Люминесцентная лампа — газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышает нескольких процентов. Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора.

При подаче напряжения в цепь электрический ток нагревает катоды. Катоды покрыты специальным материалом, который при нагреве испускает электроны. Появление этих электронов приводит к образованию тока и электрического разряда между противоположными концами разрядного промежутка. Лампа заполнена парами ртути и электроны в процессе своего движения сталкиваются с атомами ртути, которые в результате вызывают ультрафиолетовое (УФ) излучение. УФ-излучение поглощается люминофорным слоем внутри трубки и преобразуется в видимый свет. Изменяя состав люминофора можно менять оттенок получаемого света.

С точки зрения электротехники люминесцентная лампа — устройство с отрицательным сопротивлением (чем больший ток через неё проходит — тем больше падает её сопротивление). Поэтому при непосредственном подключении к электрической сети лампа очень быстро выйдет из строя из-за огромного тока проходящего через неё. Чтобы предотвратить это лампы подключают через специальное устройство (балласт). В простейшем случае это может быть обычный резистор, однако в таком балласте теряется значительное количество энергии. Чтобы избежать этих потерь при питании ламп от сети переменного тока в качестве балласта может применяться реактивное сопротивление (конденсатор или катушка индуктивности).

В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов — электромагнитный и электронный.

Электромагнитный балласт представляет собой индуктивное сопротивление (дроссель) подключаемое последовательно с лампой. Для запуска лампы с таким типом балласта требуется также стартер. Преимуществами такого типа балласта является его простота и дешевизна. Недостатки — мерцание ламп с удвоенной частотой сетевого напряжения (в России — 100 Гц), что повышает утомляемость и может негативно сказываться на зрении, относительно долгий запуск (обычно 1-3 сек, время увеличивается по мере износа лампы), большее потребление энергии по сравнению с электронным балластом. Дроссель также может издавать низкочастотный гул. Помимо вышеперечисленных недостатков, можно отметить ещё один. При наблюдении предмета вращающегося или колеблющегося с частотой равной или кратной частоте мерцания люминесцентных ламп с электромагнитным балластом такие предметы будут казаться неподвижными из-за эффекта стробирования.

Электронный балласт представляет собой электронную схему, преобразующую сетевое напряжение в высокочастотный (20-60 кГц) переменный ток, который и питает лампу. Преимуществами такого балласта является отсутствие мерцания и гула, более компактные размеры и меньшая масса, по сравнению с электромагнитным балластом. При использовании электронного балласта возможно добиться мгновенного запуска лампы (холодный старт), однако такой режим неблагоприятно сказывается на сроке службы лампы, поэтому применяется и схема с предварительным прогревом электродов в течение 0,5-1 сек (горячий старт). Лампа при этом зажигается с задержкой, однако этот режим позволяет увеличить срок службы лампы.

В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется пускатель (стартер), представляющий собой миниатюрную газоразрядную лампочку с неоновым наполнением и двумя металлическими электродами. Один электрод пускателя неподвижный жёсткий, другой - биметаллический, изгибающийся при нагреве. В исходном состоянии электроды пускателя разомкнуты. Пускатель включается параллельно лампе. В момент включения к электродам лампы и пускателя прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Электроды лампы холодные и напряжение сети недостаточно для её зажигания. Но в пускателе от приложенного напряжения возникает разряд, в результате которого ток проходит через электроды лампы и пускателя. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для электродов пускателя, отчего биметалличекая пластинка, нагреваясь, изгибается и замыкается с жёстким электродом. Ток в общей цепи возрастает и разогревает электроды лампы. В следующий момент электроды пускателя остывают и размыкаются. Мгновенный разрыв цепи тока вызывает мгновенный пик напряжения на дросселе, что и вызывает зажигание лампы. К этому моменту электроды лампы уже достаточно разогреты. Разряд в лампе возникает сначала в среде аргона, а затем, после испарения ртути, приобретает вид ртутного. В процессе горения напряжение на лампе и пускателе составляет около половины сетевого за счёт падения напряжения на дросселе, что устраняет повторное срабатывание пускателя.

Люминесцентные лампы — наиболее распространённый и экономичный источник света для создания рассеянного освещения в помещениях общественных зданий: офисах, школах, учебных и проектных институтах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлением современных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки в обычные патроны E27 или E14 вместо ламп накаливания, они стали завоёвывать популярность и в быту. Применение электронных пускорегулирующих устройств (балластов) вместо традиционных электромагнитных позволяет ещё более улучшить характеристики люминесцентных ламп — избавиться от мерцания и гула, ещё больше увеличить экономичность, повысить компактность.

Главными достоинствами люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются высокая светоотдача (люминесцентная лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа накаливания) и более длительный срок службы (2000-20000 часов против 1000 часов). В некоторых случаях это позволяет люминесцентным лампам экономить значительные средства, несмотря на более высокую начальную цену.

