Уип 1 ламповый стабилизированный источник питания. Ламповый стабилизированный источник питания УИП-1: характеристики, принцип работы и применение

ламп, пояснения в энциклопедии RP Photonics; диммирование, постоянный ток, переменный ток, постоянный ток, запуск лампы, энергоэффективность

Существует огромное разнообразие ламп, многие из которых требуют специальных источников питания. В этой статье объясняются различные важные аспекты источников питания для различных типов ламп.

Постоянное напряжение

Лампы накаливания обычно работают при постоянном электрическом напряжении, что является технически наиболее простым подходом. Если требуемое рабочее напряжение отличается от доступного сетевого напряжения, можно использовать источник питания, который просто изменяет и, возможно, стабилизирует уровень напряжения, например, трансформатор или импульсный источник питания.

Если требуется диммирование (т. е. изменение мощности лампы), в принципе можно просто уменьшить рабочее напряжение. Однако технически часто проще использовать модифицированный вид модуляции. В случае работы с переменным сетевым напряжением обычно используют диммеры с передним фронтом, которые на каждую полуволну колебательного напряжения открываются только при определенном переменном фазовом угле, напр. с помощью тиристора.

Режим постоянного тока

В основном для различных видов газоразрядных ламп используются блоки питания, работающие в режиме постоянного тока. Это означает, что блок питания стабилизирует определенный ток привода, соответствующим образом регулируя приложенное напряжение. Для газоразрядных ламп это обычно требуется не обязательно из-за отрицательного дифференциального импеданса, который на самом деле не возникает в обычной рабочей точке многих дуговых ламп, а потому, что импеданс является весьма переменной величиной, зависящей от переменного плазменного сопротивления. давление, поперечная протяженность дуги, температура плазмы и др. В такой ситуации стабилизация тока обеспечивает наиболее устойчивый режим работы.

Простые цепи постоянного тока регулируют ток с помощью транзистора в качестве переменного резистора. Однако этот метод не очень энергоэффективен, если необходимо допустить существенное изменение рабочего напряжения лампы. Доступны гораздо более эффективные решения, в частности, основанные на импульсных источниках питания (см. ниже).

Лампы-вспышки с импульсным током

Для ламп-вспышек требуются другие технические подходы, как подробно описано в статье о лампах-вспышках.

Переменный или постоянный ток

Простые лампы накаливания, включая галогенные, могут легко работать при переменном напряжении, например Частота 50 Гц или 60 Гц, полученная от электросети. Теплоемкость нити накала лампы достаточно велика, чтобы свести к минимуму колебания светоотдачи, связанные с колебаниями электрической мощности.

Некоторые газоразрядные лампы, например, обычные люминесцентные лампы, могут также работать в режиме переменного тока, для чего требуется лишь относительно простая дополнительная электрическая схема. Простая стандартная схема показана в статье о люминесцентных лампах.

Многие другие газоразрядные лампы работают на постоянном токе (DC). Существенным преимуществом может быть то, что каждый электрод выполняет определенную функцию, будь то катод или анод, и его конструкция может быть оптимизирована независимо друг от друга. Например, дуговые лампы большой мощности обычно имеют заостренный катод, а анод более округлый. Еще одним преимуществом является то, что можно избежать регулярного прерывания тока, которое может погасить электрический разряд. (Использование достаточно высокой частоты переменного тока также позволит избежать этой проблемы.) Кроме того, в режиме постоянного тока также избегают колебаний оптической выходной мощности.

Запуск лампы

Лампы накаливания не требуют специальной процедуры запуска; дело только в том, что в начальные доли секунды они потребляют значительно более высокий ток, и источник питания (включая его защитные предохранители) должен выдерживать это. Некоторое падение напряжения питания в этот момент действительно может быть полезным для лампы, замедляя рост температуры и, следовательно, уменьшая влияние на срок службы лампы.

