电光源原理考试复习

1、电光源原理课程练习习题一、选择题（占12分）白炽灯和卤钨灯均为热光源，均利用红外辐射能量来提高光效，但采用的反 射膜不同，是因为（A ）。白炽灯工作温度较低，而卤钨灯工作温度较高；白炽灯工作温度较高，而卤钨灯工作温度较低；采用介质一金属一介质反射膜可达到要求；采用多层介质干涉反射膜可达到要求。低压钠灯和低压汞灯均具有典型的低气压蒸气放电特性，但在工作的共振谱 线上，波长和条数均不同，表现在（B ）。Na是发黄光、双线，Hg是发蓝光、单线；Na是发黄光、双线，Hg是发紫光、单线；Na是发红光、双线，Hg是发紫光、单线；Na是发黄光、单线，Hg是发蓝绿光、双线。下面的灯中，什么灯的光效最高？（ D

2、 ）A.高压汞灯B.高压钠灯C.超高压汞灯D.金卤灯什么光源具有光效高，且在寿命期间色温稳定性能最好，即光通维持性能非 常优秀？（ D ）A.钠灯B.汞灯C.金卤灯D.陶瓷金卤灯带电粒子与气体发生碰撞的有效碰撞截面物理意义是（A ）。A.碰撞几率；B.碰撞能量；C.碰撞边界；D.碰撞时损失的能量。辉光放电和弧光放电中，正柱区的发光较明亮且最均匀，电场强度是常数， 但相对前者，后者（B ）。A.更大；B.更小；C.不一定；D.相等。 一般的霓虹灯的放电是处在（）放电阶段，用于照明的气体放电灯大多数是属于（）放电。选（A ）A.辉光、弧光；B.弓瓜光、辉光；C.辉光、辉光；D.弓瓜光、弧光。什么光

3、源具有高亮度、轻量化、体积小，并且可以成为真正的点光源？（D ）。A.Hid光源；B.白炽灯；C.陶瓷金卤灯；D.UHP光源 在多数的气体放电光源中，放电主要在弧光区域，具有（）的伏安特性，所以工作时（）。选（D ）A.正，不必镇流器；B.正，需要镇流器；C.负，不必镇流器；D.负，需要镇流器。在设计气体放电光源的结构和尺寸时，经常以获取（B ）为第一标准条 件而考虑。A.最好的光色；B.最高的光效；C.最长的寿命；D.最大的光通。 在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物这些卤钨循环剂中，（）既可以 起到消气作用又可以减轻冷端腐蚀的循环剂？（）可以抑制甚至消除灯丝的热 点问题？选（C

4、 ）A. CH3Br、PBr3；B.氟化物、PBr3；C. PBr3、氟化物；D. CH3Br、氟化物。下面的灯中，什么灯的光效最低？（ B ）A.荧光高压汞灯B.自镇流高压汞灯C.超高压汞灯D.低压汞灯哪种光源可以充入汞以提高电弧管工作时的轴心温度而提高光效？ （ A ）A.高压钠灯B.低压钠灯C.金卤灯D.陶瓷金卤灯辉光放电和弧光放电中，正柱区的发光较明亮且最均匀，是因为该区域的电 场强度大小是（C ）。A.均匀变化；B.线性变化；C.常数；D.很大二、名词解释。1 .带电粒子在气体中的双极性扩散运动。同时有两种符号的带电粒子的扩散运动所引起的总运动（由于存在浓度梯度，电子与离子向壁管壁扩

5、散，且电子扩散系数比离子扩散 系数大得多，所以轴心处有较多的正电荷，而管壁处有较多的负电荷，形成了一个 径向电场，该电场作用于电子和离子，使它们产生不同方向的迁移运动，由于这样 的迁移运动和叠加运动而形成.）光源的色温。当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的这个 温度称为光源的颜色温度，简称色温.辐射体的分布温度。在一定谱段范围内光源光谱亮度曲线（光谱能量分布）和黑体的光谱辐亮度曲 线（光谱能量分布）成比例或近似成比例时的黑体温度。气体放电中的潘宁效应。原子A的亚稳电位(Vm)高于原子B的电离电位(V.),受激原子A与基态原子B作 用后，使基态原子B电离而原子A能级降

6、低甚至返回基态.A* + B A + B+ + e弧光放电的阴极光斑。孤光放电时，阴极电子的发射很有效，只要很小的发射面积就产生很大的电流， 因此，发射电子部分温度很高，电场最强，成功函数最低,放电时，在阴极的这种部位 形成一个极亮的斑点.6 .阴极电子的正离子轰击发射。在阴极发出一个电子，这个电子在到达阳极的过程中共产生 次的电离碰撞,因而产生同样数目的正离子.这些离子打上阴极后产生个二次电子，而这些二次电子的数目仍为1.这就是说，一个电子自阴极逸出后所产生 的各种直接和间接的过程将使阴极在发射一个电子.卤钨灯的卤钨循环。在某种温度下，灯丝蒸发的车乌在泡壁区与卤素反应形成卤钙化合物，卤钙化

