowaniu praktycznych i ekonomicznych obciazen przy wielkich czestotliwosciach.Zaleta wynalazku jest umozliwienie przezwyciezania ograniczenia wprowadzanego przezszybkadejoni¬ zacje przy malych czestotliwosciach roboczych i umozliwienie zastosowania zwartych, praktycznych i skutecznych obciazen przy wielkich czestotliwosciach.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1-4 przedstawiaja lampy lukowe w postaci miniaturowych lamp wyladowczych z halogenkiem metalu, z których pierwsza pracuje przy luku stabilnym a pozostale ilustruja rózne rodzaje niestabilnosci akustycznej, fig. 5— typowa charakterystyke napieciowo-pradowa miniaturowej lampy z halogenkiem metalu przy 60 Hz, wska¬ zujaca wartosc szczytowa napiecia ponownego zaplonu, fig. 6—wykres przedstawiajacy stosunek napiecia ponownego zaplonu w funkcji czestotliwosci dla dwóch rozmiarów baniek, fig. 7 — wykres przedstawiajacy stosunek napiecia ponownego zaplonu podczas podgrzewania w funkcji czestotliwosci, fig. 8 — schemat przedstawiajacy pasma rezonansu akustycznego i stabilne przerwy dla rolnych srednic miniaturowych, kulistych lamp wyladowczych, fig. 9 — schemat przedstawiajacy widma rezonansowe w funkcji gestosci rteci w przypadku jednego rozmiaru lampy i fig. 10 — schemat ukladu obciazenia wielkiej czestotliwosci przy uzyciu elementów stalostanowyeh.Zostana teraz opisane charakterystyki dejonizacji. Dominujacym parametrem elektrycznym wplywaja¬ cym na prace przy malych czestotliwosciach miniaturowych, wysokocisnieniowych, metalowych lamp prózniowych, a zwlaszcza lamp z halogenkiem metalu, jest wystepowanie pewnego napiecia ponownego zaplonu podczas podgrzewania i pracy. Wzrost napiecia wystepuje po przecieciu wartosci zero przez pradna koncu kazdej polowy okresu. Typowyprzebiegjest pokazany na fig. 5, która przedstawia przebieg napiecia, odczytany na oscyloskopie (linia ciagla)i pradu 0inia przerywana)dla lampylukowej pracujacej przy sygnale 60 Hz uzyskanym ze zródla sygnlów sinusoidalnych. Stosunek Nr napiecia ponownego zaplonu moze byc okreslony jako Nr= VR/Vip, gdzie V*jest szczytowym napieciem ponowego zaplonu i Y^jest napieciem naUl219 3 lampie w chwili pradu szczytowego. Na fig. 5 stosunek Nr napiecia ponownego zaplonu jest równy w przyblizeniu 3,3.Wzrost napiecia przy ponownym zaplonie pojawia sie w wyniku wzrostu impedancji plazmy podczas okresu, w którym prad jest bliski zeru. Przy wyladowaniu wysokocisnieniowym impedancja luku jest regulowana przez gestosci elektronów i jonów, a te zmieniaja sie wykladniczo wraz z temperatura gazu w rdzeniu luku. Chlodzenie luku w wyniku realizacji przewodzenia do scian ma podstawowe znaczenie a szybkosc chlodzenia zmienia sie odwrotnie do srednicy lampy lukowej. Jest to przedstawione na fig. 6,która reprezentuje stosunek napiecia ponownego zaplonu jako funkcje czestotliwosci dla dwóch rozmiarów baniek, kuli o srednicy wewnetrznej 3,2 mm i o srednicy zewnetrznej w przyblizeniu 4,2 mm oraz kuli o srednicy wewnetrznej 7,0mm. Obecnie zalecana banka ma wymiar srednicy wewnetrznej w przyblizeniu równy 6mm i dla niej stosunek Nr napiecia ponownego zaplonu jest w przyblizeniu równy 2,0 przy 60 Hz.Jest to duzy stosunek, lecz do przezwyciezenia przy zaprojektowanym obciazeniu przy 60 Hz.Powazny problem przy pracy miniaturowych lamp 60 Hz z halogenkiem metalu pojawia sie podczas podgrzewania lampy wyladowczej. Silny wzrost napiecia ponownego zaplonu pojawia sie kilka sekund po zapaleniu luku. Po tym czasie wartosc szczytowa napiecia ponownego zaplonu maleje co do wartosci, gdy temperatura lampy lukowej nadal wzrasta i cisnienie pary wzrasta, przy czym maleje ona do wartosci koncowej czyli stanu ustalonego dla dowolnej, danej czestotliwosci, jak pokazano na fig. 6. Szczytowe napiecie Vr ponownego zaplonu