V náhledovém obrázku pro Tipy a triky používáme motiv žárovky, proč se tedy jednou nepodívat na několik drobností, které se týkají právě žárovek?
Na žárovku nemusíme pohlížet jen jako na zdroj světla, který v současné době kvůli nesporně malé účinnosti přeměny elektřiny na viditelné světlo upadl v nemilost, ale také jako na zajímavou a užitečnou elektronickou součástku. Ostatně, v některých aplikacích je stále použití žárovek nejvhodnější, ať už proto, že jsou všesměrovým a rozměrově malým, téměř bodovým zdrojem světla, nebo pro jejich specifické spektrum světla.
Ačkoli se nám obchodníci snaží vnutit nesmyslné názvy jako „úsporná žárovka“, což je ve skutečnosti zářivka, nebo „LED žárovka“, což je svítidlo založené na svítivých diodách, slovo žárovka je odvozeno od slova žár a patří jedině takovému zdroji, v němž je světlo emitováno vláknem rozžhaveným do vysokého žáru (i halogenové žárovky samozřejmě žárovkami jsou). To ostatní žárovky nejsou, mají zcela jiné vlastnosti a neměly by se tak nazývat, následující text se jich pochopitelně netýká.
Každá žárovka má ve studeném (zhasnutém) stavu mnohem menší odpor vlákna, než když se rozsvítí. To je zdrojem problémů, ale také se této vlastnosti využívá ke stabilizaci proudu (i ve vf oblasti). Poměr odporu může být 1:10, ale také 1:30; z toho plyne, že v okamžiku zapnutí odebírá žárovka mnohonásobně větší proud, než následně v ustáleném svitu. Takže když máme zařízení napájení z baterií, které ještě bez problémů dodají 1 A, a zapneme žárovku s (ustáleným) odběrem 0,5 A, je na první pohled vše v pořádku. Jenže není, ta žárovka si v okamžiku zapnutí vezme proud 5 až 10 A, což už téměř jistě baterie „neunese“. Napětí na okamžik do rozsvícení klesne a je-li ze stejného zdroje napájen třeba mikrokontrolér, v lepším případě dojde k resetování, v horším k jeho „zakousnutí“. Toto je častý zdroj problémů.
Obecně se ví, že žárovky mají malou životnost. Méně se už ví, že jim mnohem víc škodí okamžik rozsvícení (když jimi teče ten počáteční proudový ráz) než pak delší doba ustáleného svícení. Když má žárovka (zejména kontrolka) dlouho vydržet, podžhavuje se, tedy se používá při menším napětí (i proudu), než na jaký je navržená. Světlo je červenější, ale živostnost při trvalém svícení se zvýší 10x i více. Naopak i mírné přežhavení (zvýšení napětí) dokáže podobným způsobem životnost žárovky zkrátit.
Záznam průběhu proudu po zapnutí autožárovky
Nejhůř je na tom žárovka, která má blikat. Dá se proti tomu něco dělat? Dá. U malých žároviček podstatně situaci zlepšíme, když sériově s ní zapojíme rezistor, jeho odpor musíme spočítat podle konkrétních parametrů žárovky. Rezistor silně omezí proudový ráz při rozsvícení a současně trochu omezí i napětí na žárovce v ustálením stavu, (podžhavení), svítí méně a rozsvítí se pomaleji, ale vydrží víc. Nevýhodou je, že rezistor bude asi hřát.
Příklad parametrů: Napájecí napětí 6 V, žárovka je 6 V / 0,3 A (odpor zahřátého vlákna je 20 Ω, studeného kolem 2 Ω, počáteční ráz proudu asi 3 A). Sériově zařadíme odpor 6,8 Ω. Při ustáleném svitu zůstane na rezistoru o něco méně než 2 V, na žárovce bude trochu přes 4 V (podžhavení), při zapnutí se ale ráz omezí na 0,68 A, a to je výrazný rozdíl, ráz už je proti ustálenémo odběru jen asi dvojnásobný.
U malých žároviček s proudem v žádu do desítek mA se někdy používá „předžhavení“ přes rezistor paralelně spojený s spínacím prvkem. Odpor musí být takový, aby vlákno žárovky proudem přes rezistor slabě žhnulo, tím se zmenší proudové rázy a současně je kontrola, jestli je žárovka provozuschopná, nebo přerušená. Svítivost při plném jasu se nezmenší.
O něco větší žárovičky (obběr řádu stovek mA) můžeme vybavit stabilizovaným zdrojem proudu s obvodem LM317. Výstup obvodu si drží proti řídícímu vstupu napětí 1,25 V, takže když mezi ně zapojíme odpor. Obvod, který je používán hlavně jako stabilizátor napětí, funguje jako stabilizátor proudu. V našem případě mu ale stabilizaci nedopřejeme, nastavíme proud takový, že je stejný nebo o málo větší než je proud, který by brala v ustáleném svitu žárovka bez obvodu. Omezení proudu tedy zafunguje pouze při rázu, pak už obvod jen mírně ubere napětí, jímž je žárovka napájena. Výhodou je, že ráz proudu se téměř dokonale odstraní.
Poslední tip se hodí v případě, že žárovka je na podstatně vyšší proud, asi tak od 1 A do 20 A, týká se i někdy používaných klasických autožárovek. Princip je stejný jako v předminulém případě, jen kvůli úspoře energie je žárovka předžhavená spínaným proudem (řízeným PWM) a navíc je míra předžhavení a současně funkčnost kontrolována fotoodporem. K obsluze žárovky použijeme jeden výstup a jeden vstup mikrokontroléru, v klidu je žárovka napájená pulzy PWM (frekvence vyšší než 100 Hz, optimálně 200 – 1000 Hz), při svitu je FET sepnutý trvale. Zapojení umožňuje pomocí PWM i řízené náběhy proudu při blikání.
