Электроды являются одним из основных конструктивных элементов подавляющего большинства разрядных ламп. Разрядные лампы имеют два основных электрода: катод и анод.
Главное назначение катода состоит в том, чтобы обеспечивать необходимое для поддержания разряда поступление электронов из катода в разрядный промежуток. Анод является приемником электронов, поступающих из разрядного промежутка в цепь.
Явления на катоде и в прикатодных частях разряда играют решающую роль для поддержания разряда. Они в значительной мере определяют форму разряда, его эффективность и срок службы лампы. Характер явлений на катоде и в прикатодных частях разряда зависит главным образом от механизма эмиссии электронов из катода и условий ее поддержания при зажигании и горении разряда, т. е. от формы и условий разряда.
В источниках света в зависимости от формы разряда используют холодные катоды в тлеющем разряде и горячие катоды в дуговом разряде.
Применение холодных катодов тлеющего разряда оправдано только в лампах тлеющего разряда, работающих от высокого напряжения, в которых падение напряжения около катода составляет незначительную долю от полного падения напряжения на лампе, или в лампах, для которых вопросы экономичности не играют роли.
В подавляющем большинстве источников света дугового разряда используются горячие катоды, электронная эмиссия которых состоит главным образом из термоэмиссии, увеличенной за счет ускоряющего поля у поверхности катода.
Как известно, плотность тока термоэмиссии резко возрастает с ростом температуры поверхности катода Гк и с уменьшением работы выхода электронной цепи. В целях снижения работы выхода в лампах дугового разряда применяют, как правило, только активированные катоды.
В зависимости от условий разряда и свойств катода дуга в районе катода может принимать две резко различные формы: с так называемым катодным пятном и без него .
Нагрев катода в дуговом разряде до необходимой температуры может осуществляться либо от постороннего источника тока - катоды с независимым накалом, либо за счет энергии, выделяемой на электродах в процессе самого разряда - самокалящиеся электроды. В источниках света дугового разряда применяются главным образом самокалящиеся электроды.
Явления на аноде имеют меньшее значение для поддержания разряда, но они важны с точки зрения эффективности и долговечности работы электродов и лампы, поскольку тепловой режим анода определяет скорость испарения материала, а в лампах переменного тока - также и тепловой режим электрода в катодный полупериод, от которого зависят его эффективность и долговечность.
В лампах, работающих на переменном токе, а таких подавляющее большинство, электроды имеют, как правило, одинаковую конструкцию, поскольку каждый электрод попеременно с частотой питания становится то катодом, то анодом. При этом разработчикам приходится находить компромиссные конструктивные решения, обеспечивающие долговечную и по возможности оптимальную работу электродов и в качестве катода, и в качестве анода, причем как в рабочем, так и в пусковых режимах, несмотря на различие требований к каждому из этих режимов.
Исключительно важное значение для разработки эффективных и долговечных электродов имеют не только удачные конструктивные решения, но также и создание новых материалов и технологий. В этой связи следует отметить перспективные направления, основанные на создании так называемых спеченных (синтезированных) электродов, изготовляемых металлокерамическим методом, т. е. спеканием смеси порошков тугоплавких металлов с активирующими присадками, а также на применении полых электродов в дуговых разрядах как низкого, так и высокого давлений.
Одной из наиболее важных характеристик электродов является их температура, поскольку она в значительной мере определяет механизм эмиссии и тип разряда, а также интенсивность процессов, от которых зависит режим работы электрода и его долговечность. Температура электродов определяется из их теплового баланса, в который неотъемлемой составной частью входят процессы в приэлектродных частях разряда. Они же в значительной мере определяют перенос атомов вещества электродов в приэлектродных областях и, таким образом, долговечность работы электродов и ламп (настольные Бра Торшеры).
Как выбрать энергосберегающие, люминесцентные лампы