podczas podgrzewania jest pokazane w funkcji czestotliwosci na fig. 7dla dwóch lamp lukowych o tych samych wymiarach i ksztalcie przy czym ich wewnetrzna srednica jest równa 6 mm i sa one kuliste. Jak wskazano, jedne lampy zawierajajako material wypetaiajacy rtec ijodki sodu oraz skandu i toru, który odpowiada co do rodzaju wypelniaczowi stosowanemu w dostepnych w handlu lampach z halogenkiem metalu, a inne zawieraja wypelniacz w postaci rteci i jodku rteci. Szczególnie w przypadku lampy z jodkiem rteci wystepuja duze napiecia ponownego zaplonu nawet przy dziesieciokrotnej czestotli¬ wosci linii. Napiecie ponownego zaplonu dla tej lampy przekracza 800 Vprzy 600 Hz, podczas gdydla innych lamp zawierajacych Na-Sc-Th, napiecie szczytowe przekracza 800 V pomiedzy 60 i 100 Hz.Uwaza sie, ze wysokie napiecie ponownego zaplonu podczas podgrzewaniajest zwiazane z gwaltownym wzrostem szybkosci utraty elektronów w wyniku wychwytywania przez atomy czy czasteczki halogenów w stanie gazowym przed tym, jak temperatura gazu wzrosnie do temperatury wystepujacej w wysokocisnienio¬ wym luku. Problem ten wystepuje w konwencjonalnych lampach. Halogeny w stanie gazowym moga byc uzyskiwane z kondensowanego jodku rteci, który ma znacznie wyzsze cisnienie pary niz inne halogenki, porównywalne z sama rtecia. W zwiazku z tym szybkosc zaniku elektronów jest proporcjonalna do liczby atomów czy czasteczek jodu, wystepujacych w gazie (lub parze). Napiecie ponownego zaplonu zalezy od liczby elektronów pozostalych po danym czasie i jest odwrotnie proprocjonahte do czestotliwosci. Proces wychwytywania przestaje miec podstawowe znaczenie w warunkach normalnej pracy, poniewaz mechanizm wytwarzania i utraty elektronów zalezyjedynie od temperatury rdzenia luku, którajest w zasadzie niezalezna od zawartosci jodu. Ponadto zawartosc wolnego jodku uzyskanego z paryjodku rteci ulega nasyceniu przy temperaturach scianek znacznie nizszych niz w warunkach pracy.Zostalo potwierdzoneeksperymentalnie w wyniku obserwacji, ze wysokie napiecie ponownego zaplonu, odpowiadajace podgrzaniu, moze byc utrzymy¬ wane w pewien sposób przez wdmuchiwanie strumienia chlodnego powietrza do roboczej lampy lukowej.Zapobiega to pelnemu wyparowaniu rteci tak, ze nie zostanie nigdy osiagniety warunek wyladowania przy wysokiej temperaturze gazu.Istnienie pewnej wartosci szczytowej ponownego zaplonu podczas podgrzewania malych lamp z halo¬ genkiem metalu pracujacych przy malych czestotliwosciach nie jest latwe do przezwyciezenia ze wzgledu na nieunikniona obecnosc substancji zanieczyszczajacych, takich jak para wodna, która wyzwala atomy halo¬ genu w lampie w wyniku mechanizmu reakcji halogenków. Wystepujace w praktyce obciazeniaprzy wielkich czestotliwosciach, które przezwyciezaja problem ponownego zaplonu, musza wykorzystywacpólprzewodni¬ kowe przyrzady sterujace, takie jak tranzystory w polaczeniu z rdzeniami ferrytowymi. Ponizej 20kHz wymiary rdzenia ferrytowego wzrastaja do punktu, w którym mozliwosc wykonania zwartego obciazeniajest watpliwa. Równiez poziom szumu lub dzwieku staje sie problemem, poniewaz drgania magnetostrykcyjne, wynikle ze zmian strumienia w materiale ferrytowym, lezaalbo w zakresie slyszalnosci albo najego progu. Po polaczeniu tych rozwazan mozna wnioskowac, ze nalezy ograniczyc stosowane w praktyce, projektowane obciazenie przy wielkich czestotliwosciach do pracy powyzej zakresu slyszalnosci. Powyzej 50 kHz wartosci graniczne dla szybkosci przelaczania stosowanego w praktyce tranzystora sa przyblizone przy pracy o duzej wydajnosci i straty obciazenia zaczynaja wzrastac nadmiernie. Ponadto powaznym problemem staje sie interferencja elektromagnetyczna, to znaczy zaklócenia radiowe i telewizyjne lampy i zwiazanego z nia ukladu.4 11121* Wystepowanie