لامپ

چراغ الکتریکی یا لامپ یک نوع منبع روشنایی مصنوعی است که شامل یک منبع نوری و قطعات و تجهیزات مکانیکی و الکتریکی مثل حباب، اتصالات، به همراه مدارات راه انداز، مثل بالاست، خازن و … می‌شود که در یک شیشه قرار داده شده‌اند، و از آن‌ها جهت تبدیل انرژی الکتریکی به روشنایی کمک می‌گیرند.

انواع لامپ

امروزه لامپ‌های متفاوتی در بازار پیدا می‌شود که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند.

لامپ التهابی

لامپ رشته‌ای با رشته تنگستن پیچیده شده، در سال ۱۹۲۰ میلادی به بازار آمد. گاهی اوقات این لامپ با لامپ رشته کربنی که در ۱۸۹۰ معرفی شد اشتباه می‌گرفتند.
علاوه بر لامپ حبابی معمولی شامل انواع متنوعی مانند لامپ‌های کم توان و ولتاژ پایین نیز می‌شود که کاربرد زیادی داشته‌اند اما هم‌اکنون به صورت عمده با ال‌ئی‌دی‌ها جایگزین شده‌اند.

بعضی از کشورها رغبت زیادی به جایگزینی بعضی از انواع این لامپ‌ها نشان داده‌اند، مانند برنامه جایگزینی لامپ‌های رشته‌ای رایج در استرالیا تا سال ۲۰۱۰، چون این لامپ‌ها از لحاظ بازده تبدیل الکتریسیته مقرون به صرفه نیستند و کمتر از ۳٪ انرژی دریافتی شان به نور تبدیل می‌شود.
تقریباً یا به‌طور کلی، تمام انرژی برق دریافتی به گرمای بی استفاده تبدیل می‌شود که باعت گرمی هوا می‌گردد و باید توسط تهویه‌های مطبوع یا هواکش‌ها از ساختمان دفع شود که اغلب باعث اتلاف بیشتر انرژی برق می‌شود. در بعضی مناطق تاریک و سرد که به گرما و نور نیاز دارند گرمای تولید شدهٔ ناخواسته، ممکن است دارای ارزش باشد.

لامپ‌های ماکروویو

اولین منبع عملی واقعی ماکروویو لامپ مگنترون بود که در دهه ۱۹۳۰ در انگلیس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سیستم رادار در خلال جنگ جهانی دوم استفاده شد. در سال‌های اخیر قطعات نیمه هادی به‌طور فزآینده‌ای جایگاه لامپ‌های ماکروویو را پر نموده و مزایای متعدد هم دارند. اما هنوز هم لامپ‌ها برای تولید توان‌های بسیار بالا (۱۰ کیلو وات تا ۱۰ مگا وات) و فرکانس‌های بالاتر امواج میلی‌متری (۱۰۰ گیگا هرتز و بالاتر) لازم و ضروری می‌باشند.

انواع بسیار متعددی از شکل لامپ‌ها در کنار مفاهیم مختلفی که بر اساس آن عملکرد لامپ بنا گذاشته شده‌است وجود دارند. اما تمامی لامپ‌ها جنبه‌های مشترک متعددی دارند. اول آنکه در تمامی لامپ‌ها برهم کنش ک اشعه با یک میدان مغناطیسی در داخل روکش خلأ شیشه‌ای یا فلزی را داریم؛ بنابراین می‌بایست به طریقی انرژی RF در خارج این روکش به آن تزویج نماییم این کار را معمولاً با پنجره‌های سطحی یا حلقه‌ها و پروب‌های تزویجی هم محور انجام می‌دهیم.
کلایسترون انعکاسی یک لامپ کلایسترون تک حفره‌است که به عنوان یک تشدیدکننده با استفاده از یک الکترود انعکاس دهنده پس از حفره جهت ایجاد فیدبک مثبت از طریق اشعه الکترونی عمل می‌نماید، این کلایسترون را می‌توان به صورت مکانیکی و با تنظیم اندازه حفره به صورت دلخواه تنظیم نمود. عیب بزرگ کلایسترون‌ها پهنای باند نازک آن‌ها می‌باشد که نتیجه حفره‌ها با Q بالا مورد نیاز جهت خوشه بندی الکترون می‌باشد. کلایسترون‌ها برای سطوح نویز AMو FM بسیار پایین می‌باشند.

