Gasontladingslamp

In een gasontladingslamp is een gas opgesloten. Gebruikte gassen zijn neon, argon, xenon en krypton, in vele gevallen een mengsel van deze edelgassen. Vrijwel altijd worden nog andere materialen in de buis aangebracht, zoals kwik of natrium, en voor sommige hoge druk lampen metaalhalogenides. Door het gas loopt een elektrische stroom, die wordt geleid door in de lamp aanwezige vrije elektronen en ionen, er vindt een gasontlading plaats. De elektronen, die in het gas onder invloed van het daar aanwezige elektrische veld worden versneld, botsen met de atomen van het gas en met de metaalatomen. Bij deze botsing worden de elektronen, die zich in het hoogste energieniveau bevinden aangeslagen naar een nog hoger energieniveau. Bij terugval naar het oorspronkelijk energieniveau wordt een foton oftewel elektromagnetische straling uigezonden, soms in de vorm van zichtbaar licht, maar ook vaak in de vorm van UV straling.

Afhankelijk van de druk van het vulgas, spreekt men van lagedrukgasontladingslampen (hiertoe behoren onder andere de klassieke TL-lampen), of hogedrukgasontladingslampen, bijvoorbeeld metal halide lampen.

Lagedrukgasontladingslamp

Hiertoe behoren de klassieke TL-lampen (Tubular Lamp of Tube Luminescente), de buislampen die de meesten wel ergens in huis hebben. Ook de spaarlampen zijn van dit type. Om de kleur van het licht van gasontladingslampen te beïnvloeden wordt bij TL buizen de binnenzijde van de ontladingsbuis gecoat met een fluorescentielaag die de UV-straling die ontstaat bij de ontlading, omzet in zichtbaar licht in een bepaalde kleur.

Een ander type lage druk lamp is de lagedruk natrium lamp, die vooral voor straatverlichting wordt gebruikt. Deze lampen geven monochromatisch geel licht, hetgeen bij veel andere toepassingen ongewenst is. Ze hebben van alle gasontladingslampen de hoogste lichtopbrengst [8] (200 lumen / watt).

Hogedrukgasontladingslampen

De druk in deze lampen kan oplopen van enkele tientallen bar tot meer dan 100 bar. Deze lampen zijn bij het brede publiek minder bekend, alhoewel zij zeer verbreid worden toegepast, meestal in professionele toepassingen. Voor verlichting in tankstations , etalageverlichting, verlichting in grotere winkels, van sportterreinen en hoge (fabrieks)hallen is in veel gevallen hogedrukgasontlading in de vorm van metaalhalidelampen. Deze lampen geven vrijwel wit licht, en vervangen steeds vaker de oudere hogedrukkwiklampen. Ook de lampen in beamers zijn hogedrukgasontladingslampen. De spots die gebruikt worden bij grote evenementen en ook de stadionverlichting in voetbalstadions zijn bijna altijd op basis van hogedrukgasontlading. In de meeste toepassingen zal de leek geen verschil zien met de beter bekende halogeenlampen. Ook autokoplampen in duurdere automodellen zijn hogedrukgasontladingslampen, herkenbaar aan een blauwachtig licht (xenonlamp). Voor straatverlichting worden vaak hogedruknatriumlampen toegepast. Deze geven een wat oranje-geelachtig licht, maar de kleurweergave bij deze lampen is veel beter dan die van de lagedruknatriumlamp. Voor straatverlichting worden ook nog de oudere hogedrukkwiklampen toegepast, die wit licht afgeven.

Waar de temperatuur in het gas bij lage druk beperkt blijft tot enkel tientallen graden Celsius, kan het gas in een hogedrukgasontladingslamp een temperatuur van over de duizend graden Celsius halen. Deze hoge temperatuur laat toe om in het gas andere ionen dan die van het gas te creëren door toevoeging van (soms meerdere) zouten, kwik en/of broom. In vele gevallen zullen de zouten bromides of jodides zijn omdat dit de levensduur van de lamp positief beïnvloedt. Het metaal in het zout zorgt dan voor een specifiek spectrum en lichtkleur. Dit maakt de samenstelling van deze zouten erg belangrijk om een zo correct mogelijke kleurweergave te bieden.

Voorschakelapparatuur

Een gasontladingslamp kan niet, zoals een gloeilamp direct op een spanningsbron, zoals het lichtnet of een accu worden aangesloten. Ten eerste zullen de meeste lampen niet ontsteken, omdat daarvoor een hoge spanning nodig is. Als de lamp echter eenmaal ontstoken is, zou zonder verdere maatregelen de stroom onbeperkt toenemen door een sterke ionisatie van het gas in de lamp, waardoor de lamp defect zou raken. De meest eenvoudige vorm van stroombegrenzing is de weerstand in serie geschakeld met het neonlampje in een spanningszoeker. Meestal wordt echter een voorschakelapparaat gebruikt, in de vorm van een spoel. In dat geval heeft de wisselstroom door de lamp de frequentie van het openbare elektriciteitsnet, in Europa 50 hertz. Het licht van de lamp varieert dan met een frequentie van 100 hertz. Om een hoge spanning, nodig voor het starten van de lamp op te wekken, worden meestal aparte starters gebruikt. Bij elektronische voorschakelapparaten is de startfunctie meestal in het voorschakelapparaat geïntegreerd. Elektronische voorschakelapparaten genereren een hogere frequentie om de lamp te voeden. Deze kan variëren van 400 hertz voor zeer grote vermogens metal halide lampen tot 13 MHz voor sommige inductielampen. Meestal ligt de werkfrequentie echter tussen 20 en 100 kHz. Elektronische voorschakelapparaten zijn ook nodig als een accu als voedingsbron wordt gebruikt. Dat gebeurt bijvoorbeeld om TL-lampen in bussen en treinen aan te sluiten, of metal halide lampen in de koplampen van duurdere auto's. De batterijspanning is immers te laag om de lamp te doen branden. Daarom moet de gelijkspanning van de batterij eerst omgezet worden naar wisselspanning en dan naar een hogere spanning gebracht worden met een transformator. Zo een transformator werkt beter bij hogere frequentie.