说到霓虹灯，你可能会想到霓虹灯牌，或者第十元素——惰性气体。但曾经有一段时间，像NE-2这样古老的霓虹灯堪称当时的“555”，拥有看似无穷无尽的巧妙电路。是什么让这个小装置如此用途广泛？为什么如今我们很少见到它们？
1898年，威廉·拉姆齐（William Ramsay）和莫里斯·特拉弗斯（Morris Travers）发现了霓虹灯的明亮光芒，并由此引起人们的关注。直到1910年，一种利用霓虹灯的实用照明装置才得以问世。1915年，发明者、著名的液化空气公司创始人乔治·克劳德（Georges Claude）获得了适用于照明的独特电极的专利，并由此垄断了这项技术，并通过其公司克劳德霓虹灯（Claude Neon Lights）进行销售。
然而，丹尼尔·摩尔（Daniel Moore）在1917年为通用电气工作期间发明了一种不同的霓虹灯。这些灯泡利用日冕放电产生红光，或用氩气产生蓝光。这种独特的技术足以获得另一项专利。在LED出现之前，霓虹灯主要用作指示灯。然而，它后来也找到了许多其他用途。
工作原理
一台接通交流电的 NE-2 灯泡（[junkyardsparkle] 公共领域）。尽管名字如此，霓虹灯通常只含有 99.5% 的氖气，其余部分通常是氩气，氩气可以调节气体击穿时的电压。击穿电压是决定灯泡性能的关键。氩气的压力非常低。其他气体和杂质也会改变灯泡的颜色，但最常见的是氖气和氩气。
灯泡内部有两个电极：阳极和阴极。当直流电压充分激发灯泡时，其中一个电极周围会形成辉光。交流电则使两个电极交替发光。激发电压会根据环境光或放射性暴露以及灯泡的气体混合物和压力而变化。
在达到触发电压之前，灯泡实际上处于开路状态。然而，当触发电压达到触发电压时，电阻会下降，即使在较低电压下也能维持工作。与LED一样，电流限制至关重要，否则灯泡会烧坏。NE-2可以说是最常见的霓虹灯，其触发电压通常为90 V，并且会一直导通，直到电压降至约60 V。
所以它亮了？
照明效果很好，但需要很大的电压才能点亮。例如，120伏的线路电压就能轻松点亮灯泡。但真正有趣的特性是，灯泡在发光时会呈现负电阻。也就是说，随着电流的增加，电压会降低。
你也可以让灯泡以双稳态模式工作，这样它们就可以在逻辑电路中工作。这种模式并不常见，但有些灯泡具有用于逻辑电路的特殊功能。这些灯泡不一定能发光，有时还会有第三根导线用作控制电极。
由于管内的气体可以电离，霓虹灯还可以 探测光、微波或强静电场等物质。它们甚至可以拾取音频。
你能做什么？
当然，这些器件的正常应用是用作灯，就像今天的LED一样。电源指示灯很常见。数码管的基础是由形状类似数字的特殊霓虹灯构成的。
另一个巧妙的显示技巧是“保险丝熔断”指示灯。保险丝座中通常装有连接保险丝端子的氖泡。正常工作时，保险丝两端的电压几乎为零，因此灯泡保持熄灭状态。但如果保险丝熔断，灯泡两端的电压将达到120伏，灯泡就会亮起。一个高阻值电阻阻止了任何大电流通过。
迄今为止，最常见的非照明用途是作为张弛振荡器的一部分。设想一个包含一个电阻和一个电容的电路，但电容两端连接着一个霓虹灯。电容会充电，直到达到霓虹灯的触发电压。霓虹灯会发光，并使电容放电，直到电压降至灯泡的维持电压以下。然后，这个过程重新开始。你可以用霓虹灯制作时钟。
悠久历史
NE-2 可以创建高压调节器电路（源自《基础电子学》，1965 年）
[E. Norbert Smith] 在 1965 年《基础电子学》杂志的一篇文章中写到了 NE-2 的“1001”种用途——这可能并不夸张，但 [Smith] 在文章中并没有提到那么多。
他展示的电路包含一个 50 V 稳压电源。（那时候的稳压器标准和我们现在的不一样。）需要 150 V 的电压吗？用三个稳压器。或者并联起来提高稳压性能。
如果你不用管子搭建，有些电路可能就没用了。当然，如果你不用管子搭建，就不太可能获得所需的高电压，所以就是这样。
他还介绍了经典的自指示保险丝和张弛振荡器。当然，如果你能让一个霓虹灯闪烁，你也能让两个交替闪烁。只要闪烁得足够快，你就能用几个零件和一节 90 V 电池制作一个密码练习振荡器。
一个 100 kHz 振荡器通过一个简单的霓虹灯电路实现 10 倍分频（摘自《基础电子学》，1965 年）
如果你好奇霓虹灯如何处理逻辑，那篇文章也能解答你的疑问。不过要注意，逻辑 1 的电压是 10 V——这没问题——但逻辑 0 的电压是 -10 V。用霓虹灯演示逻辑电路的好处在于，你不需要逻辑探头或示波器就能看到机器的状态。
这些灯泡还有许多其他用途。由于触发电压稳定，如果将其与分压器连接，就可以用作电压指示器。事实上，许多廉价的交流插座测试仪仍然以这种方式工作。在《大众电子学》的《 36次测试电路》一书中，可以找到一个典型的电容检查器电路。
这款电容测试仪需要敏锐的眼光和对时间的把握。出自1992年《大众电子学》的电路图集。
电容器通过大约470 kΩ的电阻连接到交流线路。如果将电容器连接到它，霓虹灯灯泡应该会亮。如果没有亮，则表示它处于断路状态。按下按钮切换到直流电源，应该可以看到霓虹灯灯泡的一侧变暗。如果它没有变暗或没有完全熄灭，则表示电容器短路或漏电。据说，你可以通过灯泡一半熄灭所需的时间来判断电容值。这让你对数字电容表赞不绝口，对吧？
为何消失了？
为什么现在很少见到霓虹灯了？它们仍然存在，但驱动它们所需的100伏左右电压的电路数量已不如从前。此外，作为指示灯，LED通常是更好的选择。
如果您想要负阻，选择就没那么明显了。一些特殊的二极管在特定工作状态下会呈现负阻，而且您可以通过一些晶体管来控制这种特性。然而，从实用角度来看，如今您可能只需要使用有源开关就可以了，尤其是在振荡器电路中。不过，如果您真的想要一个振荡器，正如我们经常提到的那样，您可以使用 555 以及其他方法来实现。
我们毫不怀疑[史密斯]是对的。NE-2 的用途可能至少有 1001 种，但你懂的。你用 NE-2 做过什么有趣的事情吗？请在评论区留言告诉我们。还想看更多霓虹灯电路吗？我们已经见识过很多了。
原文： https://hackaday.com/2025/08/11/neon-bulbs-theyre-a-gas/