7、合物扩散到较热的灯丝处因高温分解成卤素和车乌，分解的乌回到灯丝上，卤素再 继续扩散到管壁，与乌化合成卤乌化合物，重复前面的循环，这一过程称为卤乌 循环。带电粒子在气体中的迁移运动。在电场E的作用下,有一个沿电场方向或反方向的定向运动叠加到带电粒子 的不规则热运动，导致带电粒子沿某方向的运动.光源的显色性。光源的光照射到物体上所产生的客观效果.如果各色物体受照的效果和标准光 源照射时一样，则认为该光源的显色性好，反之，如果物体在受照后颜色失真，则该 光源的显色性就差.金属钠灯中的钠耗空效应。钠原子主要在管轴心处被激发和电离，由于双极性扩散，钠离子和电子向管 壁扩散，在管壁上形成中性钠原子，在电流

8、密度较高时，钠离子的径向抽运效应 比中性钠原子从管壁向轴心的扩散速率要高，因此随着电流的增加，轴心处的钠 原子浓度逐渐减小，当达到某一电流值时，钠原子将耗尽，这种现象称为钠耗空 效应 (氩清除效应)：钠灯中也要充入一定量的启动气体氖气和氩气，在放电 时，氖原子被激发，激发的氖原子和氩原子碰撞，使氩原子电离。当灯管中的氩 离子扩散到管壁时，会被抗钠玻璃吸附，造成氩气成分减少，产生氩清除效应。辉光放电中的阴极溅射。在克鲁克斯区，电子碰撞气体电离，正离子在阴极位降(阴极区的电位差) 作用下轰击阴极，使阴极金属粒子从阴极表面飞溅出来，沉积到阴极附近的零件和管壁上，造成阴极表面不断被侵蚀，变得不均匀，甚

9、至发黑等现象。高压弧光放电中的电弧绳化。在高气压弧光放电时，如果电流较大，会发生电弧等离子体收缩的现象，即 电弧绳化现象。原因是由于靠近灯管轴处的气体温度较高，自由程较大，电子能 量较大，所以电离几率较大，且消电离较小。金卤灯的金卤循环.在管壁的工作温度下，金属卤化物大量蒸发，并扩散到管中心，在电弧的高温下, 金属卤化物分子分解成金属原子和卤素原子，金属原子参与放电，卤素原子又扩散 到管壁上与金属原子化合.重复上述过程，形成循环.三、简答题。（占45分）怎样提高荧光灯的光效？在白炽灯、卤钨灯、金卤灯、低压钠灯、高压钠灯、 低压汞灯、高压汞灯、白色LED、LED中哪些灯往往使用了荧光粉？1、做成

10、紧凑型和高功率型荧光灯；2、在灯管的内表面和荧光粉层之间涂一层保护膜，降低光衰；3、充入惰性气体；4、 控制灯内的汞蒸气。（提高水银荧光灯的光效:升高汞的蒸气压;用适当的荧 光粉将253.7nm和365.0nm等紫外线转变成所需要的可见光.）使用荧光粉有： 低压汞灯、高压汞灯、白色LED为什么高压汞灯熄灭后不能立即启动？因为灯熄灭后，内部还保持着较高的汞蒸气压，此时电子的自由程很短，在原 来的电压下，电子不能积累足够的能量来电离气体。 如果这时要灯再启动，就 需要几千伏电压。但当放电管冷却至约400C以下时，所需的启动电压就迅速下 降。约200C时，灯在电源电压下就可再启动。冷却所需的时间通常

11、为3-6min。简述气体放电中的巴刑定律内容。如果两平板电极之间的距离为d，压强为p，则在气体成分和电极材料一定、 气体温度不变和冷电极的条件下，着火电压Vz是乘积pd的函数；并且改变pd 时，Vz有一最低值，这就是巴刑定律。低压汞灯为什么要充入惰性气体？还有哪些灯（已经学过的）需要这么作的？（1）充入惰性气体，使电子的平均自由程大为缩短增加了电子和汞原子碰撞并 使之激发电离的机会，减少了电子与管壁碰撞造成的损失，有助于提高光效.（2） 潘宁效应有助于汞灯的启动。充惰气的灯还有:白炽灯、卤钙灯、金卤 灯、高压汞灯、超高压汞灯、低压钠灯、高压钠灯在白炽灯、卤钨灯、金卤灯、低压钠灯、高压钠灯、低压

12、汞灯、高压汞灯、 白色LED、LED中哪些灯往往使用了汞？有的高压钠灯为什么需要充入一些 汞？使用汞的：金卤灯、高压钠灯、低压汞灯、高压汞灯 高压钠灯添加汞的原因：（1）高压钠灯的颜色和光效是由钠蒸气压和电场强度所决定的。在灯内添加汞， 减小了电子迁移率，使灯的电场强度提高，从而提高光效。（2）充入汞后，可以减少热导率，即减少电弧的热损耗；还可以减少电子和离 子扩散造成的损失，这样电弧的温度可以提高，使辐射的功率增加。怎样提高高压汞灯的光色？提高工作气压，选择适当的荧光粉LED是一种什么样的光源？简述LED的发光原理或者发光本质。LED属于半导体PN结注入式电致发光光源，在半导体PN结加正向偏

