有問有答：家裡的燈為什麼會閃爍？

相信很多人曾經做過這樣的事，在燈下揮動一根手指，有時候會看到好多個手指的影像，這說明燈在閃爍。很多人可能覺得這跟家庭照明電路使用交流電有關，不過事情並沒有這麼簡單。閃爍的原因是多方面的，而交流電只是其中一個因素。

首先還是來說說交流電是怎麼一回事，簡便起見我們忽略發電站到家庭之間的變電設備。接入家庭的交流電網通常有一根零線和一根火線，零線與大地相接，電勢為0，火線與發電站的發電機輸出端相接。大多數發電機的發電原理都可以簡化為線圈切割磁感應線產生動生電動勢，因為切割的方向有來有回，所以產生的電動勢也是來回震蕩的，通常可以表示為一個餘弦函數，這樣零線與火線之間的電壓也是呈餘弦周期變化。以上知識相信大家還沒還給中學老師。

輸電電路示意圖

不過就算使用了交流電，燈也不一定會閃爍，這跟燈的種類有關。現在家庭里常見的燈源有LED燈、熒光燈，和基本淘汰完的白熾燈。先說說原理最簡單的白熾燈，它依靠電流通過燈絲髮熱產生高溫後發出黑體輻射譜，其中可見光部分即被人眼所見。很多人印象中白熾燈不會閃爍，實際上仔細想想就能從原理上證明白熾燈必然是會閃爍的。因為通過燈絲的電流大小是時刻變化的，所以燈絲的溫度也是時刻變化，從而發光強度也如此。

慢鏡頭下的白熾燈

中國所用的市電為50Hz，電流震蕩的頻率也是50Hz，而電流來回的方向對於白熾燈來說沒有區別，因此很容易得出白熾燈的閃爍頻率即電流大小的變化頻率：100Hz。之所以白熾燈的閃爍很難察覺，有兩方面原因，一是燈絲本身有熱容，在電流較小時溫度不會迅速下降，發光強度也不會降低太多，即燈泡的閃爍波動深度較小。二是人眼有視覺暫留現象，對光刺激有一定的後續拖尾效應，因此很難察覺到高頻的閃爍。

熒光燈相對來說複雜一些，它依靠燈管內填充的水銀蒸氣在高壓下擊穿後發出紫外線，轟擊燈管內壁的熒光粉產生可見光。具體工作原理這裡不贅述，大家需要知道的是熒光燈里需要加裝啟輝器和鎮流器，來提供擊穿所需要的超高電壓，以及穩定正常工作時的電流。

熒光燈的電路示意圖

較老的電感式鎮流器依賴於交流電本身的交變性質，每一個周期有兩個電壓峰值，因此閃爍的頻率是交流電的兩倍，即100Hz，閃爍比較明顯。而現在大多數的熒光燈都用上了電子鎮流器，它將交流電轉化直流後，能按需輸出任意的波形，因此能提高啟動的成功率和速度，還能實現超高頻的調製，減少閃爍感。由於熒光粉發光有餘輝效應，高頻調製下熒光燈的閃爍波動深度也非常小。

LED全稱是發光二極體，一般需要接入直流電使用，只能單嚮導通。如果強行反向接入電源，如一般的二極體一樣，低電壓下不會導通，而電壓太高會反向擊穿。在接入交流轉直流電源後，LED通常是完全無頻閃的，不過實際應用中經常使用PWM來實現亮度控制。PWM簡單來說就是快速開關電路，改變開關的時間間隔之比即可改變LED的視在亮度。不過由於LED基本沒有餘輝效應，波動深度幾乎為100%，頻率要非常高才能消除閃爍感。

PWM原理示意圖

另一種對眼睛更加友好的調光方式就是所謂的DC調光，或恆流調光，它直接調整通過LED的電流大小來改變LED的發光強度，這樣就避免了閃爍。相比PWM，這種調光方式電路會更加複雜，而且LED的發色特性跟亮度有關，不同亮度下色溫會發生變化。

一個簡單的判斷燈源是否頻閃的辦法就是用手機攝像頭對著燈光，如果取景框內看到條紋，說明燈源是頻閃的，而且條紋越密，頻閃頻率越高。

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