پهنای باند کم تقویت‌کننده کلایسترون در لامپ با موج حرکتی (TWT) بر طرف گردیده‌است. یک تقویت‌کننده با اشعه خطی است که از یک تفنگ الکترونی و یک آهنربای متمرکزکننده جهت شتاب بخشیدن به اشعه الکترون‌ها در خلال یک ناحیه برهم کنش استفاده می‌کند. معمولاً ناحیه برهم کنش از یک ساختار هیلیکس با موج آهسته با یک ورودی RF در انتهای تفنگ الکترونی و یک خروجی RF در انتهای کلکتور تشکیل می‌شود. ساختار هیلیکس سرعت انتشار موج RF را کاهش داده بنابر این، این موج با همان سرعتی حرکت می‌کند که موج و اشعه در ناحیه برهم کنش حرکت می‌نمایند و اثر تقویت‌کنندگی بدست می‌آید. سپس سیگنال تقویت شده از انتهای هیلیکس تزویج می‌گردد.TWT بالاترین پهنای باند را در میان لامپ‌های تقویت‌کننده دارد که مقدار آن ار ۳۰٪ تا ۱۲۰٪ متغیر است. در نتیجه این لامپ جهت استفاده در سیستم‌های جنگ الکترونیک بسیار مفید است چرا که در این سیستم‌ها نیاز به تئانی بالا در پهنای باند هی وسیع داریم. ابن لامپ‌ها دارای توان نامب چند صد وات (به‌طور اسمی) استاما می‌توان این مقدار را تا چند کیلو وات نیز افزایش داد که این کار توسط ایجاد یک ناحیه برهم کنش با استفاده از مجموعهای از حفره‌های تزویج شده انجام می‌شود البته در عوض پهنای باند کاهش خواهد یافت. راندمان TWT تقریباً پایین استو به‌طور اسمی بین ۲۰٪ و ۴۰٪ می‌باشد.

نوع دیگری از لامپ نوسان ساز اشعه خطی، نوسان ساز با برهم کنش توسعه یافته (EIO)است.EIOخیلی مشابه یک کلایسترون است و از ناحیه برهم کنش شامل تعدادی حفره تزویج شده با یکدیگر با فیدبک مثبت جهت انجام نویان استفاده می‌نماید. این لامپ دارای یک پهنای باند تنظیم شده نازک و یک راندمان متوسط است اما می‌توان توان‌های بالا نزدیک چند صد گیگا هرتز را تأمین نماید. فقط ژیراتون است که می‌تواند توان بیشتری را تحویل نماید. لامپ‌هایی با میدان متقاطع شامل مگنترون، تقویت‌کننده با میدان متقاطع وژیراتون است. همان‌طور که از قبل فهمیدیم مگنترون اولین منبع ماکروویو توان بالا است. مگنترون از یک کاتد استوانه‌ای تشکیل گردیده‌است که توسط یک آند استوانه‌ای با چندین حفره تشدیدکننده در طول قطر داخلی آن احاطه گردیده‌است. یک میدان مغناطیسی بایاس به صورت موازی با محور کاتد-آند اعمال می‌گردد. در عمل ابری از الکترون‌ها تشکیل گردیده که حول کاتد در ناحیه برهم کنش می‌چرخد. مشابه با قطعات اشعه خطی، خوشه بندی الکترون رخ داده و انرژی از اشعه الکترونی به موج RF منتقل می‌شود. توان RF می‌تواند خارج از لامپ با یک پروب، حلقه یا پنجره روزنه دار تزویج گردد. مگنترون‌ها می‌توانند توان‌های خروجی بسیار بالا-در حد چند صد کیلو وات را فراهم نمایند. همچنین مگنترون دارای راندمانی در حدود ۸۰٪ یا بیشتر می‌باشد. اما یک عیب بزرگ آن این است که مگنترون نویز زیادی را تولید می‌کند و نمی‌تواند فرکانس یا ارتباط فاز را تثبیت نماید در حالی که در حالت پالسی عمل می‌نماید. این فاکتورها جهت عملکرد بالای رادارها ی پالسی بسیار مهم هستند که درآن‌ها تکنیک‌های پردازش یر روی مجموعهای از پالس‌ها ی بازگشتی عمل می‌نمایند. (رادارهای مدرن از این نوع امروزه عموماً از منابع نیمه هادی با نویز کم به همراه یک TWT جهت تقویت‌کنندگی توان استفاده می‌نمایند) حال کاربرد مگنترون‌ها عموماً جهت پخت‌وپز با مایکروویو می‌باشد.

