電燈泡內通有交流電,為什麼看不到燈泡在閃爍?
2021-01-15 TsinghuaJoking前兩天，看到頭條上有一個有趣的帖子，討論為什麼普通燈泡裡通有交流電，電流的大小方向時時刻刻都在改變，而我們看不到燈泡在閃爍？
這個問題如果我再向自己已經上大學的兒子提出，他會嘲笑這問題太簡單了。帖子的作者也大體羅列了兩個原因，使得人感覺不到燈泡在閃爍：
原因1：：燈泡的亮度變化（閃爍）的頻率應該和普通家用交流電的頻率（50Hz）相同，由於 人的視覺暫留[1] 效應也不會覺察到燈泡的閃爍。
原因2： 燈泡（白熾燈）的燈絲具有熱慣性，雖然交流電的幅值變化所引起的電功率的波動，但反映到燈絲溫度上就比較平滑，所以實際上波動較小，人眼不易覺察。
▲ 視覺暫留效果人類感知燈光閃爍的能力與視覺暫留現象還不完全一致，人們對於燈光閃爍感知的頻率遠遠高於視覺暫留（大約1/15秒鐘左右）對應的頻率。為了消除閃爍影響，普通膠片電影播放機對每一幀圖片要閃爍兩次。
人眼不同部位對於閃爍感知能力也不同。視覺邊緣（人眼餘光）部分能夠感知閃爍的頻率比人眼中心位置更高，因此由此側目能夠看到某些閃爍，當正眼看的時候就覺察不出來了。
由於視覺暫留涉及到人的感知能力，不太容易測量。但是對於普通的燈具發出的光強到底變化大多，變化的頻率有多少是可以通過光電傳感器測量的。
在 SP-45ML光電二極體放大電路及其動態特性[2] 中介紹了一個基於SP-45ML光電管的光強測量電路及其動態特性，它的輸出電壓與輸入光強（光的能量）成線性關係。相應頻率大於25kHz，可以用來對於常見到的燈光的光強變化進行的測量。
▲ SP-45ML光電二極體放大模塊及其光導纖維根據測量結果可以確定常見到的燈具：
01幾種電燈泡亮度測試下面選擇辦公室裡有的幾種燈泡，點亮後使用 光導纖維[3] 將燈光引入 SP-45ML光電二極體放大模塊 。使用示波器觀察測量模塊輸出電壓波形，反映燈光強度的變化。
1.小型白熾燈白熾燈是由電功率所產生的熱能使得燈泡內鎢絲達到高溫後發射出熱輻射。熱輻射的大小和頻譜與燈絲溫度有關係。在平穩狀態下，輸入電功率與輻射能力（保安熱傳導耗散能量）保持平衡。燈泡消耗的熱能量與輸入電壓幅值，燈絲（熱）電阻都有關係。
▲ 小型白熾燈的亮度測試下圖顯示了燈泡的光強信號（藍色）和施加電壓信號（橙色，經過變壓器降壓耦合後的波形）。可以看到白熾燈的光強變化的頻率是輸入交流電壓頻率的兩倍（100Hz）。
▲ 交流電與光強波形由於燈絲的熱慣性，所以發射的光強是在一定範圍內波動，波形呈現為正弦波。波動的範圍是光強平均值的50%左右。下面是具體的測量數據。
■ 亮度參數均值：Mean:2.801，MIN=2.133, MAX=3.508, Max-Min=1.3752.LED燈下面是另外一個白色LED燈。外觀與一隻白熾燈泡相類似，內部包括有交流轉直流和LED驅動電路、LED燈盤封裝在一起。
▲ LED燈測量到的光強（藍色）信號基本上是恆定。不隨著交流電壓的變化而改變。我們知道 LED光強與流過的電流成正比[4] ，這類燈泡內驅動 LED電路往往具有恆流功能 ，所以整體光強較為恆定。
▲ 交流電與光強曲線為了提高效率，LED驅動電路採用PWM驅動。所以如果放大光強信號，可以看到LED燈光強呈現高頻波動的情況，頻率大約為10kHz。光強的變化頻率很高。遠遠超過人類能夠感知的頻域範圍。
▲ LED燈亮度高頻波動具體測量光強波動的範圍，大約是36%左右。
■ 亮度波動參數MIN=0.46575, MAX=0.672, MAX-MIN=0.206253.小型日光燈這是辦公室中另外一個小型日光燈。它的內部安裝有電子鎮流器，所產生的高壓脈衝能夠激發日光燈管點亮。
▲ 小型日光燈的光強變化下圖顯示了小型日光燈的亮度變化。可以看到它的亮度變化幅度很小，頻率是100Hz。從亮度曲線上來看基板上是全波整流，電容濾波之後帶動負載的電壓波形。
這說明在小型日光燈內的電子鎮流器沒有對全波整流之後的直流電壓進行穩壓，而且濾波電容的容值相對較小，工作電壓的波動引起亮度的變化。
▲ 日光燈光強下面是具體亮度變化數值。亮度變化幅值大約為21%左右。
