霓虹灯珠可以做光线传感器？

“小时候每次逢年过节，都缠着父母去南京路、淮海路看灯，长大了才知道，这些五颜六色、一闪一闪的灯叫霓虹灯。虽然随着 LED 的普及霓虹灯渐渐被替代，但其特质及独有的电气属性仍然值得玩味。”

如果您去过20年前的香港，一定会对街边五彩缤纷的招牌记忆犹新：明亮但却柔和，能够穿透夜色的迷雾，让人愿意久久凝视。但如今再去，好像找不到以前那种感觉了。您的直觉是没错的，因为霓虹灯正被更节能、廉价但却棱角分明的 LED 等取代：

今天我们复古一把，来探究下霓虹灯的有趣特性。 国内的在线商城已经很难买到单颗的霓虹灯珠了（灯带还有，但也逐渐被 LED 灯带取代）。但我们仍然可以在 Digikey 上买到这些古老的物料：

看一下 VCC 的某个数据手册，大概了解下霓虹灯珠的特性：

和 LED 等最明显的区别就是工作电压了，霓虹灯一般都需要 60~90 V击穿电压才能工作，这和常用 LED 5V 以下的工作电压完全不是一个量级的。所以 PCB 上的指示灯，肯定不会用霓虹灯珠。

霓虹灯的特性

霓虹灯是小型气体放电管（通常是氖气），具有相当有趣的电气特性。在达到某个电压(击穿电压,大多数约为90V)之前，灯几乎不导通。一旦达到击穿电压，灯内的气体电离，使电流更容易流动。如果保持在击穿电压，灯珠会产生电弧并很快过热。霓虹灯需要驱动电路来避免这种情况，对于小型低功率指示灯来说，这可以简单到只需要一个电阻。

电阻限制通过灯泡的电流，在霓虹气体电离并开始导电时降低电压。这就是大多数市电供电设备中霓虹灯的工作原理，直接使用 110-240V 交流电加一个电阻。

这个电路（如果使用直流）可以通过添加一个电容轻松实现振荡，产生闪烁的光。这是因为霓虹灯具有滞后特性，它们会在比点亮所需电压低得多的电压下（通常约50V）维持点亮的状态。

如果电路稍微复杂一点，可以实现顺序点亮的效果（需要找几个击穿电压接近的灯珠）：

用霓虹灯作为有源元件，甚至可以制作更复杂的配置，如计数器、锁存器和完整的计算器。

霓虹灯的“暗效应”

霓虹灯的另一个有趣特性是“暗效应”。当霓虹灯处于黑暗中时，其击穿电压会比在明亮环境中高。如果在黑暗中将电压调整到合适水平，然后用光照射氖灯，它就会亮起来。

霓虹灯做光线传感器？

光对霓虹灯有一个非常有趣的效应：在非常低的电压下（低于10伏），光可以使霓虹灯略微导电（在9伏时电流小于一纳安）。这种电流很难直接测量，但可以通过一个简单的放大器来检测，该放大器由3个2N3904晶体管构成：

照射到霓虹灯上的光越多，通过 R1 的电流就越大，TP1 处的电压就越高。 这个电路对电磁干扰非常敏感，因此电路尺寸应尽可能小，并将示波器设置为平均电压模式（通常称为高分辨率模式）。你也可以在R1串联一个电流表（电流约为40 0µA，所以尽量使用量程在1mA左右的电表）。如果你没有模拟电表，也可以在R1串联一个200nF电容。 霓虹灯的一个有趣特点是，在移除光源后需要一定时间（约500ms）才能停止导电。

霓虹灯并不是特别好的光线传感器，信号电平极低且响应时间差，但它们确实能够检测光线，即使在很低电压下运行时也是如此。

霓虹灯 VS LED 最后，我们来简单对比下霓虹灯与 LED 等：

	霓虹灯	LED
工作原理	通过气体放电发光，内部充满惰性气体(通常是氖气)	使用半导体 PN 结，通过电子-空穴复合发光
工作电压	需要较高的击穿电压(约 60-90V)	工作电压较低(通常 1.8-3.3V)
电流特性	具有负阻特性，需要限流电阻防止过流	正向导通特性，同样需要限流但更容易控制
寿命和可靠性	寿命较长(约 15,000-50,000 小时)	寿命更长(50,000-100,000 小时)
应用场景	高压设备指示   复古设计 特殊用途(如光敏传感器)	现代电子设备指示 照明 显示屏
能耗	能耗相对较高	能耗低，效率高
响应速度	开关响应较慢	可以实现高速开关(ns级)
成本	制造成本相对较高	大规模生产，成本低

这就是为什么现代电子设备多采用 LED 作为指示灯，而霓虹灯主要用于特殊场合或复古设计。

    参考文献： https://10maurycy10.github.io/misc/neon-light-sensor/ 本文遵循 Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.  

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审核编辑 黄宇