niszczacych rezonansów akustycznych w dostepnych w handlu lampach z halogenkiem metalu, jak równiez w innych lampach o duzym natezeniu, takich jak lampy z sodem i rtecia, jest dobrze znane. Stan wiedzy w tym zakresie moze byc podsumowany jak nastepuje: 1. Drgania akustyczne pojawiaja sie w lampach przy:czestotliwosci zródlaenergii, którajest dwukrotnie wieksza od czestotliwosci linii czy pradu. Tedrgania rozchodza siejako fale w postaci zmian gestosci gazu i w zwiazku z tym powstaja zaklócenia akustyczne lub ultradzwiekowe, jezeli czestotliwoscjest powyzej 20kHz. 2. Zwykle, dostepne w handlu lampy z halogenkiem metalu nie moga pracowac pomiedzy 20 kHz i 50 kHz ze wzgledu na zjawisko rezonansu. 3. Tak mala, jak 10% modulacja wielkich czestotliwosci obwiedni czyli przebiegu dowolnego pradu, moze byc wystarczajaca do wprowadzenia rezonansu akustycznego.Prosty model teoretyczny, wykorzystujacy predkosc dzwieku usredniona ze wzgledu na temperature i rodzaj gazu dla obliczenia stanu rezonansu gazu zawartego iv bance lampy nie moze byc zastosowany zarówno do okreslenia pojawiajacej sie czestotliwosci lub zakresu czestotliwosci rezonansów akustycznych, obserwowanych przy pomiarach dostepnych w handlu lamp z halogenkiem metalu. Jednakze podczas badania kulistej lampy lukowej, posiadajacej zewnetrzna srednice równa 9mm i rzeczywista dlugosc równa 10 mm odkryto, le gdy na wejsciujest 80 W, stabilnapraca wystepuje przy 20 kHzi szerokosci pasma zakresu wolnego od rezonansu okolo 100 Hz. Odkryto, ze mniejsze wymiary lampy i bardziej kulisty ksztalt banki beda powodowaly wzrost czestotliwosci pasma wolnego od rezonansu i równiez beda go poszerzac. Stwo¬ rzylo to mozliwosc znalezienia stabilnego zakresu wolnego od rezonansu pomiedzy 20 i 50kHz dla wszyst¬ kich wymiarów miniaturowych lamp z halogenkiem metalu, to znaczy lamp o objetosci komory wyladowczej mniejszej niz lem3. Pózniejsze lampy byly wykonywane jako mniejsze i bardziej kuliste. Przy uzyciu obciazenia oscylatorem blokujacym, jak opisany dalej, znaleziono stabilna prace lampy kulistej o zewne¬ trznej srednicy 6 mm i wewnetrznej srednicy okolo 5 mm. W przypadku tej lampy zakreswolny od rezonansu lezal wokól 33 kHz i mial szerokosc okolo 10 kHz.Mozliwe jest wymienianie paru podstawowych cech, które powinien posiadac model w celu okreslenia pojawienia sie czestotliwosci i zakresu czestotliwosci rezonansów akustycznych w miniaturowych lampach z halogenkiem metalu. Nalezy wziac pod uwage geometrie komory wyladowczej, zarówno z punktu widzenia zasilania, którym jest luk oraz warunków graniczacych przy sciance. W przypadku fali plaskiej predkosc moze zmieniac sie o wspólczynnik wiekszy niz 2 ze wzgledu na gradienty temperatury wystepujace w lampie: w zwiazku z tym musza one byc wziete pod uwage wraz z mozliwoscia wystapienia nieliniowosci zwiazanej z mieszaniem gazu. Bezwzgledna gestosc gazów jest wspólczynnikiem, poniewaz amplituda fali przy odbiciu spowodowanym przez zmiane gestosci przy granicy zalezy od stosunku impedancji akustycznej w osrodku gaz-para oraz impedancji materialu granicznego. W koncu musi byc umozliwione wystapienie zjawiska „sztywnosc" luku jak równiez zjawisk turbulencji i konwekcji. Ze wzgledu na zlozonosc zadawalajacego modelu teoretycznego wyjasniono ten problem doswiadczalnie.Zbadano widma rezonansu akustycznego miniaturowych lamp z halogenkiem metalu w funkcji srednicy banki, gestosci rteci i umieszczenia elektrody, koncentrujac sie na bankach o ksztalcie kulistym, tzn. na bankach o ksztalcie kulistym jak pokazano na fig. 1 do 4 lub o ksztalcie prawie kulistym. Pomiary zostaly dokonane w zakresie czestotliwosci, rozpoczynajac od pradu jednokierunkowego i w kierunku do 250 kHz, kladac nacisk na zakres 20 do 50 kHz. Pomiary przy pradzie