MIN=1.805, MAX=2.242, MAX-MIN=0.43754.普通日光燈現在辦公室中還是用著普通的日光燈。這種光源在1934年被發明以來仍然被廣泛使用。
雖然燈管在屋頂，藉助於長長的光導纖維很容易將燈光引入光強測量模塊。
▲ 普通的日光燈管下圖顯示了普通的日光燈的光強隨著輸入電壓的變化的情況。和前面白熾燈相比，日光燈光強波動也是100Hz，但波動的波形不一樣。白熾燈由於是燈絲的熱慣性，所以光強波動呈現出正弦波動曲線。日光燈的光強實際上利用了螢光粉的餘輝現象，光強並沒有隨著電壓降低下降到0。當電壓重新升高，所激發出的紫外線超過餘輝強度後，光強立即上升，此時並沒有熱慣性，所以光強由弱變強非常快。
▲ 普通日光燈光強變化通過對光強數值分析，可以看到日光燈的光強變化範圍很大。光強變化與平均值相比接近90%！
日光燈光強變化這麼大，為什麼平時覺察不到呢？主要原因還是因為變化頻率（100Hz）超出了人眼感知的範圍）。不過據說某些人可以利用眼的餘光能夠還是能夠感知到這100Hz的閃爍。
MIN=0.2112, MAX=0.6019, MAX-MIN=0.39065.小型滷素燈泡下面是在實驗臺上對於樣品拍照時補光用的小型滷素燈泡，本質上也是白熾燈，只是內部增加了滷素氣體來延長燈泡的使用壽命。
▲ 小型滷素燈泡下面是該燈泡強度變化（藍色），相比於前面白熾燈，它的光強變化更小。大約只有20%左右。
▲ 小型滷素燈的亮度變化MIN=3.485, MAX=4.329, MAX-MIN=0.8446.半波整流後的白熾燈由於白熾燈消耗的電能與輸入電壓的平方成正比，所以它的亮度變化是輸入交流電頻率的兩倍。如果使用二極體將輸入交流電進行半波整流，那麼燈泡的亮度變化就應該與輸入交流電的頻率一致了。
▲ 半波整流對白熾燈供電下圖顯示了交流電經過一支二極體之後施加在白熾燈上，燈泡亮度的變化。亮度變化與輸入電壓的頻率一致，都是50Hz。同時亮度變化幅值也大大增加了，亮度變化之與平均值的比值達到了150%左右。
▲ 半波整流後的白熾燈亮度MIN=1.0162, MAX=3.4912, MAX-MIN=3.375如果現場觀察經過經過半波整流後驅動的白熾燈，實際上是可以感知到它在閃爍的。
※ 結論通過簡單的SP-45ML光電二極體測量普通的燈具光強的亮度變化，可以看到有幾種不同的情況：
普通的白熾燈亮度會發生20% ~ 50% 的變化，變化曲線呈現正弦波動，頻率是100Hz。普通的日光燈亮度變化有90%左右，呈現全波整流波形，頻率是100Hz.帶有電子整流器的日光燈，亮度變化較小，大約20%，變化曲線呈現全波整流，電容濾波的波形。頻率是100Hz。白色LED等，強度變化頻率大約是10kHz，亮度波動範圍35%。在國內，交流電頻率為50Hz，普通燈具的光強頻率都會超過100Hz，人眼不會感知到燈光閃爍。
在有的時候，普通的日光燈如果一端的燈絲損耗較大，使得發射電子的能力遠遠低於另外一端，此時日光燈的就具有類似二極體整流的特性。此時燈光閃爍頻率就是50Hz。很多人就會感覺到燈光在閃爍。
如果你感覺到頭上的日光燈閃爍了，是時候該更換一隻新的燈管了。
視覺暫留: https://baike.baidu.com/item/%E8%A7%86%E8%A7%89%E6%9A%82%E7%95%99/5125149?fr=aladdin
[2]SP-45ML光電二極體放大電路及其動態特性: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108517763
[3]光導纖維: https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.d9892e8dbD21MQ&id=565053495983&_u=bnvskcdaa84
[4]LED光強與流過的電流成正比: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107643688
相關焦點
-
交流電串聯兩個電容，在中間再串聯一個燈泡，為什麼燈泡會亮?