Газоразрядные лампы требуют некоторого срабатывания для запуска. Это может быть связано с приложением значительно повышенного напряжения между анодом и катодом на короткое время или с использованием дополнительного пускового электрода. Последний часто работает с отдельным триггерным трансформатором. Детали дуговых ламп и ламп-вспышек различаются, а также могут существенно зависеть от конкретного типа лампы. Например, источники питания для дуговых ламп часто сначала подают высоковольтный запускающий импульс, а затем бустерный импульс с более низким напряжением, но большей энергией, прежде чем основная цепь сможет взять на себя управление, подавая обычный рабочий ток.

Для ламп-вспышек существует множество различных методов срабатывания; см. статью о лампах-вспышках для получения более подробной информации.

Из-за критических деталей срабатывания источник питания лампы должен быть хорошо адаптирован к конкретному типу газоразрядной лампы. Его качество может оказать существенное влияние не только на надежность запуска лампы и возникающий в результате временной джиттер, но и на срок службы лампы.

Энергоэффективность

Энергоэффективность, особенно для мощных ламп, обычно имеет большое значение, и ее можно легко получить с помощью современной электроники. Часто используется какой-либо импульсный источник питания, работающий на относительно высокой частоте и требующий лишь относительно компактных катушек индуктивности или трансформаторов.

Кабельные соединения, опасность поражения электрическим током и электромагнитные помехи

Поскольку для газоразрядных ламп обычно требуется значительное напряжение, особенно на этапе запуска, может возникнуть серьезная опасность поражения электрическим током, если пользователь может прикоснуться к проводу, т.е. поврежденного кабеля между источником питания и лампой или на патроне лампы.

Лампы-вспышки требуют довольно высоких пиковых токов – даже версии с относительно умеренной энергией импульса. Кабели между источником питания и лампой должны иметь низкий импеданс не только с точки зрения омического сопротивления, но и с точки зрения индуктивности. Часто длина кабеля должна быть весьма ограничена. Может быть предпочтительнее даже интегрировать мощные источники жидкости в корпус лампы.

Высокие пиковые токи также повышают риск электромагнитных помех. Здесь требуется тщательное экранирование.

Дополнительные функции

Источники питания могут иметь различные дополнительные функции:

• В частности, для ламп-вспышек они могут иметь функции автоматического периодического запуска или просто с использованием входного сигнала запуска.
• Некоторые устройства имеют функцию диммера.
• Может быть система блокировки, напр. для лазеров с ламповой накачкой в ​​контексте мер предосторожности при работе с лазерами.
• Некоторые блоки питания интегрированы с системой охлаждения лампы, обеспечивающей надежный поток охлаждающей воды с регулируемой температурой. Питание лампы может автоматически отключаться при обнаружении проблемы с системой охлаждения.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 14 поставщиков источников питания ламп. Среди них:

Мегаваттные лазеры

Мегаваттные лазеры KALD-20-10 от компании MegaWatt Lasers Inc — это лазерный драйвер лампы-вспышки, предназначенный для лабораторного использования. Он имеет простой в использовании интерфейс с сенсорным экраном и многочисленными входами для блокировок и функций безопасности. Его стандартное максимальное напряжение составляет 1 кВ, а средняя мощность может достигать 2 кВт. Частота повторения и ширина импульса настраиваются пользователем. Эта система доступна в стойке высотой 3U.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

  (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. также: газоразрядные лампы, дуговые лампы, импульсные лампы
и другие статьи из категории нелазерные источники света

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальной сети, на форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь .

HTML-ссылка на эту статью:

  
 Статья об источниках питания для ламп 
 в разделе  
 Энциклопедия RP Photonics 

С предварительным изображением (см. поле чуть выше):

  
  alt="article"> 

Для Википедии, например. в разделе «==Внешние ссылки==»:

 * [https://www.rp-photonics.com/lamp_power_supplies.html 
 статья "Источники питания ламп" в Энциклопедии RP Photonics] 

Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Ксеноновые дуговые лампы

Введение

Ксеноновые и ртутные короткодуговые плазменные лампы обладают самой высокой яркостью и излучением из всех непрерывно работающих источников света и очень близко приближаются к идеальной модели точечного источника света. В отличие от ртутных и металлогалогенных источников освещения, дуговая ксеноновая лампа отличается тем, что она дает практически непрерывный и однородный спектр во всей видимой области спектра. Поскольку профиль излучения ксеноновой лампы имеет цветовую температуру примерно 6000 К (близкую к температуре солнечного света) и не имеет заметных линий излучения, этот источник освещения более выгоден, чем ртутные дуговые лампы, для многих применений в количественной флуоресцентной микроскопии. Фактически, в сине-зеленой (от 440 до 540 нанометров) и красной (от 685 до 700 нанометров) областях спектра 75-ваттная ксеноновая дуговая лампа ярче, чем сопоставимая 100-ваттная ( ГБО 100) дуговая ртутная лампа. Подобно ртутным лампам, ксеноновые дуговые лампы обычно упоминаются с использованием зарегистрированного товарного знака как лампы XBO ( X для Xe или ксенона; B — символ яркости; O — для принудительного охлаждения). представлена ​​научному сообществу в конце 1940-х гг. Популярная XBO 75 (75-ваттная ксеноновая дуговая лампа) более стабильна и имеет более длительный срок службы, чем аналогичная ртутная лампа HBO 100, но излучение видимого света составляет лишь около 25 процентов от общего светового потока, при этом большая часть энергия попадает в менее полезную инфракрасную область спектра. Приблизительно 70 процентов выходного сигнала ксеноновой дуговой лампы приходится на длину волны более 700 нанометров, в то время как менее 5 процентов выходного сигнала приходится на длину волны менее 400 нанометров. Чрезвычайно высокое давление ксеноновых ламп во время работы (от 40 до 60 атмосфер) уширяет спектральные линии, что приводит к гораздо более равномерному распределению возбуждения флуорофоров по сравнению с узкими и дискретными линиями излучения ртутных ламп. Таким образом, ксеноновая дуговая лампа больше подходит для строгих приложений, требующих одновременного возбуждения нескольких флуорофоров в широком диапазоне длин волн в аналитической флуоресцентной микроскопии.

Несмотря на то, что ксеноновые лампы производят широкополосное, почти непрерывное излучение с цветовой температурой, близкой к солнечному свету в видимом диапазоне длин волн (часто называемом белым светом ), они демонстрируют сложный линейчатый спектр в диапазоне от 750 до 1000 нанометров ближнего света. -инфракрасный спектр (см. рис. 1). Кроме того, около 475 нанометров в видимой области существует несколько линий с более низкой энергией. В диапазоне от 400 до 700 нанометров примерно 85 процентов всей энергии, излучаемой ксеноновой лампой, приходится на континуум, тогда как около 15 процентов приходится на линейчатый спектр. Спектральный выход (цветовая температура) ксеноновой лампы не изменяется по мере старения устройства (даже до конца срока службы) и, в отличие от ртутных дуговых ламп, полный профиль излучения возникает мгновенно при включении. Мощность ксеноновой лампы остается линейной в зависимости от приложенного тока и может регулироваться для специализированных приложений. Кроме того, спектральная яркость не изменяется при изменении тока лампы. Типичная лампа XBO 75 производит световой поток примерно 15 люмен на ватт, но лампе требуется несколько минут после зажигания, чтобы достичь максимальной светоотдачи из-за того, что давление газа ксенона внутри колбы продолжает увеличиваться, пока она не достигнет конечной рабочей температуры. и достигает теплового равновесия.