przemiennym zostaly dokonane przy uzyciu zródla sygnalów sinusoidalnych i polaczonej szeregowo z nim indukcyjnosci w celu ograniczenia pradu w lampach.Na fig. 1 lampe lukowa 1 stanowi zwykle wewnetrzna banka wyladowcza miniaturowej lampy z halogenkiem metalu. Jest ona wykonana z kwarcu lub stopionego dwutlenku krzemu, wlasciwego dzieki rozszerzeniu sie ispecznieniu rury kwarcowej ogrzewanej az do uzyskania plastycznosci. Czesci szyjkowe 2 i 3 moga byc utworzone w wyniku umozliwienia mrze kwarcowej utworzenia nadlewu dzieki naprezeniu powierzchniowemu. W przedstawionym przykladzie grubosc scianki jest okolo 0,5 mm, a wewnerzna srednica jest okolo 6 mm i objetosc banki jest w przyblizeniu 0,11 cm3. Elektrody 4, 5 w postaci wtyków z wolframu sa umieszczone na osi banki, przy czym ich obwodowe konce okreslaja miedzyelektrodowa przerwe lukowa, równa 3 mm w tym przykladzie. Wtyki sa dolaczone* do warstwowych wewnetrznych doprowadzen molibdenowych 6, 7, korzystnie za pomoca spawania laserowego przy zlaczu doczolowym.Zespoly: wtyk elektrodowy — doprowadzenie wewnetrzne i sposób wykonywania ich sa znane. Koniec od strony nasady elektrod wolframowych i spoina laserowa z molibdenowymi doprowadzeniami wewnetrznymi sa osadzone w stapianym dwutlenku krzemu i to zapewnia odpowiednia sztywnosc bez wzgledu na cienkie jak papier czesci molibdenowych doprowadzen wewnetrznych. W procesie uszczelniania elektrod war¬ stwowe czesci sa zwilzane przez stapiany dwutlenek krzemuczesci szyjkowych 2,3i to zapewnia hermetyczne uszczelnienie.Dla przykladu, wlasciwa substancja wypelniajaca dla lamp o tych wymiarach i wartosci znamionowej mocy okolo 30 W zawiera argon pod cisnieniem 100-200 T, 4,3 mg Hg i 2,2 mgsoli halogenkowej, zawieraja- wagowo 85% Nal, 5% Scl3 i 10% ThU Taka ilosc Hg przy calkowitym wyparowaniu w warunkach111219 5 roboczych bedzie zapewniac gestosc 39,4 mg/cm3, która odpowiada cisnieniu okolo 23 atmosfer.Fig. 8 jest wykresem widm czterech lamp podobnych do lampy przedstawionej na fig. 1 lecz majacych wewnetrzne srednice baniek równe odpowiednio 4, 5, 6 i 7 mm. Przerwa miedzy elektrodami byla utrzymy¬ wana jako równa 3 mm, przy czym substancja wypelniajaca byla dobrana wlasciwie do objetosci banki w celu uzyskania tej samej gestosci rteci w kazdej lampie. Moga byc okreslone trzy poziomy przebiegu rezonansu: 1. Niestabilnosc katastroficzna: Luk, który zwykle rozciaga sie prosto pomiedzy koncówkami elektrod, jak pokazano poprzezluk 19 na fig. 1, kieruje sie do scianki,jak pokazano poprzezluk 21 na fig. 1 Stopi on kwarc, jezeli zjawisko to bedzie trwac wiecej niz kilka sekund. Spadek napiecia luku wzrasta zgodnie z wydluzona droga luku i moze byc wiecej niz podwojony. Ten stan jest pokazany na fig. 8 i 9 przez kreske o pelnej wysokosci lezaca w zakresie czestotliwosci w którym on wystepuje. 2. Niestabilnosc luku: Luk moze zmieniac polozenie poruszajac sie do przodu i do tylu, czasami ma ksztalt serpentyny, jak pokazano poprzezluk 31 nafig. 3. Spadek napiecia luku zmienia sie i zmienia sie takze znacznie swiatlo wyjsciowe. Stan ten jest pokazany przez kreske o polowie wysokosci. 3. Niestabilnosc w postaci aureoli. Aureola jest utworzona przez zarzenie swietlne otaczajace luk i zwykle wystepujace wokól górnej elektrody,jak pokazano poprzezluk U na fig. 1. W lampie zawierajacej sód jest to czerwonawe zarzenie wywolane przez pobudzenie sodu. Przy niestabilnosci w postaci aurtob silnyluk rozciagajacy sie prosto pomiedzy elektrodami pozostaje stabilny lecz aureola porusza sie dookola. Zmiana swiatla jest mala i nie wystepuje zadne zauwazalne oddzialywanie na napiecie. Tojest najmniej niszczaca postac niestabilnosci i jest ona oznaczona na wykresie przez kreske o cwiartce wysokosci. Niezwykla postac niestabilnosci w postaci