輝光放電管，亦稱“冷陰極離子管”或“冷陰極充氣管”，是一種利用氣體輝光放電原理而工作的離子管，在電子電路中指示、穩(wěn)壓等作用。
簡(jiǎn)介
在工作時(shí)，管內(nèi)產(chǎn)生明顯的輝光。輝光的顏色決定于管內(nèi)所充氣體的成分，如顯紅色，顯淺紫色，汞顯淡藍(lán)色，氦顯粉紅色等。常見(jiàn)的輝光放電管有氖管、穩(wěn)壓管等。
特征
低壓氣體中顯示輝光的氣體放電現(xiàn)象。在置有板狀電極的玻璃管內(nèi) 充入低壓（約幾毫米汞柱）氣體或蒸氣，當(dāng)兩極間電壓較高（約1000伏）時(shí)，稀薄氣體中的殘余正離子在電場(chǎng)中加速，有足夠的動(dòng)能轟擊陰極，產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射過(guò)程產(chǎn)生更多的帶電粒子，使氣體導(dǎo)電。輝光放電的特征是電流較?。s幾毫安），溫度不高，故電管內(nèi)有特殊的亮區(qū)和暗區(qū)，呈現(xiàn)瑰麗的發(fā)光現(xiàn)象。
原理
輝光放電時(shí)，在放電管兩極電場(chǎng)的作用下，電子和正離子分別向陽(yáng)極、陰極運(yùn)動(dòng)，并堆積在兩極附近形成空間電荷區(qū)。因正離子的漂移速度遠(yuǎn)小于電子，故正離子空間電荷區(qū)的電荷密度比電子空間電荷區(qū)大得多，使得整個(gè)極間電壓幾乎全部集中在陰極附近的狹窄區(qū)域內(nèi)。這是輝光放電的顯著特征，而且在正常輝光放電時(shí)，兩極間電壓不隨電流變化。在陰極附近，二次電子發(fā)射產(chǎn)生的電子在較短距離內(nèi)尚未得到足夠的能使氣體分子電離或激發(fā)的動(dòng)能，所以緊接陰極的區(qū)域不發(fā)光。而在陰極輝區(qū)，電子已獲得足夠的能量碰撞氣體分子，使之電離或激發(fā)發(fā)光。其余暗區(qū)和輝區(qū)的形成也主要取決于電子到達(dá)該區(qū)的動(dòng)能以及氣體的壓強(qiáng)（電子與氣體分子的非彈性碰撞會(huì)失去動(dòng)能）。
研究與實(shí)現(xiàn)
為了開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的電子黑板，采用了以輝光放電管作為電子黑板像素并以電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制書(shū)寫(xiě)和擦除的方法；做了利用高壓靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)一定電壓下的輝光放電管進(jìn)行控制，使其在“亮一滅”雙穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，輝光放電管及其控制方式可應(yīng)用于電子黑板。由此開(kāi)發(fā)了一種以輝光放電管為像素點(diǎn)陣的新型電子黑板，該電子黑板具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、顯示效果好的特點(diǎn)。
傳統(tǒng)黑板限于技術(shù)水平已經(jīng)沿用多年，隨著科技的不斷發(fā)展，電子黑板也在不斷研究，并取得了較大進(jìn)展，但是，普遍存在成本高、使用不方便等問(wèn)題。因此，試圖開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)、可靠、環(huán)保和實(shí)用的電子黑板。根據(jù)當(dāng)輝光放電管的電壓在其點(diǎn)燃電壓和熄滅電壓之間時(shí)，同時(shí)具有能自主發(fā)光和能存儲(chǔ)“亮一滅”雙穩(wěn)態(tài)的這兩個(gè)特性，提出了一種采用輝光放電管點(diǎn)陣屏及獨(dú)特的控制方式的電子黑板。
黑板原理
電子黑板的核心為由輝光放電管組成的點(diǎn)陣屏。充滿稀有氣體的輝光放電管內(nèi)含有兩個(gè)電極，兩個(gè)電極接上電源后，電極之間存在電場(chǎng)。當(dāng)電源電壓高于點(diǎn)燃電壓即電極之間的電場(chǎng)大于電離電場(chǎng)時(shí)，稀有氣體原子被電離，空間中形成大量的電子和離子，大量的粒子被電場(chǎng)加速，碰撞激發(fā)中性氣體原子發(fā)出可見(jiàn)光或紫外光；氣體一旦被電離，隨著電壓下降，輝光放電逐漸減弱，但電場(chǎng)降到小于電離電場(chǎng)時(shí)，輝光放電仍然能維持；當(dāng)電壓降到低于熄滅電壓即電場(chǎng)小于消電離電場(chǎng)時(shí)，輝光放電才終止。根據(jù)以上特點(diǎn)，可以對(duì)輝光放電管進(jìn)行控制，使其在“一亮一滅”雙穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)變。具體做法是：保持輝光放電管電源電壓值小于點(diǎn)燃電壓且略大于熄滅電壓，此時(shí)由電源電壓產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)略大于消電離電場(chǎng)且小于電離電場(chǎng)，輝光放電管不會(huì)發(fā)光，即輝光放電管穩(wěn)定于“滅”穩(wěn)態(tài)；若外加一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)與電源產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)同向疊加，使合電場(chǎng)大于氣體的電離電場(chǎng)，可以使氣體被電離發(fā)光，即輝光放電管由“滅”穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為“亮”穩(wěn)態(tài)；強(qiáng)電場(chǎng)撤去后，由于電源電壓產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)大于消電離電場(chǎng)，因此輝光放電仍然能維持，即輝光放電管穩(wěn)定于“亮”穩(wěn)態(tài)；若外加一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)與電源產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)反向疊加，使合電場(chǎng)小于氣體的消電離電場(chǎng)，或外加垂直于放電等離子體的磁場(chǎng)，使等離子體受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)拉長(zhǎng)而不能被電源產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)持，輝光放電停止，即輝光放電管由“亮”穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為“滅”穩(wěn)態(tài)。
應(yīng)用前景
輝光放電管問(wèn)世已經(jīng)多年，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，但往往僅利用輝光放電管能發(fā)光這一特性。本文描述的輝光放電電子黑板利用輝光放電管在點(diǎn)燃電壓和熄滅電壓之間同時(shí)具有能發(fā)光和能存儲(chǔ)“亮一滅”雙穩(wěn)態(tài)這兩個(gè)特性，用外部靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制，使電子黑板的發(fā)光部件和控制部件集輝光放電管于一體，使單個(gè)像素既能自主發(fā)光又能存儲(chǔ)“亮一滅”雙穩(wěn)態(tài)，從而大大簡(jiǎn)化了電子黑板的結(jié)構(gòu)。該電子黑板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是適合要求手寫(xiě)的大面積電子屏，特別是像素能發(fā)光無(wú)需背光和照明，在有些場(chǎng)所有較大優(yōu)勢(shì)。該裝置除可用作教學(xué)會(huì)議用電子黑板外，還可以作為公共場(chǎng)所的手寫(xiě)信息公示牌，需及時(shí)更新信息的廣告牌等。
參考資料 >
輝蛾賢(Nixie tube)，巨蜘做紀(jì)杖羅茬奔誨.知乎專欄.2024-09-21
輝光放電管.捷配電子市場(chǎng).2024-09-21
輝光放電.知乎專欄.2025-11-23