Максимальное распределение яркости вблизи катода в области дуги ксеноновой лампы XBO 75 (часто называемой горячей точкой или плазменным шаром ) составляет примерно 0,3 x 0,5 миллиметра в размере и может рассматриваться для всех практических целей. для целей оптической микроскопии, точечный источник света, который будет производить коллимированные лучи высокой интенсивности при правильном направлении через систему конденсирующих линз в фонаре. В большинстве приложений флуоресцентной микроскопии свет, собранный от дуги ксеноновой лампы, отражается на точечном отверстии или задней апертуре объектива. Типичная контурная карта лампы XBO 75 показана на рис. 2(а), а распределение силы светового потока для той же лампы показано на рис. 2(б). На контурной карте яркость дуги наиболее интенсивна на кончике катода и быстро падает вблизи анода. Картина интенсивности потока (рис. 2(b)) демонстрирует, по большей части, превосходную вращательную симметрию вокруг лампы, но затенена электродами в областях, окружающих ноль и 180° на карте, где интенсивность резко падает. В ксеноновых дуговых лампах общая мощность лампы составляет более 1000 нанометров в спектральной полосе пропускания, при этом на плазменную дугу и электроды приходится примерно половина общего излучения. Существенный вклад электродов обусловлен их большой площадью поверхности и высокими температурами. Большая часть излучения с более низкой длиной волны (по сути, видимый свет) исходит от плазменной дуги, тогда как на электроды приходится большая часть инфракрасного излучения (выше 700 нанометров). Свечение и интенсивность излучения, генерируемые дуговыми лампами, являются критически важными элементами для инженеров при проектировании оптики и стратегии охлаждения систем распределения света для применений в оптической микроскопии.

В таблице 1 представлены значения оптической выходной мощности типичного 75-ваттного источника света XBO после прохождения через оптическую систему микроскопа и выбранные наборы флуоресцентных фильтров. Мощность (в милливатт/см ² ) измеряли в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратный сухой флюорит, числовая апертура = 0,85) с использованием радиометра на основе фотодиодов. Для проецирования света через объектив в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров. Потери светопропускной способности в системе освещения микроскопа могут варьироваться примерно от 50 до 99 процентов входной мощности, в зависимости от механизма соединения источника света и количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи. Например, для типичного инвертированного микроскопа исследовательского класса, соединенного с ламповым блоком XBO на входе эпи-осветителя, менее 70 процентов света, выходящего из системы собирающих линз, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокусе объектива. самолет.

Ориентация ксеноновой лампы имеет решающее значение для правильной работы и долговечности. В тех лампах, которые предназначены для вертикальной работы (до угла отклонения от оси 30), анод расположен вверху, а катод находится внизу в нижней части лампы. Эта конфигурация осесимметрична и обеспечивает отличные характеристики дуги. Напротив, лампы, предназначенные для горизонтальной работы (хотя они также могут работать и вертикально), создают дугу, требующую стабилизации, чтобы уменьшить преждевременный и ускоренный износ электродов. Горизонтальная работа лампы не отличается симметрией, присущей вертикальной работе лампы, хотя такая ориентация требуется для некоторых конструкций ламповых домов. Стабилизация дуги в горизонтальных лампах проще всего достигается с помощью стержнеобразных магнитов, установленных параллельно оси лампы, непосредственно под колпаком. Магнитное поле тянет дугу вниз, повышая стабильность, которую можно точно настроить, изменяя расстояние между магнитом и оболочкой. Изменение положения лампы путем поворота на 180 градусов в период полураспада лампы позволяет более равномерно распределить испарившийся электродный материал на внутренних стенках оболочки. Следует отметить, что разумным выбором является использование вертикальной ориентации ксеноновых ламп, когда это возможно, в конфигурациях флуоресцентной микроскопии.

