霓虹燈珠可以做光線傳感器？

“小時(shí)候每次逢年過(guò)節(jié)，都纏著父母去南京路、淮海路看燈，長(zhǎng)大了才知道，這些五顏六色、一閃一閃的燈叫霓虹燈。雖然隨著 LED 的普及霓虹燈漸漸被替代，但其特質(zhì)及獨(dú)有的電氣屬性仍然值得玩味。”

如果您去過(guò)20年前的香港，一定會(huì)對(duì)街邊五彩繽紛的招牌記憶猶新：明亮但卻柔和，能夠穿透夜色的迷霧，讓人愿意久久凝視。但如今再去，好像找不到以前那種感覺了。您的直覺是沒(méi)錯(cuò)的，因?yàn)槟藓鐭粽桓?jié)能、廉價(jià)但卻棱角分明的 LED 等取代：

今天我們復(fù)古一把，來(lái)探究下霓虹燈的有趣特性。 國(guó)內(nèi)的在線商城已經(jīng)很難買到單顆的霓虹燈珠了（燈帶還有，但也逐漸被 LED 燈帶取代）。但我們?nèi)匀豢梢栽?Digikey 上買到這些古老的物料：

看一下 VCC 的某個(gè)數(shù)據(jù)手冊(cè)，大概了解下霓虹燈珠的特性：

和 LED 等最明顯的區(qū)別就是工作電壓了，霓虹燈一般都需要 60~90 V擊穿電壓才能工作，這和常用 LED 5V 以下的工作電壓完全不是一個(gè)量級(jí)的。所以 PCB 上的指示燈，肯定不會(huì)用霓虹燈珠。

霓虹燈的特性

霓虹燈是小型氣體放電管（通常是氖氣），具有相當(dāng)有趣的電氣特性。在達(dá)到某個(gè)電壓(擊穿電壓,大多數(shù)約為90V)之前，燈幾乎不導(dǎo)通。一旦達(dá)到擊穿電壓，燈內(nèi)的氣體電離，使電流更容易流動(dòng)。如果保持在擊穿電壓，燈珠會(huì)產(chǎn)生電弧并很快過(guò)熱。霓虹燈需要驅(qū)動(dòng)電路來(lái)避免這種情況，對(duì)于小型低功率指示燈來(lái)說(shuō)，這可以簡(jiǎn)單到只需要一個(gè)電阻。

電阻限制通過(guò)燈泡的電流，在霓虹氣體電離并開始導(dǎo)電時(shí)降低電壓。這就是大多數(shù)市電供電設(shè)備中霓虹燈的工作原理，直接使用 110-240V 交流電加一個(gè)電阻。

這個(gè)電路（如果使用直流）可以通過(guò)添加一個(gè)電容輕松實(shí)現(xiàn)振蕩，產(chǎn)生閃爍的光。這是因?yàn)槟藓鐭艟哂袦筇匦?，它們?huì)在比點(diǎn)亮所需電壓低得多的電壓下（通常約50V）維持點(diǎn)亮的狀態(tài)。

如果電路稍微復(fù)雜一點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)順序點(diǎn)亮的效果（需要找?guī)讉€(gè)擊穿電壓接近的燈珠）：

用霓虹燈作為有源元件，甚至可以制作更復(fù)雜的配置，如計(jì)數(shù)器、鎖存器和完整的計(jì)算器。

霓虹燈的“暗效應(yīng)”

霓虹燈的另一個(gè)有趣特性是“暗效應(yīng)”。當(dāng)霓虹燈處于黑暗中時(shí)，其擊穿電壓會(huì)比在明亮環(huán)境中高。如果在黑暗中將電壓調(diào)整到合適水平，然后用光照射氖燈，它就會(huì)亮起來(lái)。

霓虹燈做光線傳感器？

光對(duì)霓虹燈有一個(gè)非常有趣的效應(yīng)：在非常低的電壓下（低于10伏），光可以使霓虹燈略微導(dǎo)電（在9伏時(shí)電流小于一納安）。這種電流很難直接測(cè)量，但可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的放大器來(lái)檢測(cè)，該放大器由3個(gè)2N3904晶體管構(gòu)成：

照射到霓虹燈上的光越多，通過(guò) R1 的電流就越大，TP1 處的電壓就越高。 這個(gè)電路對(duì)電磁干擾非常敏感，因此電路尺寸應(yīng)盡可能小，并將示波器設(shè)置為平均電壓模式（通常稱為高分辨率模式）。你也可以在R1串聯(lián)一個(gè)電流表（電流約為40 0μA，所以盡量使用量程在1mA左右的電表）。如果你沒(méi)有模擬電表，也可以在R1串聯(lián)一個(gè)200nF電容。 霓虹燈的一個(gè)有趣特點(diǎn)是，在移除光源后需要一定時(shí)間（約500ms）才能停止導(dǎo)電。

霓虹燈并不是特別好的光線傳感器，信號(hào)電平極低且響應(yīng)時(shí)間差，但它們確實(shí)能夠檢測(cè)光線，即使在很低電壓下運(yùn)行時(shí)也是如此。

霓虹燈 VS LED 最后，我們來(lái)簡(jiǎn)單對(duì)比下霓虹燈與 LED 等：

這就是為什么現(xiàn)代電子設(shè)備多采用 LED 作為指示燈，而霓虹燈主要用于特殊場(chǎng)合或復(fù)古設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)： https://10maurycy10.github.io/misc/neon-light-sensor/ 本文遵循 Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

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