aureoli, wstepujacajako pasmo równikowe 43 w srodku banki,jestpokazana na fig. 4. Jest to prawdopodobnie zwiazane ze schematem podwójnej konwekcji oznaczonej przez dolne i górne zakrzywione strzalki 41,42. Schemat ten jest oznaczony przez kreske o cwiartce wysokosci z litera e lezaca ponad nia.Na wykresach widm rezonansowych z fig. 8 i 9 srodkowy luk i aureola sa stabilne w nieoznaczonych zakresach czestotliwosci pomiedzy oznaczonymi zakresami czestotliwosci. Tenieoznaczone zakresy zawie¬ raja pasma robocze wolne do rezonansu, w których lampy moga pracowac stabilnie, gdy znajduja sie pod wlasciwymi napieciami. Najwazniejsza cecha widm pokazanych na fig. 8jest powtarzanie sie schematówdla róznych wymiarów baniek. Tak wiec na przyklad pierwsze pojawiajace sie pasmo niestabilnosci katastrofi¬ cznej A powtarza sie dla kazdegp wymiaru banki. Ifesmojest zawezone i przesunete do mniejszych czestotli¬ wosci, gdy wymiar banki wzrasta. Tensam powtarzajacy sie wielokrotnie schemat obserwuje sie dla pasma niestabilnosci katastroficznej B, które jest nastepnej dla wiekszych czestotliwosci oraz podobnie w przy¬ padku kolejnego pasma C. Cale widma zawierajace pasma niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli sa sciskane i przesuwane w podobny sposób w przypadku wszystkich wymiarówbanki. Dane zostaly wziete przy zastosowaniu zródla energii przebiegów sinusoidalnych. Jezeli jest stosowany przebieg niesinu¬ soidalny, moga pojawiac sie dodatkowe niestabilnosci, które moga spowodowac zwezenie lub zaklócenie w zakresach wolnych od rezonansu.Na podstawie danych zgrupowanych na fig. 8i innych zwiazanych z nimi pomiarów wywnioskowano, ze najbardziej uzyteczne zakresy robocze wielkich czestotliwosci dla miniaturowych, wysokocisnieniowych lamp z para metalu, to znaczy lamp majacych objetosc wyladowcza mniejsza niz 1 cm\ sa to zakresy wolne od rezonansu, lezace pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niestabilnosci katastroficznej. W zwiazku z tym w przypadku lampy o srednicy wewnetrznej 7 mm nalezy dobrac prace powyzej pasma A i ponizej pasma B, mianowicie w zakresie od okolo 20 do 40 kHz. Jednakze nalezy unikacpasma niestabilnosci luku lezacegood okolo 29 do 31 kHz. Ponadtojest pozadane unikniecie waskich pasm niestabilnosci w postaci aureoli przy 21 kHz, 28 do 29 kHz i szerszego 39 do 41 kHz. W celu uwzglednienia tolerancji przy wytwarzaniu, czestotli¬ wosc robocza powinna byc wybrana, o ile jest to mozliwe z zakresu niestabilnosci. W zwiazku z tym jako optymalne czestotliwosci dla kulistej lampy o srednicywewnetrznej 7 mm sa widziane w przyblizeniu 24 kHz i 35 kHz. Przy projektowaniu ukladu obciazajacego pracujacego w zakresie 20do 50 kHz, zwykle zalecanyjest wlasciwy dolny kraniec zakresu w celu zmniejszenia interferencji elektromagnetycznej i zmniejszenia szyb¬ kosci przelaczania tranzystora. Zgodnie z tym 25 kHz moga byc dobranejako projektowana czestotliwosc i zapewni to tolerancje przy wytwarzaniu okolo ± 5% czestotliwosci mianowicie od okolo 23 do 25 kHz, bez jakiegokolwiek niebezpieczenstwa dojscia do pasm niestabilnosci. Zalecany projektowany punkt srodkowy i zakres sa oznaczone gruba Mnia tl na fig. 8.W podobny sposób w przypadku kulistej lampy o srednicy wewnetrznej 6mm zalecany, projektowany, srodkowy punktodpowiada 26,5 kHz i przezlinienjest oznaczony zakrestolerancji czestotliwosci ± 5%, dla srodkowego punktu w przypadku srednicy wewnetrznej 5 mm jest 31 kHz i zakres jest oznaczony przez Imie 13. Dla srednicy wewnetrznej 4 mm projektowany srodkowy punkt odpowiada 45 kHz i zakres jest oznaczony przez linie S4. Przy odpowiednim doborze górnego kranca zakresu, zalecane projektowane6 111219 srodkowe punkty sa 34 kHz dla lampy o srednicy wewnetrznej 7 mm i zakres tolerancji czestotliwosci ±5% jest oznaczony przez Unie t5, 40 kHz dla lampy o srednicy wewnetrznej 6 mm z zakresem oznaczonym przez linie M 43 kHz dla lampy o srednicy wewnetrznej Smm z zakresem oznaczonym przez linie 17 i 65 kHz dla lampy o srednicy wewnetrznej 4 mm z zakresem oznaczonym przez linie M. Przerywane linie 19 dla dolnego pasma i linie §• dla górnego pasma, laczace krance zaprojektowanych zakresów dla róznych wymiarów, otaczaja zaprojektowane przerwy o zalecanych tolerancjach czestotliwosci w przyblizeniu ± 5% (pokazane sa jako zakreskowane) dla lamp kulistych o posrednich srednicach.W przypadku lamp o srednicy wewnetrznej mniejszej niz 6 mm, czestotliwosci robocze moga byc wybrane sposród lezacych ponizej pierwszego pasma niestabilnosci katastroficznej. Takwiec w przypadku lampy o srednicy wewnetrznej 4mm czestotliwosc robocza moze byc wybrana przy wykorzystaniu projekto¬ wanego punktu srodkowego w przyblizeniu 25,5 kHz, przy czym zakres tolerancji czestotliwosci ±3% jest oznaczony przez linie 91. Projektowany punkt srodkowy ponizej pierwszego pasma niestabilnosci katastrofi¬ cznej w przypadku lampy Smm jest w przyblizeniu 17 kHz i zakres ±5% jest oznaczony przez linie 91 Przerywane linie 93 obejmuja zalecana, projektowana przerwe czestotliwosci ±5% dla lamp kulistych, majacych srednice posrednie 4 i 5 mm.Scisniecie czyli zawezenie zakresów wolnych od rezonansu, to znaczy zmniejszenie zakresu czestotli¬ wosci pomiedzy pasmami A i B wystepuje, gdy srednica banki zostaje zmniejszona. Tenfakt równieznasuwa przypuszczenie, dlaczego zakresy wolne od rezonansu nie byly obserwowane w zakresie 20 do 50 kHz.Przyczyna moglo byc to, ze srednice lamp lukowych w przypadku dostepnych w handlu lamp z halogenkiem metalu (zwykle nie mniejsze niz 14 mm w przypadku srednic wewnetrznych) sa wystarczajaco duze, zeby zakresy katastroficzne rozszerzaly sie i rozciagaly przez caly zakres od 20 do 50 kHz, nie pozostawiajac zadnych bezpiecznych, stabilnych zakresów czy przerw wlasciwych dla pracy.Zmiana schematu przy zastosowaniu pary rteci o róznych gestosciach jest pokazana na fig. 9. Do pieciu lamp kulistych o srednicy wewnetrznej 6 mm i posiadajacych przerwe miedzy elektrodami równa 3 mm zostaly zastosowane substancje wypelniajace, zapewniajace gestosci rteci okolo 10,20, 39, 79 i 118 mg/cm3, po wyprasowaniu. Lampy pracowaly przy stalym obciazeniu scianek. Glówne cechy widm utrzymuja sie pomimo zmian gestosci rteci. Polozenie pasma niestabilnosci katastroficznej przesuwa sie nieznacznie do nizszych czestotliwosci, gdy cisnienie pary wzrasta. W zwiazku z tym górny kraniec pasma A spada od 25 do 23 kHz, podczas gdy dolny kraniec pasma B spada od 50do 43 kHz przy zastosowaniu od 10 do 118 mg/cm3.Zaklócenia w wezszych zakresach wszystkich trzech rodzajówwplywaja na widma, gdy gestosc wzrasta, prawdopodobnie w zwiazku ze zwiekszonym dolaczeniem do zaklócen akustycznych oraz wieksza konwek¬ cja i turbulencja przy wiekszych gestosciach pary. Okazuje sie, ze zaklócenia w waskim zakresie wystepuja przy mniejszych gestosciach pary, lecz przy tak niskich poziomach amplitudy, bynie zaklócac luku. Wówczas gdy gestosc jest zwiekszona, zaklócenia zostaja wzmocnione. Takwiec, nawet chociaz miniatuarowe lampy moga pracowac przy duzych gestosciach, zakresy wolne od rezonansu w widmie 20 do 50 kHz sa skutecznie waskie, gdy gestosc jest zwiekszona tak, ze osiagniety jest praktyczny górny poziom gestosci dla zadawalaja¬ cych wyników. Dane wykazuja, ze w celu unikniecia nadmiernych zaklócen w wezszym zakresie, pozim gestosci rteci dla dowolnego wymiaru miniaturowych lamp z halogenkiem metalu nie powinien przekraczac 100 mg/cm3 i dla banki o srednicy wewnetrznej 6 mm nie powinien przekraczac 80 mg/cm3. W przypadku lamp o srednicy wewnetrznej 6 do 7 mm gestosc