Імпульсні лампи (ІЛ) призначені для створення інтенсивних короткочасних спалахів світла. Виникають у них ці спалахи в результаті збудження атомів газів або парів у потужному (десятки і сотні тисяч кіловат) короткочасному електричному розряді. Найчастіше цей потужний розряд в ІЛ створюють розрядкою через міжелектродний проміжок лампи конденсатора, здатного за малий проміжок часу утворювати великий струм. Залежно від конструкції лампи і параметрів електричної схеми таким чином можна утворювати спалахи різної тривалості (102- 108 с), дуже високої яскравості ( до 1011 кд/м2) і з великим світловим потоком (до 1010 лм). Можна також одержувати спалахи, що повторюються через певні проміжки часу, регулювати які можна в досить широких межах. Застосовуються ІЛ у фотографії, поліграфії, в системах світлової сигналізації та оптичного зв'язку, у фотохімії, для локації, стробоскопії, для оптичного накачування лазерів та з іншою метою.
У більшості ІЛ застосовується розряд у ксеноні, тому що його світлова віддача вища, ніж розрядів у інших інертних газах. Розряди в інших інертних газах, їхніх сумішах, а також у парах деяких металів і речовин використовуються в ІЛ спеціальних типів.
Виготовляють в основному два типи ІЛ: трубчасті і кульові.
Трубчасті ІЛ мають більшу світлову віддачу (більшу 45 лм/Вт), але дають спалахи меншої яскравості і більшої тривалості (10-5- 10-2 с), ніж кульові. Виготовляють їх з енергією спалахів від часток джоуля до десятків тисяч джоулів. Температура плазми в них 8000-12000 К. Їхні трубки виготовляють з тугоплавкого скла або кварцу з внутрішнім діаметром від часток міліметра до декількох десятків міліметрів. Довжина трубок цих ламп залежно від призначення і типу лампи може бути від декількох міліметрів до декількох метрів. Часто трубкам надають U-подібну, кільцеву, спіральну або іншу форму (рис. 4.29), що дозволяє створювати джерела світла з більш концентрованим сяючим тілом.
Рис. 4.29. Загальний вигляд декількох типів трубчастих ІЛ: а - типу ІФК120; б - ІФК150; в - ІФК200
Канал розряду в трубчастих ІЛ обмежений стінками розрядної трубки. Відстань між електродами в них значно більша за діаметр трубок, а тиск наповнюючого газу, зазвичай не перевищує (3...5)-104 Па.
До кульових відносять ІЛ, відстань між електродами яких набагато менша розмірів колби, тобто ці колби не обов'язково мають форму кулі (рис. 4.30). Розряд у них заповнює лише невелику частину внутрішнього об'єму колби, тобто він не обмежується стінками колби. Ці лампи можуть давати спалахи, тривалість яких менша за 10-5 с, проте світлова віддача у них у декілька разів менша, ніж у трубчастих ІЛ (менша 15 лм/Вт). Тиск наповняюючих газів (ксенону або суміші ксенону з азотом чи воднем) складає у цих ламп 105 Па і значно більше.
Рис. 4.30. Загальний вигляд декількох типів кульових ІЛ: а -
ІСК4; б - ІСК15; в - ІСК100; г - ІСК400-3
Для керування моментом спалаху при утворенні його в результаті розрядження конденсатора зазвичай застосовують два способи. Один з них застосовують тоді, коли лампа постійно підключена до конденсатора і напруга електричного пробою її міжелектродного проміжку більша за напругу, до якої заряджають конденсатор. Тому конденсатор не може розрядитися через цей проміжок без зниження його електричної міцності.
