Галогенная лампа является одним из вариантов лампы накаливания, характеристики которой улучшены для более экономичной и долговечной работы. Для получения света в ней используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность.

Долговечность обычной лампы накаливания ограничена из-за того, что при большой температуре металл нити испаряется. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Тело накала галогенных ламп накаливания изготавливают из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.

Принцип действия галогенных ламп накаливания заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений — галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.

Галогенная добавка в лампах накаливания с вольфрамовым телом накала вызывает замкнутый химический цикл. Йодно-вольфрамовый цикл препятствует осаждению вольфрама на колбе, но не обеспечивает возвращение его частиц в дефектные участки тела накала. Поэтому механизм перегорания тела накала в йодных лампах остается таким же, как и в обычных лампах накаливания.

Применение йода в галогенных лампах накаливания выявило некоторые его недостатки: агрессивность по отношению к металлическим деталям, трудность дозировки, некоторое поглощение излучения в желто-зеленой области. Другие галогены (бром, хлор, фтор), будучи более агрессивными, в чистом виде не могут его заменить. В настоящее время в большинстве галогенных ламп накаливания применяют химические соединения галогенов - бромистый метил и бромистый метилен. Чистый бром выделяется в зонах с температурой выше 1500 °С. Для галогенных ламп накаливания с большим сроком службы применяют СН₃Вr, полагая, что таким путем вводится некоторый избыток водорода, компенсирующий его утечку через горячую кварцевую колбу. По сегодняшний день продолжается работа по подбору новых летучих соединений галогенов.

Исследования показывают, что механизм возвратного цикла значительно сложнее, чем представлялось на ранней стадии создания галогенных ламп накаливания. Установлено, что йодно-вольфрамовый цикл не происходит в лампе, абсолютно свободной от кислорода, однако, введение в галогенные лампы накаливания кислорода способствует появлению вредного для ламп водяного цикла, как и в обычных лампах накаливания.

Длинные линейные галогенные лампы накаливания имеют недостатки: их невозможно долго эксплуатировать в наклонном или вертикальном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ отделяются друг от друга и регенеративный цикл прекращается. Из-за высокой стоимости кварца и недостаточной технологичности галогенных ламп накаливания, они пока еще дороги.

Галогенные лампы накаливания по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный по времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, благодаря применению кварцевой колбы. Малые размеры и прочная оболочка позволяют наполнить лампу до высоких давлений ксеноном и получать на этой основе более высокую яркость и повышенную световую отдачу (либо повышенный фактический срок службы).

 

 

Галогенные лампы накаливания применяются для светильников общего осве­щения и прожекторов, инфракрасного облучения, кино-фотосъемочного и теле­визионного освещения, автомобильных фар, аэродромных огней, оптических приборов и др. Миниатюрные лампы применяются в кинопроекторах, в меди­цинских приборах, в проекторах измерительных лабораторий, театральных свето­вых приборах, в подводных световых приборах. Среднегабаритные лампы при­меняются в осветительной аппаратуре для цветных кино-, фото-, телесъемок.

Выделяют следующие типы галогенных ламп.

 

 

Существенные характеристики лампы накаливания - световая отдача и срок службы - в основном определяются температурой спирали: чем выше температура спирали, тем выше световая отдача, но тем короче срок службы.

Сокращение срока службы является последствием быстро растущей при повышении температуры скорости испарения вольфрама, которая приводит с одной стороны, к потемнению колбы, а с другой - к перегоранию спирали.

Потемнение колбы можно эффективно предотвратить с помощью галоген­ной добавки к газу-наполнителю, которая в процессе вольфрамо-галогенного цикла не дает уже испаренному вольфраму осесть на стенках колбы. Испаренный из спирали в процессе работы лампы вольфрам попадает в результате диффузии или конвекции в температурную область (T₁ < 1400 К) вблизи стенки колбы, где образует стабильное вольфрамо-галогенное со­единение. Вместе с тепловым потоком эти соединения снова перемещаются в зону горячей спирали (Т₂ > 1400 К) и там снова распадаются.

Часть вольфрама снова восстанавливается на спирали, но уже на новом месте. Нормальный вольфрамо-галогенный цикл приводит т.о. лишь к предот­вращению потемнения колбы, но не к увеличению срока службы, который закончится в результате разрыва спирали на возникших «горячих ячейках».

Так называемый «регенеративный» цикл был бы возможен с участием фтора. Но этот способ сегодня еще не разработан из-за агрессивности фтора по отношению к кварцевому и тугоплавкому стеклу, а также по причине его сопротивляемости к ныне используемым галогенам.

Галогенные лампы накаливания нового поколения, с отражающим инф­ракрасное излучение покрытием ламповой колбы, характеризуются значи­тельным повышением световой отдачи.

Это обусловлено следующим физическим процессом. Часть энергии, ко­торая в обычных галогенных лампах накаливания преобразовывается в неви­димое инфракрасное излучение (более 60% производительности излучения), в лампах с покрытием частично преобразовывается снова в свете. Это становится возможным благодаря структуре покрытия, которое пропускает только видимый свет, а инфракрасное излучение по возможности полностью воз­вращает на спираль, где оно частично поглощается. Это вызывает повыше­ние температуры спирали, вследствие чего подачу электроэнергии можно сократить. Световая отдача возрастает.