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Ungeheizt liegt die Betriebsspannung jedoch aufgrund des Kathodenfalls mindestens doppelt so hoch. Sie beträgt ca. 400 Volt pro Meter bei Röhren mit 30 mm Durchmesser, bis zu 1000 V/m bei ca. 80 mm Durchmesser. VDE-Vorschriften begrenzen die zulässige Spannung (und damit die Länge der Röhren) auf 7,5 kV.
Als Vorschaltgerät verwendet man daher einen Streufeldtransformator oder elektronische Schaltnetzteile bzw. Inverter. Im Leerlauf liefert das Vorschaltgerät eine hohe Zündspannung, die im Betrieb auf ca. 30 % abfällt. Die Leistungsaufnahme von Leuchtröhren liegt bei ca. 30 W/m, die Lichtausbeute bei 30-100 lm/W. Unbeschichtete Kaltkathodenlampen haben, je nach Füllgas, eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Sie ist unabhängig von Ein- und Ausschaltvorgängen; eine Eigenschaft, die für blinkende Leuchtreklame vorteilhaft ist.
Für Kaltkathodenlampen zur Hintergrundbeleuchtung von großen LCD- und TFT-Displays werden Inverter (Wechselrichter + Transformator) verwendet, welche die zum Betrieb der Leuchtröhren benötigte hohe Wechselspannung aus einer kleinen Gleichspannung erzeugen können. Sie funktionieren ähnlich wie das elektronische Vorschaltgerät (EVG) bei Leuchtstoffröhren, benötigen jedoch einen Transformator.
Sie sind schaltungstechnisch meist als Resonanzgegentaktwandler ausgeführt, der zwei Bipolartransistoren als Schaltelemente verwendet.
Da Gasentladungslampen einen negativen differentiellen Widerstand besitzen (je mehr Strom durch die Röhre fließt, desto weniger Spannung fällt an ihr ab), müssen bei Kaltkathodeninvertern Maßnahmen getroffen werden, welche den Ausgangsstrom begrenzen. Kaltkathodeninverter sind daher kurzschlussfest. Der Betrieb eines solchen Inverters ohne ausreichende Last kann jedoch zu dessen Zerstörung führen.
Die vom Inverter erzeugte Wechselspannung hat eine hohe Frequenz von 30…100 Kilohertz, häufig ist ein Wert von <50 kHz, da hier die Störabstrahlung der dritten Harmonischen unter 150 kHz liegt (untere Grenze von EMV-Messungen). Die elektrischen Zuleitungen zwischen Inverter und Kaltkathode dürfen daher nicht zu lang oder über leitfähige Flächen (zum Beispiel das Computergehäuse) geführt werden, ansonsten geht durch die hohe Kapazität ein Teil der Inverterleistung verloren und die Röhre wird dunkler, erlischt oder leuchtet nicht mehr auf voller Länge
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