Щоб одержати спалах світла, до лампи від джерела незначної потужності підводять короткочасні імпульси досить високої напруги і частоти. Вони викликають електричний пробій міжелектродного газового проміжку лампи, після чого напруга конденсатора уже стає достатньою для утворення розряду. Велику потужність спалах має в результаті швидкого переходу енергії, яка була до початку спалаху накопичена в електричному полі конденсатора, в розряд. Підводиться запалюючий імпульс напруги між основним і керуючим (третім) електродами. У трубчастих лампах керуючий електрод часто виготовляють у вигляді металевої смужки, яка розміщується на поверхні лампи. Іноді цю смужку накручують на колбу лампи як спіраль. У кульових ІЛ керуючий електрод має вигляд голки, яка розташована поблизу одного з основних електродів. Деякі ІЛ не мають керуючого електрода і запалюються короткочасним збільшенням напруги між основними електродами.
При застосуванні іншого способу керування моментом спалаху світла конденсатор заряджається до напруги, що перевищує напругу електричного пробою розрядного проміжку лампи, але в електричне коло вмикається керуючий елемент (спеціальний розрядник, тиратрон тощо), який замикає коло тільки в потрібний момент часу.
У загальному випадку розряд конденсатора з ємністю С в електричному колі з певною індуктивністю L, в яке увімкнена лампа з опором Ал (рис. 4.31), згідно з другим законом Кірхгофа описується рівнянням
Рис. 4.31. Схема електричного кола з конденсатором, що розряджується через ІЛ
з яких випливає, що
Отже, згідно з рівнянням (4.2)
Хоч це рівняння і є нелінійним через нелінійність опору лампи Ra, воно значно полегшує якісний аналіз процесів, які відбуваються у даному колі.
Напруга на конденсаторі, при якій при подачі керуючого імпульсу високої напруги у лампі починається розряд, називається напругою запалювання ІЛ, а напруга, при подачі якої на основні електроди у лампі починається розряд і при відсутності керуючого імпульсу, називається напругою самопробою.
У багатьох випадках для утворення спалахів світла конденсатор необхідно заряджати до напруги, яка має досягати декількох кіловольт і більше. Тому вживають спеціальні заходи захисту, здатні забезпечити повну безпеку роботи з такими лампами. Такими заходами, зокрема, є: заземлення, блокування і розрядження конденсатора.
Розрядний струм конденсатора (струм лампи) при утворенні потужного спалаху світла досягає дуже великих значень, що є характерною особливістю ІЛ. При витрачанні накопиченої в конденсаторі енергії розрядний струм зменшується і лампа гасне. Разом зі зміною струму змінюються також сила світла Іа, потік випромінювання Фе, світловий потік Ф та інші світлотехнічні характеристики лампи. Графік зміни сили світла ІЛ у часі показаний на рис. 4.32. Крім світлових, електричних і інших величин, якими зазвичай характеризують РЛ стаціонарної дії, ІЛ характеризують ще й рядом додаткових величин. До найважливіших з них поряд із тривалістю спалаху tси , частотою спалахів, піковим (максимальним) значенням сили світла Іп, енергією спалаху відноситься освітлювання θ, яке є інтегральною величиною,
де Ia(t) - залежність, яка визначає миттєві значення сили світла.
Рис. 4.32. Графік зміни сили світла ІЛ у часі
де Ф(t) - залежність, яка визначає миттєві значення світлового потоку.
Залежно від області застосування найпоширеніші ІЛ розподіляють на фотоосвітлювальні, сигнальні та стробоскопічні. Фотоосвітлювальні ІЛ зазвичай працюють у режимі окремих спалахів, сигнальні - в режимі спалахів, що повторюються, а стробоскопічні - в режимі спалахів, які часто повторюються. Позначають ІЛ трьома літерами. Перша літера І вказує на те, що лампа є імпульсною, друга літера Ф - на те, що вона фотоосвітлювальна, а друга С - на те, що вона стробоскопічна. Третя літера характеризує форму лампи і сяючого тіла (К - компактна, Т - трубчаста, П - з прямою трубкою, Б - з кільцевою трубкою). Число, яке стоїть після літер, у фотоосвітлювальних ІЛ позначає номінальне значення енергії спалаху, а у стробоскопічних - середню електричну потужність.