Go to content
Your browser is out of date. It has known security flaws and may not display all features of this websites. Learn how to update your browser[Закрыть]

Старые поделки


Самодельные газоразрядные лампы


Автор: Серый череп



Как вы, возможно, уже читали ранее, я пытался сделать газоразрядные и другие лампы в простой домашней лаборатории. Это может казаться сумасшедшим и невозможным, но я попробовал.

Авторы всех доступных книг говорят: "Создание самодельных ламп невозможно". Я верил им в течение долгого времени, но мне захотелось попробовать. Теперь это первая годовщина моей “Домашней ламповой фабрики”. Один год больших падений и небольших успехов.
Я хочу сказать Вам об одном успехе - создании лампы типа LC1D.

Рис 1. Автор и его книга «Электронные лампы в аудиоустройствах», 2004
Рис 1. Автор и его книга «Электронные лампы в аудиоустройствах», 2004

Кратко о лампах

Газоразрядная лампа - это трубка, где катоды - цифры, символы и т.д. Анод обычно являются металлической сеткой. (Несмотря на использование слов "анод" и "катод", это не диод. Катод соединён с отрицательно заряженным источником, а анод - с положительно заряженным. Любой электрод может быть анодом или катодом, с некоторым отступлением).

Материал электродов - сталь. В 1963 году профессор Вислав Барвиц [1] попытался использовать сплав, названный "константан". К сожалению, это не было хорошей идеей, потому что у ламп было короткое время жизни. Распыление металла было очень сильным. Именно поэтому профессор Барвиц начал использовать нержавеющую сталь “OH18N9 Baildon” (без углерода, 18% Cr, 9% Ni). Изготовление эстетичной формы цифр и символов может быть выполнено с использованием фотолитографических методов гравировки - подобно изготовлению монтажных плат. Именно поэтому символы в стандартной лампе так привлекательно выглядят. В обычной лампе электроды изолированы алюмооксидной керамикой (оксид алюминия Al2O3) или, в некоторых случаях, слюдой.

Провода источника - медные, заключенные в стеклянную колбу или оболочку. На сегодняшний день нельзя выплавить стеклянную оболочку к стеклянной колбе в моей лаборатории, даже имея фабрично изготовленную оболочку - рис. 2. Это невозможно, потому что необходимо иметь чистый азот или аргон с элементами графита.

Рис. 2. Заводская стеклянная оболочка (8 шпилек для восьмеричной лампы)
Рис. 2. Заводская стеклянная оболочка (8 шпилек для восьмеричной лампы)

Именно поэтому я использую стеклянную оболочку собственного изготовления - рис. 4. Это самая большая проблема - выплавление стеклянной оболочки для колб, но, к счастью, это возможно.

Оптимальный состав рабочих газов для ламп - приблизительно от 99 до 99.9 % неона и от 1 до 0.1% аргона (согласно Барвицу). Небольшое количество аргона понижает напряжение разряда.

Оптимальное давление для ламп - приблизительно 30 торр (это - 1/25 нормального атмосферного давления), но это зависит от расстояния между катодами и анодом. Слишком высокое давление не очень хорошо, потому что напряжение разряда быстро возрастает (и сила тока также). Слишком низкое давление тоже не хорошо. В действительности напряжение разряда становится выше и выше, в то время как сила тока разряда снижается. Также нужно обратить внимание на распыление, потому что высокая энергия иона должна означать свободный путь ионов в более низком давлении. Распыление может повлечь за собой гораздо более короткое время жизни. Кроме того, при таких условиях свечение является большим и рассеянным.

Существуют кривые Пашена, которые описывают напряжение разряда в зависимости от давления и расстояния между электродами (p*d) для известного состава газов - рис. 3. Возможно найти такое значение p*d, для которого напряжение разряда достигает минимума. Однако, оптимальное значение p*d в лампах ниже. В действительности разряд между проводами источника невозможен, в то же время возможен для символов или цифр.

