相信很多人曾經(jīng)做過(guò)這樣的事，在燈下?lián)]動(dòng)一根手指，有時(shí)候會(huì)看到好多個(gè)手指的影像，這說(shuō)明燈在閃爍。很多人可能覺(jué)得這跟家庭照明電路使用交流電有關(guān)，不過(guò)事情并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。閃爍的原因是多方面的，而交流電只是其中一個(gè)因素。
首先還是來(lái)說(shuō)說(shuō)交流電是怎么一回事，簡(jiǎn)便起見(jiàn)我們忽略發(fā)電站到家庭之間的變電設(shè)備。接入家庭的交流電網(wǎng)通常有一根零線和一根火線，零線與大地相接，電勢(shì)為0，火線與發(fā)電站的發(fā)電機(jī)輸出端相接。大多數(shù)發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理都可以簡(jiǎn)化為線圈切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)榍懈畹姆较蛴衼?lái)有回，所以產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也是來(lái)回震蕩的，通?？梢员硎緸橐粋€(gè)余弦函數(shù)，這樣零線與火線之間的電壓也是呈余弦周期變化。以上知識(shí)相信大家還沒(méi)還給中學(xué)老師。
輸電電路示意圖
不過(guò)就算使用了交流電，燈也不一定會(huì)閃爍，這跟燈的種類(lèi)有關(guān)?，F(xiàn)在家庭里常見(jiàn)的燈源有LED燈、熒光燈，和基本淘汰完的白熾燈。先說(shuō)說(shuō)原理最簡(jiǎn)單的白熾燈，它依靠電流通過(guò)燈絲發(fā)熱產(chǎn)生高溫后發(fā)出黑體輻射譜，其中可見(jiàn)光部分即被人眼所見(jiàn)。很多人印象中白熾燈不會(huì)閃爍，實(shí)際上仔細(xì)想想就能從原理上證明白熾燈必然是會(huì)閃爍的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)燈絲的電流大小是時(shí)刻變化的，所以燈絲的溫度也是時(shí)刻變化，從而發(fā)光強(qiáng)度也如此。
慢鏡頭下的白熾燈
中國(guó)所用的市電為50Hz，電流震蕩的頻率也是50Hz，而電流來(lái)回的方向?qū)τ诎谉霟魜?lái)說(shuō)沒(méi)有區(qū)別，因此很容易得出白熾燈的閃爍頻率即電流大小的變化頻率：100Hz。之所以白熾燈的閃爍很難察覺(jué)，有兩方面原因，一是燈絲本身有熱容，在電流較小時(shí)溫度不會(huì)迅速下降，發(fā)光強(qiáng)度也不會(huì)降低太多，即燈泡的閃爍波動(dòng)深度較小。二是人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，對(duì)光刺激有一定的后續(xù)拖尾效應(yīng)，因此很難察覺(jué)到高頻的閃爍。
熒光燈相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜一些，它依靠燈管內(nèi)填充的水銀蒸氣在高壓下?lián)舸┖蟀l(fā)出紫外線，轟擊燈管內(nèi)壁的熒光粉產(chǎn)生可見(jiàn)光。具體工作原理這里不贅述，大家需要知道的是熒光燈里需要加裝啟輝器和鎮(zhèn)流器，來(lái)提供擊穿所需要的超高電壓，以及穩(wěn)定正常工作時(shí)的電流。
熒光燈的電路示意圖
較老的電感式鎮(zhèn)流器依賴(lài)于交流電本身的交變性質(zhì)，每一個(gè)周期有兩個(gè)電壓峰值，因此閃爍的頻率是交流電的兩倍，即100Hz，閃爍比較明顯。而現(xiàn)在大多數(shù)的熒光燈都用上了電子鎮(zhèn)流器，它將交流電轉(zhuǎn)化直流后，能按需輸出任意的波形，因此能提高啟動(dòng)的成功率和速度，還能實(shí)現(xiàn)超高頻的調(diào)制，減少閃爍感。由于熒光粉發(fā)光有余輝效應(yīng)，高頻調(diào)制下熒光燈的閃爍波動(dòng)深度也非常小。
LED全稱(chēng)是發(fā)光二極管，一般需要接入直流電使用，只能單向?qū)?。如果?qiáng)行反向接入電源，如一般的二極管一樣，低電壓下不會(huì)導(dǎo)通，而電壓太高會(huì)反向擊穿。在接入交流轉(zhuǎn)直流電源后，LED通常是完全無(wú)頻閃的，不過(guò)實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常使用PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)亮度控制。PWM簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是快速開(kāi)關(guān)電路，改變開(kāi)關(guān)的時(shí)間間隔之比即可改變LED的視在亮度。不過(guò)由于LED基本沒(méi)有余輝效應(yīng)，波動(dòng)深度幾乎為100%，頻率要非常高才能消除閃爍感。
PWM原理示意圖
另一種對(duì)眼睛更加友好的調(diào)光方式就是所謂的DC調(diào)光，或恒流調(diào)光，它直接調(diào)整通過(guò)LED的電流大小來(lái)改變LED的發(fā)光強(qiáng)度，這樣就避免了閃爍。相比PWM，這種調(diào)光方式電路會(huì)更加復(fù)雜，而且LED的發(fā)色特性跟亮度有關(guān)，不同亮度下色溫會(huì)發(fā)生變化。
一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷燈源是否頻閃的辦法就是用手機(jī)攝像頭對(duì)著燈光，如果取景框內(nèi)看到條紋，說(shuō)明燈源是頻閃的，而且條紋越密，頻閃頻率越高。
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