8.3.3.1　电光源的分类

光源根据发光的原理不同，可以大致分成3种方式，即热辐射发光、气体放电发光和场致发光。在照明设计中，与之对应的有3种不同光源发光原理的工作原理，可分为3大类：

（1）第一类为热辐射光源。物体被加热而发光，包括燃烧发光。主要有白炽灯和卤钨灯。

（2）第二类为气体放电发光。放电是在电场作用下，载流子在气体（或蒸气）中产生和运动，而使电流通过气体（或蒸气）的过程。这个过程导致光的发射，可作为光源，即放电光源。这种光源具有发光效率高、使用寿命长等特点，很有发展前途。

按放电形式可分为：

1）弧光放电灯。是由弧光放电产生光，进一步细分为低压放电光源和高压放电光源。前者主要有荧光灯和低压钠灯，后者主要有高压汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯。

2）辉光放电灯。这种灯由辉光放电产生光。放电要有阳极和阴极。放电时，阴极温度不高，但要有足够的电子发射，又叫冷阴极灯。主要有霓虹灯和气灯。

（3）第三类为场致发光和激光，主要指LED 光源和激光。

场致发光是将电能直接转换为光能的发光现象，由于场致发光是在电场激发下产生的，通常将场致发光称为电致发光。

8.3.3.2　常见电光源

常见的电光源如下。

1.白炽灯

（1）白炽灯的构造。白炽灯的构造如图8.34所示，它主要由玻璃壳、灯丝、玻璃支架、引线和灯头（卡扣、螺口）组成。灯丝一般都用钨丝制成。

（2）白炽灯的工作原理。白炽灯的发光原理就是当钨丝通过电流时，产生大量的热，使灯丝温度升高到白炽的程度而发光。

（3）白炽灯的特点。白炽灯具有显色性好，结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，无频闪现象，可调光，可在任意位置点燃，价格便宜等特点。因其极大部分辐射为红外线，故光效最低；由于灯丝的蒸发很快，所以寿命也较短，一般白炽灯的平均寿命为1000h。

白炽灯丝亮度很高，这样的亮度能够造成眩光。为了减少灯泡的表面亮度，有些灯泡其玻璃壳用磨砂玻璃或乳白玻璃制造。

（4）白炽灯的应用。白炽灯使用时受环境影响很小，因而应用很广泛，通常用于日常生活照明、工矿企业照明、剧场、宾馆、商店、酒吧等地方，特别是在需要直射光束的场合。

2.卤钨灯

卤钨灯除在灯泡内充入惰性气体外还充入有少量的卤族元素（氟、氯、溴、碘），这样对防止玻壳黑化具有较高的效能。

（1）卤钨灯的结构。卤钨灯是由钨丝、充入卤素的玻璃泡和灯头等构成。卤钨灯有双端、单端之分，如图8.35所示为常见卤钨灯的结构示意图。

为了使管壁处生成的卤化物处于气态，管壁温度要比普通白炽灯高得多，相应地卤钨灯的玻壳尺寸就要小得多，温度也高得多，因而必须使用耐高温石英玻璃或高硅氧玻璃。

图8.34　白炽灯的构造示意图

1—卡扣；2—螺口；3—玻璃支架；4—引线；5—灯丝；6—玻璃壳

图8.35　卤钨灯

1—铝箔；2—支架；3—灯丝；4—石英玻璃罩；5—金属支架；6—排丝状灯丝；7—散热罩

（2）卤钨灯的工作原理。白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁，使灯泡射出的光通量愈来愈低。为了减缓这种进程，通常在灯泡内充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微量的卤素物质，利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨，因灯管内壁具有很高的温度而不能附着其上，通过扩散或对流到高温的灯丝附近又被分解为卤素和钨，其中钨吸附在灯丝表面，卤素又和蒸发出来的钨反应，防止管壁发黑。

灯管所充的卤素为碘或溴。溴比碘的化学性活泼，所以清洁管壁的效果更好。溴乃无色透明，故溴钨灯较碘钨灯的光效高，色温也有所提高。

（3）卤钨灯的特点。由于卤钨循环作用，而能防止管壁发黑，改进了灯的工作特性，使灯的光效比普通白炽灯有显著的提高（约为18～211m/W）。由于卤钨灯的充气压力比普通白炽灯高，所以寿命指数较低，并且容易受震动、冲击而产生机械断丝。显色性好，一般显色指数为Ra=97，色温为3000～3200K。

（4）卤钨灯的应用。由于卤钨灯与白炽灯相比，具有光效高、体积小、便于控制且具有良好的色温和显色性、寿命长、输出光通量稳定、输出功率大等优点，所以在各个照明领域中都具有广泛的应用，尤其是被广泛地应用在大面积照明与定向投影照明场合，如建筑工地施工照明，展厅、广场、舞台、影视照明和商店橱窗照明及较大区域的泛光照明等。

3.荧光灯(www.daowen.com)

荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。

荧光灯按其荧光粉的不同可分为：日光色（6500K），与微阴的天空光相似；白色（4500K）与日出2h后的太阳直射光相似；暖白色（3000K），与白炽灯光接近。按外形不同可分为直管形、环形和U 形。