Срок службы ксеноновой дуговой лампы в первую очередь определяется уменьшением светового потока из-за испарения вольфрама, который со временем осаждается на внутренней стенке колбы. Распад наконечника катода и воздействие ультрафиолетового излучения на кварцевую оболочку также способствуют старению лампы и стабильности. Частые возгорания лампы ускоряют износ электродов и приводят к преждевременному почернению оболочки. Почернение постепенно снижает светоотдачу и сдвигает спектральные характеристики в сторону более низкой цветовой температуры. Почернение лампы, которое увеличивает рабочую температуру оболочки из-за поглощения энергии излучаемого света, происходит медленно на ранних стадиях срока службы лампы, но быстро увеличивается на более поздних стадиях. Другими факторами, негативно влияющими на срок службы ксеноновой лампы, являются перегрев, слабый ток, пульсации источника питания, неправильное положение горения, чрезмерный ток и неравномерное почернение оболочки. Средний срок службы лампы (рассчитанный производителями) основан на периоде горения приблизительно 30 минут для каждого случая возгорания. Обычно считается, что окончанием срока службы лампы является точка, в которой мощность ультрафиолетового излучения снижается примерно на 25 %, нестабильность дуги возрастает более чем на 10 % или лампа вообще прекращает зажигание. Как правило, ксеноновые лампы следует заменять (даже если они еще способны зажечься), когда средний срок службы превышается на 25 процентов. 9Конструкция ксеноновой дуговой лампы

Ксеноновые дуговые лампы изготавливаются со сферическими или эллипсоидальными оболочками, состоящими из плавленого кварца, одного из немногих оптически прозрачных материалов, способных выдерживать чрезмерные тепловые нагрузки и высокое внутреннее давление, воздействующее на материалы, используемые при изготовлении эти лампы. Для большинства применений в оптической микроскопии ксеноновые лампы обычно содержат кварцевый сплав, легированный соединениями церия или диоксидом титана для поглощения ультрафиолетовых длин волн, которые служат для образования озона во время работы. Типичный плавленый кварц пропускает свет с длиной волны до 180 нанометров, тогда как легирование стекла ограничивает излучение лампы длиной волны выше 220 нанометров. Ксеноновые лампы, оборудованные для работы без озона, часто обозначаются кодом 9.0067 ОФР для указания их класса. Подобно процессу изготовления ртутных ламп, кварц, используемый для корпусов ксеноновых ламп, изготавливается из трубок высочайшего качества, которые тщательно формируются на токарном станке в готовую колбу с помощью методов расширения воздуха. Во время работы корпус лампы может нагреваться до температуры от 500 до 700°С, что требует жестких производственных допусков для сведения к минимуму риска взрыва.

Анодные и катодные электроды в ксеноновых дуговых лампах изготавливают из кованого вольфрама или специальных вольфрамовых сплавов, легированных оксидом тория или соединениями бария для снижения работы выхода и повышения эффективности электронной эмиссии. В производстве ксеноновых дуговых ламп используются только самые чистые сорта вольфрама. Высококачественный вольфрам имеет очень низкое давление паров и гарантирует, что электроды ксеноновых ламп способны выдерживать чрезвычайно высокие температуры дуги (более 2000 C для анода), возникающие во время работы, и помогает свести к минимуму накопление отложений на оболочке. Из-за сложности обработки электродов с такими высокочистыми сортами вольфрама на протяжении всего процесса требуются керамические инструменты, чтобы избежать попадания загрязняющих веществ. После изготовления катод припаивается к молибденовому стержню или пластине для поддержки, но стержень анода состоит из твердого вольфрама, поскольку он подвергается гораздо более высоким температурам из-за постоянной бомбардировки электронами, испускаемыми катодом. Оба электрода проходят ультразвуковую очистку и термообработку для удаления остатков смазки и загрязнений перед их герметизацией в колбе лампы.