robocza pary rteci, zalecana ze wzgledu na uzyskanie szerokich, stabilnych pasm czy przerw roboczych w zakresie od 20do 50 kHz,jest równa w przyblizeniuod 30 do 40 mg/cm3. Obecnosc pasm wolnych od rezonansu, które zostaly odkryte, umozliwia prace miniaturo¬ wych lamp z para metalu przy zastosowaniu zwartych, ekonomicznych i skutecznych ukladów obciazajacych przy wielkich czestotliwosciach w wymaganym zakresie czestotliwosci 20 do 50 kHz. Takieuklady zwykle zawieraja generator energii z elementami ograniczajacymi prad, dolaczonymi do lampy. Typowe uklady wykorzystuja pólprzewodnikowe przyrzady sterujace i rdzenie ferrytowe, moga byc one wykonane jako zwarte wystarczajaco dla bezposredniego zamocowania do lampy w punkcie roboczym, to znaczy na wyjsciu czyli w gniazdku elektrycznym lub moga byc dolaczonejako calosc do lampy w celu utworzenia tak zwanej jednostki wkrecanej.Na fig. 10 jest przedstawiony przyklad zwartego ukladu obciazajacego dla wielkich czestotliwosci w postaci oscylatora blokujacego. Pelnookresowy prostownik mostkowy BR dolaczony do zacisków ti, 1:020 V, 60 Hz) dostarcza wyprostowany prad staly dla sterowania inwerterem. Kondensator filtrujacy Ci dolaczony do zacisków wyjsciowych mostka zapewnia dzialanie wystarczajaco wygladzajace dla unikniecia problemów co do ponownego zaplonu, zwiazanych z modulacjaczestotliwosci linii na wyjsciu przy wielkich czestotliwosciach. Transformator T z rdzeniem ferrytowym ma uzwojenie pierwotne P, wysokonapieciowe uzwojenie wtórne Si, do którego jest dolaczona lampa miniaturowa LP oraz uzwojenie S2 sprzezenia111219 7 zwrotnego. Kierunek uzwojenia jest zwykle oznaczony przez pusty punkt przy wlasciwym koncu uzwojenia.Uzwojenie pierwotne P, obwód kolektor-emiter tranzystora Qi i uzwojenie S2 sprzezenia zwrotnego sa polaczone szergowo i tworza glówny, podstawowy tor pradowy. W tym torze rezystor Rj jest rezystorem ograniczajacym prad i dioda Di zapewnia zabezpieczenie przed przeciwnym pradem dla tranzystora Qi.Rezystory Ri i R* dioda Di i kondensator Cj zapewniaja zasilanie dla bazy tego traifcystora.Dzialanie oscylatora blokujace moze byc podsumowanejak nastepuje: gdy pradkolektorajest mniejszy niz wzmocnienie razy prad zasilania tranzystora przelaczajacego Qi, tranzystor jest w stanie nasyconym i oznacza to, ze jest on w pelni wlaczony i dzialajako przelacznik. Prad kolektorajest nastepnie ograniczony przez indukcyjnosc uzwojen Pi S2 transformatora. Wówczas, gdy prad kolektora wzrasta i osiaga wartosc równa wzmocnieniu razy prad zasilania bazy, tranzystor zaczyna wychodzic z nasycenia. Sluzy to do zmniejszenia napiecia na uzwojeniu Si, które z kolei zmniejsza zasilanie bazy i w wyniku dzialania regenera¬ cyjnego powoduje wylaczenie tranzystora Qi. Regeneracja nastepuje po zaniku pola w uzwojeniu pierwot¬ nym P.Powoduje to powrót dojego poczatkowego stanu tak, ze cykl moze powtarzac sie, skutkiem CKgojtst zapewnione wysokoczestotliwosciowe zasilanie lampy dolaczonej do uzwojenia wtórnego Si. Reaktancja rozproszenia transformatora T sluzy do ograniczenia pradu wyladowania w lampie.Powyzsze stanowi jedynie jeden przyklad zwartego, wysokoczestotliwosciowego ukladu obciazajacego, który moze byc z latwoscia zaprojektowany do pracy powyzej slyszalnego zakresu czestotliwosci i ponizej zakresu czestotliwosci o nadmiernej interferencji elektromagnetycznej. Istnieje wiele innych wykonan lub moze byc zaprojektowanych w oparciu o znane uklady.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób sterowania miniaturowej lampy wyladowczej, zawierajacej banke o objetosci wyladowczej nie przekraczajacej jednego cm3, mmmtmmj tym, ze dostarcza sie do elektrod lampy wyladowczej napiecie przemienne o czestotliwosci zawartej w zakresie wolnym odrezonansu, lezacym powyzejzakresu slyszalnego i ponizej zakresu o nadmiernej interferencji elektromagnetycznej.I Sposób wedlugzastrz. 