13、压时产生 的电子、空穴注入式复合发光。LED发光原理：在N区导带底附近浅施主能级电离，向导带提供大量电子，在 P区，浅受主能级电离，向导带提供大量空穴。在PN结加正向电压时，PN结 势垒降低，N区的电子注入到P区，P区的空穴注入到N区，注入的电子和空 穴在PN结附近发生复合，并将多余的能量以光的形式释放出来，从而PN结发 光。金属卤化物灯的金卤循环是如何进行的？真正工作的是什么物质？在管壁的工作温度下，金属卤化物大量蒸发，因浓度梯度而向高温的电弧中心 扩散，在电弧中心的高温区域，金属卤化物分解为金属和卤素原子，金属原子参 与放电并产生辐射，由于电弧中心金属原子和卤素原子的浓度较高，因此它们又

14、向着管壁扩散，在管壁低温区又重新合成金属卤化物，就这样循环下去。真正的 工作物质是金属。比较钨的分布温度和真实温度，并说明原因。分布温度Td真实温度T.因为钙在可见光的光谱发射率 （入，T）大于红外 区，并且随着可见光的蓝色部分推移。 （入，T）又是连续减少的，使钙比 其工作温度高的黑体有相似的可见光谱的能量分布和颜色。故TdT。为什么高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间？即简单说明高压汞灯的工 作过程和原理。在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氩气放电。这时灯管电压很低，放 电电流很大。低压放电时产生的热量，使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压、 灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐步向

15、高气压放电过渡。当汞全部蒸发 后，管压开始稳定，成为稳定的高压汞蒸气放电。所以，高压汞灯从启动到正常 工作需要一段时间，通常为410min。简述气体放电中的汤生放电理论。在气体放电的着火点，电流突然迅速增加，而管压降几乎无变化的现象称为汤生 放电现象。它满足公式，Y为一个正粒子轰击阴极所能激发出的 电子数目，d为阴阳极之间的距离，a为单位路程中发生碰撞的平均次数。它说 明了阴极激发出的一个电子，经过各种经历，最终只在阴极换取一个电子。自持 放电就能自我维持。13.简述汞在金卤灯中的作用。（1）缓冲循环过程中产生的能量损失，提高光效；（2）降低电子迁移率，提高电场强度和管压，改善灯的电特性；（3

16、）可以有利于灯的启动，因为启动时汞蒸气压小，将多余的卤素原子化合成卤化汞。简述白色LED的发光原理或者发光本质。（1）混色方式。通过在一个显示单元上集合红、绿、蓝光的三种LED灯并通过各自调整其强度等参数来发出白光。（2）参杂荧光粉方式。在单色LED上覆盖荧光粉，通过发光激发荧光粉从而 发出可见光谱段的白光.无论是PC LED或者MC LED都是通过将半导体发光材 料或者荧光粉材料发射的相对窄的谱线叠加来得到白光.在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物这些卤钨循环剂中，谁是既可以起 到消气作用又可以减轻冷端腐蚀的循环剂？谁可以抑制甚至消除灯丝的热点问 题？简单说明用HBr作循环剂时的

17、漠钨循环过程。PBr3起到消气作用且减轻冷端腐蚀;氟化物可以抑制或消除灯丝热点问题; 漠车乌循环：在灯丝高温处，HBr分解成H2和Br，H2从泡壳部分渗透出去。分 解的Br与灯丝蒸发出来的乌在低温区化合成挥发性的漠化乌化合物，该化合物 扩散到灯丝的高温处分解成漠和乌，乌部分回到灯丝上，漠扩散到泡壁低温区与 乌进行化合，重复前面的过程，形成循环。四、计算说明程(占25分)1 一已知白炽灯中，在所充气体中鸨原子的扩散系数：D = 5.0 xlO5m：心平均寿命100。小时，稳定气体层直径力=6一 0HCT常灯丝有效直径df = l6部卡L = 4.0;10-:灯丝温度= 2770足求灯丝在整个寿命期由于浓度扩散引起的重量 J*/损失。44770解：2770k时鸨的蒸汽压：IgE = 12.81一Tf% = 447x10-4(=)鸨的浓度：队=岑=L17 X10沛(个原子/m2)kETf每秒由灯丝基发的鸨原子数2TTDnJf_ 一N4f = =6,78xl(p7(个原子)lnr df整个寿命蒸发的鸨原子数：6.78 X10loX 3600 X 1000=2.44 X 10l7(W).重量损失：Mk =膈。”:：明=o.075(mg)K 6.O2X1O20i 刀利用方程形式说明潘宁效应在高压钠灯的电弧管中充入氖-氩混合气体可降低着火电压。在高压钠灯的电弧管中充