Значительное внимание уделялось конструкции катодов ксеноновых ламп, направленной на повышение стабильности дуги во время работы. В обычных лампах с вольфрамовыми электродами, легированными торием, точка испускания дуги на катоде периодически смещается из-за локализованных изменений эмиссии электронов с поверхности, явление, известное как дрейф дуги (см. рис. 3(a)). Этот артефакт, усиливающийся по мере износа наконечника, приводит к мгновенным колебаниям яркости лампы, называемым 9.0067 вспыхивает , когда дуга перемещается в новую область на катоде (рис. 3(b)). Дуга флаттер описывает быстрое боковое смещение столба дуги за счет конвекционных потоков, возникающих при нагревании газообразного ксенона дугой и охлаждении внутренними стенками оболочки (рис. 3(с)). Кроме того, острые наконечники катодов, легированных торием, изнашиваются быстрее, чем катоды, изготовленные из современных сплавов оксидов редкоземельных элементов. Лампы с усовершенствованной катодной технологией часто называют сверхтихий и продемонстрировали высокую кратковременную стабильность дуги менее чем на полпроцента, а также снижение скорости дрейфа менее 0,05 процента в час работы. Долгосрочный анализ высокоэффективной работы катода показывает, что износ значительно снижается, а смещение точки дуги в течение среднего срока службы лампы практически исключено. В результате, после того, как сверхтихая ксеноновая лампа первоначально выровнена с другими элементами оптической системы микроскопа, как правило, нет необходимости в повторной регулировке положения в течение всего срока службы лампы.

На этапах герметизации сборки лампы катод и анод крепятся к полоскам очень тонкой молибденовой ленты с помощью градуированного уплотнения, которое компенсирует разницу в тепловом расширении между кварцевой трубкой и металлическими стержнями электродов. Функциональное уплотнение создается путем термопрессования кварцевой трубки с молибденовой фольгой на токарном станке, находящемся под вакуумом для предотвращения окисления. Высокие температуры сжатия позволяют расплавленному кварцу разрушаться вокруг молибденовой фольги, образуя газонепроницаемое уплотнение. После запайки электродов в корпусе кварцевой лампы и отжига сборки для снятия деформации в оболочку загружается высокочистый (99,999 процента) газообразного ксенона до давления 10 атмосфер через наполнительную трубку, прикрепленную к колбе колбы. Затем лампу охлаждают жидким азотом для затвердевания газообразного ксенона и удаляют наполнительную трубку, чтобы полностью запечатать оболочку. После возврата к комнатной температуре готовая лампа подвергается давлению, поскольку ксенон возвращается в газообразное состояние.

Заключительный этап процесса сборки ксеноновой лампы состоит из добавления никелированных латунных наконечников, называемых наконечниками или основания к каждому концу колбы. Наконечники, которые должны выдерживать температуру до 300°C, выполняют двойную функцию, действуя как электрические соединения с источником питания, а также как механическая опора для точной фиксации лампы в правильном оптическом положении внутри фонаря. Многие конструкции наконечников включают в себя гибкий подводящий провод внутри основания, который соединяется с герметичными электродами, чтобы исключить возможность отказа лампы из-за напряжения или деформации между стержнем электрода и латунным наконечником. Феррулы крепятся к запаянным концам кварцевой оболочки с помощью углеграфитовой ленты или термостойкого клея. Пассивированное компрессионное кольцо также используется для обеспечения плотного соединения между наконечниками и оболочкой. После установки наконечников провод розжига наматывается на кварцевую оболочку по краям колбы эллиптической формы (см. рис. 2). Проволока состоит из тонкого чистого никеля и служит для создания локализованного электрического поля внутри оболочки, чтобы способствовать стимуляции ионизации электронов и потока при включении лампы. 9Ксеноновые лампы и источники питания