لامپ هالوژن

لامپ‌های هالوژن اکثراً بسیار کوچک‌تر از لامپ‌های رشته عادی می‌باشند، زیرا برای کارکرد موفق باید دمای حباب بیشتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد باشد. به همین منظور باید حبابی از جنس سیلیکای سیم‌کشی شده یا بعضی اوقات شیشه آلومینوسیلیکات باشد. اغلب این حباب داخل یک لایه شیشه‌ای دیگر پوشیده می‌شود. لایه بیرونی برای احتیاط قرار داده می‌شود تا پرتو ماوراء بنفش را کاهش دهد و در برابر انفجاری که گاهی اوقات برای این لامپ‌ها رخ می‌دهد لایه‌ای محافظ تشکیل دهد. همچنین برای کاهش اثر ضایعات ناشی از اثر انگشت. همچنین احتمال آتش‌سوزی برای لامپ‌های بدون پوشش بیشتر است که استفاده از آن‌ها را اگر در حفاظ مناسب قرار نگیرد در بعضی مکان‌ها ممنوع می‌کند. مدل‌های ساخته شده برای ولتاژهای ۱۲ و ۲۴ ولت رشته‌های فشرده تری دارند که برای کنترل نوری مناسب اند، همچنین بازده نوری (لومن بر وات) بیشتری دارند و عمر بیشتری نسبت به مدل‌های غیر هالوژنی دارند. مقدار نور خروجی هم تقریباً در طول عمر لامپ ثابت است.

لامپ فلورسنت (مهتابی)

لامپ فلورسنت توسط نیکلای تسلا اختراع و ثبت شد، که بازده نور بسیار بیشتری از لامپ رشته‌ای دارد. برای نور یکسان این لامپ‌ها نسبت به لامپ‌های رشته‌ای حدوداً ۴/۱ تا ۳/۱ مصرف می‌کنند.
تا دهه ۱۹۸۰ این نوع لامپ به دو نوع خطی و دوار محدود می‌شد و شکل‌های دیگر زیاد محبوبیت پیدا نکردند. لامپ‌های فلورسنت فشرده (CFL) - که در ایران یه نام کم مصرف مشهورند - در اوایل دهه ۱۹۸۰ به بازار آمدند.

اکثر لامپ‌های CFL دارای بالاست الکتریکی داخلی می‌باشند و به سرپیچ فلزی یا پایه‌های میخی مجهز هستند. بعضی از انواع CFL دارای بالاست جداگانه می‌باشند که لامپ و بالاست را می‌توان جداگانه تعویض کرد.

عمر متوسط نامی برای یک لامپ فلورسنت خطی ۱۰، ۰۰۰ تا ۲۰، ۰۰۰ در مقایسه با عمر ۷۵۰ ساعت (۱۱۰ ولت) و ۱۰۰۰ ساعت (۲۴۰ ولت) می‌باشد.

بعضی از انواع بالاست لامپ فلورسنت در محیط سرد به سختی لامپ را روشن می‌کنند به همین دلیل در مناطق سردسیر باید نوری که در فضای باز مورد استفاده قرار می‌گیرد برای این شرایط طراحی شده باشد تا به‌طور مناسب کار کند.

لامپ‌های فلورسنت در رنگ‌های متنوعی از لحاظ دمای رنگ (منظور از دمای رنگ اثر رنگ بر روح و روان است به عنوان مثال رنگ آبی سرد و رنگ قرمز گرم است) ساخته می‌شود. در بعضی کشورها نوع سفید سرد (CW) رایج تر است در صورتی که در بعضی دیگر رنگهای سفید گرم تر غالب است.

در آمریکا لامپ فلورسنت اکثراً در رنگ سفید سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد (CW)، که به همراه حباب‌های نصب شده در خانه که رنگی متمایل به صورتی دارند رنگ سفید گرم (WW) تولید می‌شود. در این بین رنگ «سفید بهینه شده» (CW) نیز استفاده می‌شود، که طبیعی تر به نظر می‌رسد. همچنین رنگ سفید آفتابی بسیار سرد (DW) نیز موجود است. لامپ‌های فلورسنت فشرده اکثراً به صورت سفید گرم به حساب می‌آیند، چون اکثراً مانند لامپ رشته‌ای نوری متمایل به زرد از خود ساطع می‌کنند. سردی و گرمی نور امری نسبی و اکثراً سلیقه‌ای است به همین دلیل دمای رنگ و فهرست تولید رنگ (CRI) به عنوان مبنای کامل رنگ برای لامپ‌های فلورسنت و گاهی اوقات برای انواع دیگر نورپردازی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ال‌ای‌دی