（1）荧光灯的结构。常见的普通荧光灯是圆形截面的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。荧光灯接线的典型结构如图8.36所示。

图8.36　荧光灯结构图

1—电极；2—玻璃管；3—原子；4—磷层；5—汞蒸气

（2）荧光灯的工作原理。荧光灯有两种工作方式：

1）利用电感镇流器[图8.37（b）]。荧光灯接通电源时，启辉器 [图8.37（a）]内的双金属片产生辉光放电，玻璃泡内的温度骤然升高，同时双金属片因放电被加热膨胀而发热变形，当双金属片与固定触点接触时，电路被接通，玻管内的汞热气外加电压作用下产生弧光放电时发出大量的紫外线和少许的可见光，再靠紫外线激励涂覆在灯管内壁的荧光粉，从而发出可见光束，如图8.38（a）所示接线图。

图8.37　启辉器和镇流器

1—静触头；2—电容器；3—外壳；4—双金属片；5—玻璃壳内充惰性气体；6—电极；7—线圈；8—铁芯

图8.38　荧光灯接线图

2）利用电子镇流器。电子镇流器省略了启辉器。因为它在加电的瞬时依靠电容上的充放电，可以给灯管一个瞬时高电压（约千伏左右，使得灯管内的汞蒸气导通）。灯管导通后，又能利用电容和限流作用使得灯管不会过流。并且，它的电子整流电路有很高的效率，能够使灯管在高频下工作，不但消除了闪烁，也提高了功率因数及电压适应范围，如图8.38（b）所示接线图。

（3）荧光灯的特性。荧光灯具有结构简单、表面温度低、光效高、寿命长、显色性较好、价格便宜等特点，它的发光效率比白炽灯高3倍，寿命可达3000h。但是荧光灯在低温或者高温环境下启动困难，另外荧光灯由于有镇流器，功率因数较低，受电网电压影响很大，如果电网电压偏移太大，会影响光效和寿命，甚至不能启动。

（4）荧光灯的应用。荧光灯具有良好的显色性和光效，因此被广泛用于进行精细工作、照度要求高或进行长时间紧张视力工作的场所。

荧光灯的额定寿命是指每开关一次燃点3h而言。开关频繁时，使灯丝所涂发射物质很快耗尽，缩短了灯管的使用寿命，因此它不适宜用于开关频繁的场所。

4.高压汞灯

高压汞灯又名高压水银灯，它是靠高压汞蒸气放电而发光。这里所说的“高压”是指工作状态下的气体压力为1～5个Pa，以区别于一般低压荧光灯。与白炽灯相比，高压汞灯的优点是光效高、寿命长、省电、耐震。

（1）高压汞灯的构造。高压汞灯主要由灯头、石英密封电弧管和玻璃泡壳组成。高压汞灯的结构分外镇流高压汞灯和自镇流高压汞灯两种。自镇流高压汞灯的构造如图8.39所示。

（2）高压汞灯的工作原理。高压汞灯的放电管又细又短、只有人的手指大小、内装高压汞蒸气，放电管外面有一棉球形的荧光泡壳。通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。

（3）高压汞灯的特性。高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等优点，其有效寿命可达5000h，如果开关频繁则寿命缩短，但是存在尺寸较大、显色性差、不能瞬间点燃、受电压波动影响大等缺点。高压汞灯的光色为淡蓝-绿色，缺乏红色成分。

图8.39　自镇流高压汞灯的结构

（4）高压汞灯的应用。高压汞灯启动时间较长，不宜于作室内照明光源，也不能单独作为事故照明光源。多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外照明。

5.其他常用灯

（1）氙灯。氙灯也是一种弧光放电灯。它具有功率大、光色好、体积小、亮度高、启动方便等优点，被称为“小太阳”。

氙气灯指内部充满包括氙气在内的惰性气体混合体，没有卤素灯所具有的灯丝的高压气体放电灯，简称HID 氙气灯，可称为重金属灯或氙气灯，其发光原理是通过启动器和电子镇流器，在两个电极之间形成电弧并发光。氙气灯的发光原理是在抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部分为氙气与碘化物等，利用精密的镇流器瞬间产生交流23kV 以上高压电，经过高压振幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。由氙气所产生的白色超强电弧光，可提高光线色温值，类似白昼的太阳光芒，HID 工作时所需的电流量仅为3.5A，亮度是传统卤素灯泡的3倍，使用寿命比传统卤素灯泡长10倍。

氙气灯的英文简称是HID 气体放电灯，其最早应用于航空运输上。市面上应用比较广泛的氙气灯有两个类目，一个是汽车照明，另一个是摩托照明。氙气灯由于技术含量较高，所以其价格比普通的卤素灯和白炽灯都高。

（2）LED 灯。LED 的心脏是一块半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，另一端连接到电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在其中空穴占主导地位；另一部分是N 型半导体，主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N 结的材料决定的。

最初LED 用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。LED 在建筑室内也越来越普及。汽车信号灯也是LED 光源应用的重要领域，由于LED 响应速度快，可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。另外，LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。