Конструкция ламп для ксеноновых дуговых ламп имеет решающее значение для долговечности и рабочих характеристик лампы. Важнейшим из конструктивных соображений является тот факт, что эти лампы работают при чрезвычайно высоком внутреннем давлении (обычно более 50 атмосфер), поэтому при выборе конструкционных материалов следует учитывать возможность взрыва. Поскольку дуговые лампы расширяются из-за избыточного тепла, выделяющегося при работе, к корпусу следует жестко прижимать только один конец лампы; другой конец можно закрепить гибкой металлической полосой или накрыть радиатором и присоединить к соответствующей внутренней электрической клемме кабелем (см. рис. 4). Ксеноновые лампы должны иметь достаточное охлаждение, чтобы ксеноновые лампы могли работать при температуре менее 750°С на поверхности оболочки и менее 250°С у основания. Чрезмерно высокие температуры быстро приводят к окислению выводов электродов, ускоренному износу оболочки и повышают вероятность преждевременного выхода лампы из строя. В случае ламп малой мощности (менее 250 Вт) обычно достаточно конвекционного охлаждения в хорошо проветриваемом помещении лампы, но для ламп большей мощности часто требуется охлаждающий вентилятор. Высокие напряжения срабатывания (от 20 до 30 кВ), необходимые для зажигания ксеноновых ламп, требуют использования качественных изоляционных материалов в электропроводке фонаря, а кабель питания должен выдерживать напряжение свыше 30 кВ. Кроме того, кабель питания должен быть как можно короче, развязан и находиться вдали от корпуса микроскопа и других металлических инструментов (таких как компьютеры, контроллеры фильтров и цифровые камеры) в непосредственной близости.

Большинство высокоэффективных ксеноновых ламп включают внутреннее отражающее зеркало, соединенное с системой линз выходного коллектора, которая создает коллимированный световой пучок высокой интенсивности. Конструкции собирающих отражателей варьируются от простых вогнутых зеркал до сложных эллиптических, сферических, асферических и параболических геометрических форм, которые более эффективно организуют и направляют излучение лампы на собирающую линзу, а затем через микроскоп. Использование гальванического конического отражателя может обеспечить номинальную эффективность сбора до 85 процентов, что является значительным улучшением по сравнению с обычными системами обратного отражателя, которые имеют эффективность в диапазоне от 10 до 20 процентов. Специализированные отражатели могут быть легко разработаны с помощью простых методов трассировки лучей. Покрытия на всех собирающих зеркалах должны быть дихроичными, чтобы пропускать инфракрасные (тепловые) волны. Ксеноновые лампы также выигрывают от наличия фильтров, блокирующих инфракрасное излучение, таких как Schott BG38 или BG39. стеклянный фильтр и/или горячее или холодное зеркало (в зависимости от передаваемой или отражаемой длины волны) для ослабления или блокирования инфракрасных волн и защиты образца (живых клеток) от избыточного тепла. Кроме того, твердотельные детекторы в электронных камерах, особенно в формирователях изображения на ПЗС, также особенно чувствительны к инфракрасному свету, который может затуманивать изображение, если на пути света не установлены соответствующие фильтры.

Ксеноновые лампы обычно имеют стандартную конфигурацию с дуговой лампой, расположенной в фокусе линзы коллектора, так что волновые фронты, выходящие из источника, собираются и примерно коллимируются, выходя из лампы в виде параллельного пучка (рис. 4). Рефлектор также размещен на той же оси, что и лампа и коллектор, чтобы гарантировать, что перевернутое виртуальное изображение дуги может быть создано рядом с лампой. Свет от отраженного виртуального изображения также собирается собирающей линзой, что увеличивает мощность освещения. Вторая система линз (называемая 9Конденсорная линза 0067 ), расположенная внутри осветителя микроскопа, необходима для фокусировки параллельных лучей, выходящих из лампы, в задней фокальной плоскости объектива. Как правило, фокусное расстояние системы конденсирующих линз намного больше, чем фокусное расстояние коллектора, в результате чего увеличенное изображение дуги проецируется на заднюю фокальную плоскость объектива. Конечным результатом является то, что свет, выходящий из передней линзы объектива и направляющийся к образцу, идет примерно параллельно, что обеспечивает равномерное освещение поля зрения. Обратите внимание, что во время выравнивания фонаря свет, собранный собирающим отражателем, не должен быть непосредственно сфокусирован на стенках оболочки лампы (вблизи дуги), чтобы избежать прямого нагрева колбы ее собственным излучением. Это действие приведет к чрезмерному нагреву лампы. Вместо этого расположите виртуальное изображение дуги с одной или с другой стороны лампы.