1, mmmsmmy tym, ze stosuje sieczestotliwosc robocza, powyzej 20kHz i ponizej 50 kHz. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, wmmkmy tym, ze stosuje sie zakres wolny od rezonansu, w którym jest zawarta czestotliwosc robocza, glównego sygnalu wyjsciowego przetwornika, lezacy pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niestabilnosci katastroficznej. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, nmmkmmy tym, ze stosuje sie czestotliwosc robocza glównego sygnalu wyjsciowego z przetwornika, lezaca w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, zwmmkmy tym, ze stosuje sie czestotliwosc robocza glównego sygnalu wyjsciowego z przetwornika, lezaca pomiedzy pierwszym a drugim pasmem niestabilnosci katastroficznej w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, ammitany tym, ze stosuje sie czestotliwosc robocza lezaca powyzej zakresu slyszalnego lecz ponizej pierwszego pasma niestabilnosci katastroficznej. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, mmsmmy tym, ze stosuje sie czestotliwosc robocza lezaca w zakresie wolnym od niestabilnosci luku i niestabilnosci w postaci aureoli. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, mmmsumy tym, ze stosuje sie czestotliwosc robocza lezaca w jednej ze stabilnych przerw. 9. Uklad miniaturowej lampy wyladowczej zawierajacej banke o objetosci wyladowczej nie przekracza¬ jacej jednego cm3 z para metalu posiadajaca zatopione w niej elektrody rozdzielone dla zapewnienia przerwy wyladowania, usytuowanej w osrodku utrzymujacym wyladowanie i uklad zasilania przetwarzajacy czestot¬ liwosc, pobierajacy energie ze zródla zasilania elektrycznego i dostarczajacy energie do elektrod, mmmtmmy tym, ze banka ma czesc obejmujaca luk w ksztalcie sferoidalnym i o srednicy wewnetrznej równej w przyblizeniu 6 mm lub mniej dla powodowania wzrostu czestotliwosci rezonansowych w rozdzielonych zakresach czestotliwosci w czesci widma czestotliwosci objetej przez czestotliwosc powyzej slyszalnosci przy dolnej granicy czestotliwosci i rozciagajacej sie do górnej czestotliwosci ponizej zakresu nadmiernej interfe¬ rencji elektromagnetycznej, a czestotliwosc sygnalu wyjsciowego przetwornika lezy w jednym z zakresów rozdzielajacych zakresy rezonansowe. 10. Uklad wedlug zastrz. 9, mmmsmmy tym, ze lampa zawierahalogenek metalu i rtec o ilosci zapewniaja¬ cej gestosc podczas pracy nie przekraczajacej 100 mg na centymetr szescienny.U. Ukljri wedlug zastrz. 10, aumitmy tym, ze lampa i przetwornik czestotliwosci sa polaczone w ukladzie scalonym.II Uklad wedlug zastrz. 11, wmmsmmy tym, ze uklady obciazajace sa przystosowane do bezposredniego zamocowania do lampy na wyjsciu czyli w gniazdku elektrycznym.lit 219 s-t- W-z :Jh 12, vV 5 ", T jxIO LV I •—*3I IX FIG.FIG. 3 !A1 4, xl: s* 1 41 f i FIG. 2 FIG 4 200r I50h iooh SOh ki H H —l- _N Al .« ¦• ifi ,1 Ifi 6 2 4 6 efV 10 12 14 16 /J 18 50 h iooh J50h 200 L V_X 60 HZ FIG. 5118 219 z 4 O 3.5 3.0p 2.5 L- i 2.01~ l.5f- i i.o' .5h 32 mm 10 7.0 mm ID 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 (Hz) FIG. 6 700i 600' I 500J- 4001- 3001- 200| 100 -6mmlD -6mm 10 KX 200 300 400 500 600 700 800 900 K00 (Hz) Hg,Nol,Scl3 HgvHgl^ V FIG. 7lit 219 10 —r- - 4 mm 10 (I8w) -5inh K (20w) 6mm 10 (30«r) - 7 mm 10 <3Sw 20 —I— 30 ~I— 40 —I— 60 —r- 70 —i— 80 90 100 110 120 190 1 I I 1 1 1— M £7 92 43 I?. "' &' ! n i-J \—1| D / /¦^V Al L1J a,. I ~2Ó" ~40 ~5o" eV -*r KHz "86- ¦*" n # tsb ite lis ite iio FIG. 8 'C_ H9 118.3 m»tc 78.9 mg*c 20 30_ O1 QDIII^ 40 50 60 TO 80 _90 •00 MO i?0 D r 39.4 m*tc O o 20.2 mgAc [J D ^ P 6nwn ID 3mfP 10.1 mg/ee U U K 20 30 40 50 60 KHi 70 80 90 100 IIO 120 FIG 9111 219 FIG. 10 PL PL PL