非電氣專業的學生求解這道電工技術的題？

01-12

題目如圖。本人土木專業，這個是電工技術課的一道拓展題，因為課本上沒有學過這個知識所以不是很懂。上網查了一些資料，了解了日光燈的啟輝原理，可是有一點不太明白，為什麼這個圖裡面沒有鎮流器呢？還有這個白熾燈的作用是什麼？（我覺得是通過白熾燈的亮滅情況來反映電路中的電流從而反映日光燈啟動的整個過程。。。但是不確定）希望有懂這個的前輩指教一下，感謝。

有意思的問題，雖然看似淺顯，但深究它還是有點內容的。

看下圖：

上圖中的原圖就是題主的圖。

我們看中間的圖，也即實際圖。

當電壓載入後，電壓瞬間載入到啟輝器S的兩端。啟輝器內部的電極是雙金屬片，冷態時是打開的。當氖氣承受電壓被擊穿而出現電暈時，會產生熱量，使得雙金屬片受熱閉合。閉合後氖氣承受的電壓為零，雙金屬片再次打開。這樣一來，電流就出現了劇烈變化。

我們知道，鎮流器其實就是電感線圈而已。當電流劇烈變化時，它會產生高壓，其表達式為：

$U_{L} =-Lfrac{di_{L} }{dt}$

也就是說，鎮流器產生的反向電動勢高壓與流過它的電流的變化率有關：時間越短，電壓就越高。由於啟輝器中雙金屬片開斷的時間很短，因此鎮流器產生的高壓略高於電源電壓的兩倍，即500V左右。此電壓將日光燈燈管中的氣體擊穿，使之發光。

之後，整流器起到穩定電流的作用，同時也確保燈管兩端的電壓維持在80V左右，使之能穩定發光。

我們看右圖，此圖是氣體的擊穿特性。曲線的縱坐標是電壓，橫坐標是電流，因而此圖又被稱為氣體擊穿的伏安特性曲線。

圖中左側是非自持放電區，它的特點是，氣體被電離後不能自己維持；圖中右側為自持放電區，它的特點是，氣體被電離後能自己維持。

兩個區域中間最高點所對應的電壓值叫做氣體的擊穿電壓。

另外，自持放電區的第一個弧長區域被稱為輝光放電區，後部是弧光放電區。對於日光燈來說，它被擊穿點燃後，工作在輝光放電區。

輝光放電的特點是：它充滿整個氣體空腔，且光強度柔和，視覺效果好。

由此我們可以知道，正是因為鎮流器會產生500V以上的高壓，此高壓使得日光燈管中的氣體被擊穿；擊穿後鎮流器中的電壓又迅速地降低，使得燈光中能有近80V的維持電壓，這樣燈管中的氣體才能穩定在輝光放電區域。

我們看下圖，也即分析圖：

圖中的電阻R就是燈泡電阻。現在的問題是：電路中能產生高電壓嗎？

我們知道，電容有如下特點：

$i_{C} =Cfrac{dU_{C} }{dt}$

也即，當電容兩端的電壓發生激變時，電容能產生很大的電流流過線路。也因此，它與電感正好有對偶的關係：電感能產生高壓，而電容能產生大電流。

這個電流會在整個電路中產生一定的電壓，並且這些電壓分布在整個電路中。由於燈絲存在電阻，雙金屬片有電阻，因此載入在燈光兩側之間的電壓值應當不足以擊穿燈管中的氣體間隙。故而，這個電路從理論上來講，應當不能使日光燈管被點燃。

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我不知道老師出這道題的意義是什麼？也許是判斷題吧。

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大家肯定發現了，十分常見的日光燈裡面居然有這麼多的技術。所以當日光燈發明出來後，申請了專利，整整二十年，大家都不允許自行開發。發明者掙了N多的錢。

這個例子告訴我們：自主的研發才是硬道理。

@Patrick Zhang 先生講得已經很清楚了，我來補充下吧。

我網上找了張日光燈的圖，侵刪，題主給的圖中在整個電路上並聯了一個電容器，是因為原電路由於鎮流器的存在呈感性，加了電容可提高日光燈的功率因數。除此之外，我給的這張圖在啟輝器旁邊也並了一個電容，這是為了減小日光燈啟動時對無線電接收機的干擾，對於日光燈啟動並無實際作用。

簡單說明以下完整的過程：

首先得明白最基本的一點，電容電壓不能突變，電感電流不能突變，閉合開關後，220V 50Hz的電壓加在鎮流器和啟輝器兩端，啟輝器裡面的雙金屬片一開始是打開的，兩端加上電壓後兩片金屬片之間產生電勢差，跳泡內的氣體弧光放電，使得啟輝器溫度上升，雙金屬片受熱彎曲閉合，電路連通，電流開始通過鎮流器和啟輝器並逐漸增大。由於雙金屬片此時已經閉合，氣體不再弧光放電，溫度下降後雙金屬片再次打開，由於電感電流不能突變，此時鎮流器將在很短的時間內產生很大的脈衝電壓，擊穿燈管內的氣體，此後電壓恢復正常，燈管即可正常工作。鎮流器同時保證了燈管和電源電壓之間有一定的相位差，從而維持燈的二次啟動電壓，使燈能更穩定的工作。

謝邀！前面兩位回答的很好也很全面，我就不補充了！