Применение люминесцентных ламп особенно целесообразно в случаях, когда освещение включено продолжительное время, поскольку включение для них является наиболее тяжёлым режимом и частые включения-выключения сильно снижают срок службы.

Наиболее общеупотребительной является форма в виде цилиндрической прямой трубки. Как правило, диаметр трубки указывается в мм, но в иностранных каталогах и литературе часто можно встретить так называемый T-размер. После обозначения T идет значение диаметра в восьмых частях дюйма. Например, T8 обозначает 26мм, а T12 – 38 мм.

Существуют также люминесцентные лампы U-образной формы, которые имеют укороченную длину и цоколи с одной стороны. Бывают также кольцевые лампы. У них четырехштырьковый цоколь, а само кольцо – трех различных диаметров.

Цоколи у люминесцентной лампы могут быть различными. У трубчатых ламп самыми распространенными являются G13 и G5.

Электрическая цепь для включения люминесцентной лампы должна иметь балласт и стартер. Балласт обычно представляет собой обыкновенный электромагнитный дроссель, т.е. индуктивный элемент. Самый распространенный тип стартера – стартер тлеющего разряда, представляющий собой по сути дела маленькую лампочку тлеющего разряда с термоконтактами, заключенную в стандартный цилиндрический корпус.

В первый момент после включения в стартере возникает тлеющий разряд. Биметаллические термоконтакты стартера нагреваются и замыкают цепь таким образом, что ток последовательно проходит через него и оба катода. При этом ток нагревает катоды. На катодах возникает так называемая термоэмиссия благодаря специальному веществу, которым они покрыты. Затем термоконтакты стартера остывают и автоматически размыкают цепь. При этом благодаря индуктивным свойствам дросселя на электродах происходит значительный бросок напряжения. Если электронов внутри трубки достаточно, то возникает электрический разряд и роль стартера фактически заканчивается до следующего нового включения лампы. Если электронов в трубке недостаточно, то лампа будет мигать и не разгораться, а стартер будет повторять цикл нагрева катодов.
Роль балласта заключается в том, чтобы ограничить проходящий через лампу ток до уровня, который соответствует ее мощности. Если бы не было балласта, то ток мог бы возрастать почти неограниченно и лампа вышла бы из строя. Часто в таких цепях параллельно входу включается конденсатор, который служит для компенсации реактивной мощности. Совокупность перечисленных выше элементов, обеспечивающих нормальную работу люминесцентной лампы, называется пускорегулирующим аппаратом (ПРА).
Существуют и другие многочисленные варианты схем включения люминесцентных ламп.

1. Стандартные лампы . В лампах этой серии применяются галофосфатные люминофоры, позволяющие получить следующий традиционный набор цветовых оттенков белого света: холодный белый (Cool White), теплый белый (Warm White), белый (White), дневной (Daylight) и естественный белый (Natural). Лампы этого типа широко используются в установках общего освещения.
2. Лампы с трехполосным люминофором . В этих современных лампах используется высокоэффективный трехполосный люминофор, благодаря которому световой поток таких ламп на 17% выше, чем у стандартных люминесцентных ламп. Другими их отличительными особенностями являются повышенный срок службы и исключительно высокая стабильность светового потока. Благодаря последнему обстоятельству осветительные установки с применением люминесцентных ламп с трехполосным люминофором всегда выглядят как новые.
Срок службы люминесцентных ламп с трехполосным люминофором в настоящее время может достигать 20000 часов при работе с электронным ПРА (GE Polylux XLR, OSRAM Lumilux Plus). Благодаря высоким световым характеристикам этих ламп их использование приводит к снижению числа устанавливаемых светильников. При освещении этими лампами великолепно передаются цвет лица человека, цвета тканей, продуктов питания и других искусственных и естественных объектов. Индекс Ra у люминесцентных ламп с трехполосным люминофором превышает 85.
Немаловажный экологический параметр люминесцентных ламп – это содержание ртути. Здесь достигнут значительный прогресс. Зарубежные производители добились снижения этого показателя до 4,0 мг.
Сегодня эти лампы завоевывают все большее признание. Они широко применяются на многочисленных предприятиях торговли, в современных офисных центрах, косметических салонах и парикмахерских, спортивно-оздоровительных центрах и местах досуга и отдыха. Не менее интересным направлением является использование этих ламп в установках световой рекламы. Отличная цветопередача и повышенная яркость позволяют получить яркие, сочные цвета без искажений и точно в соответствии с цветным оригиналом.
3. Лампы с пятиполосным люминофором. Еще лучше воспроизводятся цвета при освещении лампами с пятиполосными люминофором. Эти источники света имеют индексы цветопередачи, приближающиеся к 100. Уступая лампам с трехполосным люминофором в светоотдаче, эти лампы необходимы там, где требуется максимально правильная цветопередача, например в типографии, рекламном бюро и т.д.
4. Специальные лампы. В эту группу можно включить цветные люминесцентные лампы, лампы со специальным спектром излучения, лампы быстрого старта, лампы УФ-излучения и другие.