Одно из основных требований к использованию ксеноновой дуговой лампы для количественной флуоресцентной микроскопии заключается в том, что выходное излучение должно быть стабильным. Выходная интенсивность излучения ксеноновой лампы приблизительно пропорциональна току, протекающему через лампу. Таким образом, для обеспечения максимальной стабильности блок питания должен быть тщательно спроектирован. Источники питания дуговых ламп также должны иметь пусковое устройство для зажигания лампы. На рисунке 5 показана принципиальная схема типичного стабилизированного источника питания для ксеноновой дуговой лампы. Помимо питания лампы стабильным постоянным током ( DC ), источник питания также заряжается с поддержанием катода при оптимальной рабочей температуре с использованием определенного уровня тока. Схема стабилизации источника питания ксеноновой дуговой лампы, в зависимости от конструкции, может стабилизировать напряжение, ток или общую мощность (напряжение x ток). Если напряжение стабилизируется, ток (и яркость лампы) будет медленно уменьшаться по мере распада электродов. Напротив, если ток стабилизирован, лампа будет продолжать излучать на постоянном уровне до тех пор, пока электроды не достигнут критической точки износа, при которой лампа не сможет зажечься. С другой стороны, поскольку для поддержания фиксированного тока требуется возрастающее напряжение, мощность, подаваемая на дугу, медленно увеличивается по мере износа электродов, что может привести к перегреву и возможности взрыва. В источниках питания, которые стабилизируют общий уровень мощности, светоотдача будет медленно падать с увеличением тока по мере увеличения напряжения, необходимого для поддержания дуги.

Когда дуговые лампы холодные (по сути, при комнатной температуре), они действуют как электрические изоляторы, и газообразный ксенон, окружающий электроды, необходимо сначала ионизировать, чтобы инициировать и установить дугу. В большинстве конструкций источников питания зажигание осуществляется с помощью высоковольтных всплесков (30–40 кВ) от вспомогательной цепи, создающей разряд между электродами. Специализированная схема часто упоминается как триггер или воспламенитель , потому что она подает мгновенный высокочастотный импульс на ламповую нагрузку через индуктивную связь (см. рис. 5). После образования дуги ее необходимо поддерживать постоянным источником тока от основного источника питания, величина которого зависит от параметров лампы. Типичная лампа XBO мощностью 75 Вт работает при напряжении 15 вольт и силе тока от 5 до 6 ампер, но эти цифры зависят от производителя и увеличиваются с увеличением мощности лампы. Обратите внимание, что лампа XBO работает при значительно более высоком токе, чем можно было бы ожидать при относительно низком напряжении, которое определяется размером дугового промежутка, давлением ксенона и рекомендуемой рабочей температурой. Пульсации тока от источника питания должны быть сведены к минимуму, чтобы обеспечить длительный срок службы дуговой лампы. Таким образом, качество постоянного тока, используемого для питания лампы, должно быть высоким, а пульсации должны быть менее 10 процентов (полный размах) для ксеноновых ламп мощностью до 3000 Вт.

Специализированные ксеноновые лампы, выпускаемые производителями вторичного рынка, часто имеют опции выбора длины волны и соединяют выходной сигнал с оптическим волокном или жидким световодом для передачи на оптическую систему микроскопа для высокоэффективного освещения в выбранных областях спектра. Примеры включают Lambda LS (Sutter Instrument), который включает ксеноновую лампу, холодное параболическое зеркало и источник питания в одном корпусе, соединенном с жидким световодом. В Lambda LS можно установить внутренний фильтрующий элемент, фильтрующие вставки и второй внешний фильтрующий элемент. Более совершенный и быстрый прибор от Sutter, DG-4, способен обеспечивать скорость переключения длин волн в диапазоне 1-2 миллисекунды, используя конструкцию двойного гальванометра, соединенную со стандартными интерференционными фильтрами. Свет от ксеноновой дуговой лампы фокусируется на первом гальванометре, который путем отражения от параболического зеркала направляет его на интерференционный фильтр.