交流電串聯兩個電容，在中間再串聯一個燈泡，為什麼燈泡會亮？1⃣️電容的特性通交流隔直流，這是由交流電的頻率決定的。2⃣️AC電容通過的電流由uf大小以及適合的耐壓值所決定的。3⃣️電容的限流取決于越串聯限流越大，如果通過的電流不能達到燈泡的功率，就出現燈炮有發暗。4⃣️只要串聯電路裡的電燈泡能發光，不管電容放在哪一頭沒有區別，因為它們都在一條迴路上。 -
一個燈泡接入50Hz交流電,一秒真的會閃100次嗎?
50Hz的交流電錶示電流在一秒內發生50次周期性變換，一個周期內電流方向會變化兩次，那麼電流方向在一秒鐘內就會改變100次，由於我們家庭電路的電壓的大小與時間成正弦函數關係，因此一秒內會存在100個時間點燈泡兩端的電壓為0，這個時候電流也為0，那麼按照這個邏輯，如果在這種電壓下接入一個燈泡，燈泡將會在一秒內將會閃爍一百次，那麼事實上真的是這樣嗎 -
點亮黑夜——電燈泡的故事
李蓮英笑吟吟地閉合了電門，房內瞬間光明，慈禧大喜，「這比油燈、蠟燭好太多了，以後我一個人睡覺就不怕怕的」。這也給我們青年學生一些啟示，比如我有個師弟說，他想研究某個課題，但已經有很多人研究過了，怕自己做不出新意，遲遲猶豫不決。愛迪生出生之前很多年有很多人都搞過電燈泡了，但人們只記住了愛迪生。哪有什麼純原創，牛頓尚且需要站在巨人的肩膀上。放手去做就是了。 -
電燈泡的工作原理是什麼?
英國人約瑟夫·斯旺（Joseph Swan）和美國人託馬斯·愛迪生（Thomas Edison）幾乎同時（分別在1878年和1879年）使它成為現實，在以後的25年裡，全世界有上百萬人在家中安裝了電燈。與以往的照明方法相比，這種易於使用的技術無疑是一個裡程碑式的進步——世界從此徹底改變了。對於這一具有歷史轉折意義的事件而言，最令人驚奇的是電燈泡本身幾乎簡單至極。 -
「電燈泡」怎麼說?
今天是瓊燕要問的：電燈泡。 QY: Happy Friday, Donny! 你今天晚上有什麼計劃嗎？ Donny: Hmm, not yet. What do you have in mind? QY: Let's go salsa!! -
交流電是怎麼發明的?有了直流電,為什麼還要發明交流電?
電的發明使人們的生活從根本上發生了變化，而我們都知道，電可以分為直流電和交流電，兩者到底有什麼區別呢？眾所周知，直流電的發明者是愛迪生，但其實這麼說並不是準確，準確一點來說，愛迪生的發明主要是電的應用，而早在愛迪生之前，物理學家伏特就已經發明了可以產生直流電的原電池。 -
不識相的「電燈泡」
新東方網>英語>英語學習>語法詞彙>流行語>正文不識相的「電燈泡」 2012-11-24 15:41 來源：愛思英語 作者： -
海洋中的電燈泡
燈泡海鞘，是一種透明的海洋生物，外觀呈筒狀。它的身體附在貝殼、海藻或者垂直的巖壁上，它的身體上有黃色或者白色的線條，你可以看到其內部器官的運動，遠遠看上去像一個燈泡，因而得名燈泡海鞘。 看了這些，想必大家也想看看它的真面容了吧，咱先上圖！ -
「電燈泡」用英語怎麼說
看了一部無聊搞笑劇，是很無聊——憨厚的男主人公愛上了美麗的女一號，終於有一天鼓起勇氣邀約佳人，卻不想頭遭約會就與一個流浪漢不期而遇，於是，笑料連連，流浪漢就那麼跟著很想單獨享受浪漫的情侶…… 不過，電影雖無聊，電影的片名「The third wheel」卻妙不可言，它可謂一針見血道出了流浪漢與劇情的關係——這部電影主要靠這位充當 -
娛樂圈電燈泡誰最亮?林更新電燈泡太專業 趙麗穎是瓦數最大的
宋鍾基在節目中「淚訴」光洙，直言以後結婚就不要老是給我打電話了，畢竟我也是有家室的人了，做人要有點兒眼力見，這是在說自己婚後想要好好的享受二人世界，不希望被人打擾嗎？林更新這個人真實沒包袱，也沒眼色，一會在這裡發會兒光，一會又在那裡發會兒光，真是無處不在的電燈泡呀！ -
114歲電燈泡揭穿「驚天陰謀」
為什麼科技進步了燈泡的壽命反而縮短了 一盞114歲的電燈泡將帶領我們抽絲剝繭拆穿一樁驚人的跨國商業陰謀這項計劃技術性地將燈泡壽命限制在1000小時以內，如此一來，消費者才會不斷購買新的燈泡，燈泡銷售額才會持續成長，從而達到藉著 「計劃性汰舊」來控制消費者的目標。 -
到底是誰發明了電燈泡呢?