تا دهه ۱۹۷۰ ال‌ای‌دی‌های حالت جامد به عنوان نشانگر رواج داشتند.
در سال‌های اخیر، مبحث بازده و خروجی مورد توجه قرار گرفت تا آنجا که هم‌اکنون ال‌ای‌دی‌ها جایگاه ویژه‌ای در کاربرد نورپردازی پیدا کردند.
ال‌ای‌دی‌های نشانگر به دلیل عمر بالایشان تا ۱۰۰٬۰۰۰ ساعت شناخته شده هستند، اما ال‌ای‌دی‌های نورافشان بنا بر سنت قدیم کمتر مورد استفاده قرار گرفتند (به دلیل قیمت زیاد ال‌ای‌دی به ازای هر وات)، و در نتیجه عمر بسیار پایین‌تری هم داشتند.
به دلیل قیمت بالا به ازای هر وات، نورپردازی‌های ال‌ای‌دی برای مصارف توان بسیار پایین، نوعاً زیر ۱۰ وات کاربرد دارند. ال‌ای‌دی‌ها هم‌اکنون بیشتر برای کارهای توان پایین و مقرون صرفه مثل نورپردازی در شب و چراغ‌های قوه کاربرد دارند. ال‌ای‌دی‌های رنگی همچنین می‌توانند برای کارهای زیبا مانند نورپردازی اشیاء شیشه‌ای یا حتی برای قطعات یخ در نوشیدنی‌ها و میهمانی‌ها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در جشن‌ها به صورت روزافزونی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بازده ال‌ای‌دی در بازه بسیار زبادی متغیر است. بعضی از آن‌ها از لامپ‌های رشته‌ای هم بازده کمتر و بعضی بازده بیشتری دارند. کارکرد ال‌ای‌دی در این رابطه به غلط مورد تفسیر قرار می‌گیرد، چون جهت‌مندی ذاتی نور ال‌ای‌دی‌ها شدت نور بیشتری به آن‌ها در یک زاویه به ازای کل نور تولید شده می‌دهد.
ال‌ای‌دی‌های تک رنگ فناوری ساخت بسیار کاملی دارند، در حالی که ال‌ای‌دی‌های سفید در زمان نگارش این نوشته هنوز مشکلات حل نشده‌ای دارند.
(CRI) فهرست تولید رنگ آن‌ها  کاملاً مناسب نیست؛ که باعث تولید رنگ‌های نچندان دقیق می‌شود.
توزیع نور ساطع شده از ماده فسفری (در مانیتورها) با توزیع نور ناشی از ال‌ای‌دی متفاوت است که باعث می‌شود دمای رنگ تولیدی از زوایای مختلف متفاوت باشد.
کیفیت ماده فسفری در طول زمان کاهش پیدا می‌کند، که باعث می‌شود دمای رنگ و قدرت رنگ در طول زمان کاهش پیدا کند؛ که با ال‌ای‌دی‌های کم کیفیت این تغییر بیشتر خواهد بود.
تغییرات دمایی محدود باعث می‌شود که مقدار توان برای یک لامپ ال‌ای‌دی نسبت به یک لامپ رشته‌ای در همان سایز بیشتر باشد و باعث برتری نسبت به لامپ‌های رشته‌ای می‌شود.
فناوری ال‌ای‌دی برای طراحان نور مناسب است زیرا مصرف توان و تولید دمای بسیار پایین، کنترل روشن/خاموش آنی، و در مورد نور تک رنگ، ثبات رنگ بسیار بالایی در طول عمر خود و به نسبت هزینه تولید پایینی دارد.
در سال‌های اخیر، نرم‌افزارهایی برای تلفیق نور و تصویر طراحی شده تا تصاویر ویدئویی را در ال‌ای‌دی‌های نصب شده به تصویر بکشند تا دیواره‌هایی تصویری با رزولوشن پایین را به وجود آورند.
برای نورپردازی‌های عمومی خانگی، هزینه خرید سیستم نورپردازی ال‌ای‌دی هنوز بسیار بیشتر از روش‌های رایج نورپردازی است.