Напряжение разряда

Зависимость от давления и расстояния между электродами.

Рис. 3. Кривые Пашена. Чёрная кривая - для чистого неона, красная кривая - для 99% неона и 1% аргона.
Рис. 3. Кривые Пашена. Чёрная кривая - для чистого неона, красная кривая - для 99% неона и 1% аргона.

Лампа LC1D

Моя лампа очень плоха по сравнению с заводскими аналогами. Ваша правда: моя кухня очень далека от профессионального изготовления. LC1D имеет 3 символа: "0", "1" и "2" - см. спецификацию. Сложно сделать лампу с большим количеством символов, потому что очень трудно изготовить металло-стеклянные штампы (вакуумплотный соединитель!). Я могу сделать подобный вакуумплотный соединитель как в лампочках, но с четырьмя проводами от источника.


Рис. 4. Стеклянно-металлический соединитель для проводов

Поверьте мне, это очень сложно. Очень часто штамп ломается во время охлаждения. Нижняя часть соединителя расширяется - такая форма необходима для того, чтобы выплавить соединитель со стеклянной колбой. Легко сделать ошибку во время этого процесса.

Я не могу использовать фотолитографический метод в подготовке электродов. Вместо этого я использую цинковые, покрытые сталью провода. Я растворяю металлическое покрытие цинка в азотной кислоте, а затем очищаю в воде, чтобы удалить всю кислоту и осадок. Сухие провода готовы для того, чтобы сделать символы и "змеевидный анод".

Рис. 5. Электроды
Рис. 5. Электроды

Следующий шаг - соединение цифр, чтобы сформировать стопку, используя капельку стекла - рис. 6. В обычной лампе это реализуется с помощью предварительно изготовленной алюмооксидной керамики. Изоляция стекла необходима для того, чтобы предотвратить пламя на проводе в месте, где он приближается к штампу.

Рис. 6. Комплект электродов
Рис. 6. Комплект электродов

Для стеклянных колб я использовал простую стеклянную трубку (внешний диаметр - 17 мм). Я уже говорил ранее, что выплавка стеклянной колбы с оболочкой очень трудна. Я пробовал сделать восемь ламп, но только одна мне удалась.

Очень важно иметь хороший вакуум в лампе до заполнения ее рабочим газом. Рекомендуется иметь по крайней мере 10-4 торр. В январе 2006 года у меня был только роторный насос, который дает 10-2 торр. Фактически у меня был высокий вакуум - 10-6 торр или выше из-за использования масляного насоса. Если вакуум достаточно хорош, то можно заполнять газом.

Можно использовать чистый неон или смесь неона и аргона. У меня есть чистый неон, именно поэтому лампа начала работать, когда напряжение было приблизительно 430 В. По правде говоря, так произошло потому, что мой вакуум был неважным, когда я использовал роторный насос. В действительности у меня была смесь неона и воздуха.

После 600 часов моя лампа загоралась, когда напряжение было около 280 В или даже меньше. Это происходит, потому что распыление материала электрода может поглотить некоторое количество газов (кислород, азот).

Во время экспериментов я потерял много неона, потому что пробовал различные рабочие давления, чтобы получить низкое напряжение разряда и хорошее свечение. Поскольку неоновая газовая смесь очень дорога (приблизительно 100$ за 2 литра, бутылки на 700 торр - таким образом, получается 1400 торр-литров 25% Ar и 75% Ne смеси).

Рис. 7. Стеклянная бытылка с неоном
Рис. 7. Стеклянная бытылка с неоном

Я должен был остановить эксперименты, чтобы сохранить немного оставшегося чистого неона. Чтобы начать следующие эксперименты, я буду искать клапаны получше.

Лампа отработала 700 часов и все еще работает! Вы можете видеть некоторую степень распыления (коричневое стекло), но это не очень большая проблема.

Я забыл сказать, что пытался сделать лампы проще.

Рис. 9. Другие лампы, изготовленные на моей домашней ламповой фабрике.