本文來自：百度知道日報儘管人們通常認為愛迪生發明了電燈泡，但這位著名的美國發明家並不是唯一一個致力於發明這種革命性技術的人。許多其他著名的人物也因為他們的電池、燈和第一個白熾燈泡的發明而被人們記住。?早期的研究與發展這個燈泡的故事早在愛迪生1879年獲得第一個商業成功的燈泡之前就開始了。 -
愛迪生沒有發明電燈泡?為打壓特斯拉,愛迪生有項難以啟齒的發明
先從愛迪生一生中最偉大的發明說起，電燈泡是他發明的嗎？並不是，電燈泡的出現更像是幾個科學家的「接力」。愛迪生的「偉大」在於，他買了電燈泡的專利。1810年，英國化學家戴維發明了電燭，利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年，美國人亨利·戈培爾將一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。 -
什麼是交流電?交流電和直流電的區別
兩者在使用中有許多區別，各有各的好處。尼古拉-特斯拉和愛迪生兩人的恩怨大家應該都有所聞，這兩人曾經因為交流和直流電引發「電流大戰」。 19世紀，愛迪生發明了直流電，是直流電的推廣者，當時幾乎所有人都認定直流電了，認為直流電的電流的方向始終不變，而交流電自始至終反覆使電流的方向和大小在發生變化，在實踐中是不可能使用交流電的。 -
英語熱詞:突然醒悟的「電燈泡時刻」
新東方網>英語>英語學習>語法詞彙>流行語>正文英語熱詞：突然醒悟的「電燈泡時刻」 2017-01-09 15:04 來源：中國日報網 作者： -
澳大利亞科學家發明可使用五十年的電燈泡
中新網坎培拉8月7日消息：澳大利亞科學家開發出一種可維持亮光五十年的革命性電燈泡，預料可望在未來二十年內上市。 這種電燈泡是由坎培拉澳大利亞國立大學教授賈卡迪斯率同其研究小組研發成功的。 賈卡迪斯告訴記者說，自從1897年愛迪生發明電燈以來，人類使用的白熱燈一直沒有太大改變，過去五十年來幾乎一成不變。 -
拜登:其實是黑人發明了電燈泡,而不是那個叫愛迪生的白人
來源：環球網原標題：拜登：其實是黑人發明了電燈泡，而不是愛迪生，為什麼歷史課沒教？【環球網報導 記者 喬炳新】「為什麼我們歷史課上不教歷史？其實是黑人發明了電燈泡，而不是那個叫愛迪生的白人。」雖然拜登沒有明言到底是哪位黑人，但是有媒體猜測，或許是與愛迪生共事的黑人劉易斯·霍華德·拉蒂默（Lewis Howard Latimer）。據《每日郵報》稱，愛迪生最初發明的燈泡是用紙絲製成的，但紙絲很快就燒壞了。與愛迪生共事的黑人劉易斯·霍華德·拉蒂默發明了使燈泡持續發光的碳絲。 -
拜登:黑人發明了電燈泡而不是白人愛迪生
拜登稱，「為什麼我們歷史課上不教歷史？其實是黑人發明了電燈泡，而不是那個叫愛迪生（Thomas Edison）的白人。」報導稱，愛迪生最初發明的燈泡是用紙絲製成的，但紙絲很快就燒壞了。與愛迪生共事的黑人拉蒂默（Lewis Howard Latimer）發明了使燈泡持續發光的碳絲。 -
牛人自製電燈泡,20000W,結果「亮」了
，就選擇了LED燈泡，下面看看他是怎樣試驗的： 他將10個100W的LED燈泡聯排固定到一起，每一隻LED大燈泡都是單獨驅動的，他還用了不少導熱矽脂來降低被燒壞的風險。 然後rctestflight就開始滿屋子撒歡了，1000W到底有多亮？ -
第一個電燈泡不是愛迪生發明的,而是他!
在回答電燈泡是誰發明的這個問題時，大多數人的第一反應是愛迪生。然而，第一個發明電燈泡的卻另有其人。美國著名科學家託馬斯·阿爾瓦·愛迪生，被譽為發明大王，他一生的發明共有兩千多項，擁有專利一千多項。他的四大發明：留聲機、電燈、電力系統和有聲電影，豐富和改善了人類的文明生活。愛迪生仔細分析了當時的煤氣燈和弧光燈，他把重點放在尋找一種耐熱材料上，當電流把它燒到白熱化程度不至於斷裂或熔化。