لامپ قوس کربنی

لامپ قوس کربنی دو الکترود میله‌ای کربنی در هوای آزاد دارد که با یک بالاست محدودکننده جریان انرژی دهی می‌شود. قوس الکتریکی با نزدیک کردن دو الکترود به هم و سپس جداسازی آن‌ها ایجاد می‌گردد. قوس حاصله نوک دو الکترود را گرم می‌کند تا به رنگ سفید در بیایند. این لامپ‌ها بازده بیشتری نسبت به لامپ‌های رشته‌ای دارند، اما میله‌های کربنی زود عمر خود را از دست می‌دهند و نیاز به تنظیم مداوم دارند. این لامپ‌ها اشعه ماوراء بنفش بسیار زیادی تولید می‌کنند، در محیط‌های سربسته نیاز به تهویه دارند، و به علت نور بسیار شدیدشان نیاز به محافظی در مقابل دید مستقیم دارند.
لامپهای قوس کربنی در توان‌های بالا کار می‌کنند، و به نسبت لامپ‌های ابتدایی دهه ۱۹۲۰ بازده بیشتری داشتند. همچنین آن‌ها منبع نور نقطه‌ای هستند. این مشخصات آن‌ها را برای منابع نوری مورد استفاده در جستجو، نورهای راهنما و نور پروژکتور فیلم مناسب ساخته بود.
نیاز مداوم آن‌ها به توجه و تنظیم، و تعویض مداوم میله‌ها استفاده آن‌ها را برای مصارف عادی دشوار ساخت، به همین دلیل از آن‌ها در زمانی که نور پرتوان مشابهی وجود نداشت به عنوان منابع نوری پرتوان استفاده می‌شد. لامپهای قوس کربنی علیرغم جایگاه ویژه‌شان در اواسط جنگ جهانی دوم و بعد از ان از رده خارج شدند.

لامپ تخلیه الکتریکی

لامپ تخلیه الکتریکی شامل شیشه یا سیلیکایی است که با دو الکترود فلزی که با گاز از هم جدا شده‌اند پوشش داده شده‌است. گازهایی شامل نئون، آرگون، زنون، سدیم، متال هالید و جیوه.
اساس کار این لامپ‌ها همانند لامپ قوس کربنی است، اما واژه لامپ قوسی معمولاً به لامپ قوس کربنی اطلاق می‌شود، به دلیل استفاده از روش‌های نوین تخلیه گازی عموماً به این لامپ‌ها لامپ تخلیه الکتریکی گفته می‌شود. در بعضی از انواع لامپ تخلیه الکتریکی ولتاژ بسیار بالایی برای ایجاد قوس مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عمل نیاز به مداری الکترونیکی به نام igniter دارد، که قسمتی از مدار بالاست را تشکیل می‌دهد. پس از تشکیل قوس، مقاومت داخلی لامپ کاهش می‌یابد، و بالاست جریان کاری را محدود می‌کند. بدون بالاست جریانی مازاد عبور خواهد کرد که باعث تخریب سریع لامپ خواهد شد.
بعضی از لامپ‌ها مقدار کمی نئون دارند که اجازه ایجاد جرقه در ولتاژ عادی را بدون نیاز به igniter می‌دهد. لامپ‌های سدیم کم فشار این‌گونه عمل می‌کنند.
ساده‌ترین نوع بالاست تنها یک سلف است، و زمانی که مانند نوردهی خیابان‌ها هزینه در اولویت است مورد استفاده قرار می‌گیرند، ممکن است بالانس‌های پیشرفته تری برای تولید نوری ثابت در طول عمر لامپ مورد استفاده قرار گیرند، که ممکن است لامپ را با موجی مربعی درایو کنند تا خروجی کاملاً بدون پرشی ایجاد کنند و در زمان بروز نقص‌های جدی لامپ را خاموش کند. به‌طور مثال این نوع پیچیده از بالاست در صنایع مربوط به فیلم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تعریف

عمر واقعی نوری: بسته به مقدار زمان استفاده از لامپ، تا هنگامی است که لامپ نور داشته باشد.
عمر مؤثر نوری: بسته به مقدار زمان مورد استفاده تا هنگامی است که ضریب روشنایی (شار نوری) لامپ به میزان ۷۰٪ کاهش پیدا کند.

لامپ در الکترونیک

لامپ‌های رشته‌ای مدت زیادی است که به عنوان ترمیستورهایی سریع در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گرفتند:. تثبیت موج سینوسی اسلاتورها. محافظت ار تویترها (اسپیکرهای سازنده فرکانسهای بالا). تنظیم اتوماتیک کنترل حجم صدا در تلفن‌های مخابراتی.

نماد لامپ در نقشه‌های الکتریکی

معمولاً از شماتیک زیر برای نشان دادن لامپ در نقشه‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

نورپردازی همگانی

مقدار کل نور مصنوعی (به ویژه نور خیابان‌ها) مورد استفاده یا تولید شده توسط شهرها به آسانی از فضا در شب قابل مشاهده است؛ این نوعی آلودگی است (آلودگی نوری) که می‌تواند مشکلاتی به‌وجود آورد.