لامپ نئون دارای دو الکترود با فاصله زیاد است که درون یک محفظه شیشه ای حاوی گاز نئون، با فشار 8 تور یا 1 میلی متر جیوه بسته شده است. کاتدها برای انتشار الکترون گرم می شوند، بنابراین گفته می شود که لامپ ها دارای کاتد سرد هستند اما بسته به فاصله بین الکترودها به ولتاژ بسیار بالایی نیاز دارد.
برای ایجاد جریان الکتریکی و تخلیه گاز نئون به ولتاژ شروع حدود 1.5 تا 2 برابر ولتاژ معمولی نیاز است. قدرت میدان الکتریکی در نزدیکی کاتد بسیار زیاد است و یون ها تحت تأثیر میدان به سرعت حرکت کرده و انرژی جنبشی زیادی به دست می آورند که باعث تجزیه کاتد می شود.در یک سیستم الکترود با فاصله بسیار نزدیک جایی که نور ساطع می شود یک سری مقاومت، جریان لامپ را محدود می کند که مشخصه جریان منفی است.
در این لامپ ها شدت جریان بسیار کم باعث لرزش نور و جریان زیاد باعث تخلیه پایدار و نور روشن می شود اما عمر لامپ را کوتاه تر کرده و باعث سیاه شدن محفظه می شود. بنابراین جریان استاندارد برای روشنایی معمولی به 1 تا حداکثر 2.5 میلی آمپر ولتاژ نیاز دارد.اگر ولتاژ AC اعمال شود هر الکترود به طور متناوب + ve و ve - شده و درخشش مداوم حاصل می شود. بنابراین چنین لامپ های کاتدی سردی برای ولتاژ کاری بالا و جریان کم مناسب هستند.
برنامه های کاربردی لامپ نئون
چگونگی تولید نور در لامپ نئون
لامپ نئون حاوی مقدار کمی گاز نئون تحت فشار است که در یک کپسول شیشه ای قرار گرفته است. معمولا ضخامت شیشه های استفاده شده برای لامپ نئون از سه میلی متر شروع شده و تا پانزده میلی متر می رسد که هر کدام از این قطرها موارد استفاده خاصی دارند.به عنوان مثال شیشه های سه میل که به شیشه بک معروف هستند برای حروف بسیار ریز و شیشه های ضخیم تر برای ابعاد بزرگ تر حروف و نور پردازی استفاده می شوند.
جریان ورودی، انرژی لازم برای جدا کردن الکترون از اتم های نئون را فراهم می کند و آنها را یونیزه می کند. یونها به پایانه های لامپ جذب می شوند و مدار الکتریکی را تکمیل می کنند.نور زمانی تولید می شود که اتم های نئون انرژی کافی برای برانگیخته شدن به دست بیاورند. هنگامی که اتم به سطح انرژی اولیه بر می گردد یک فوتون (نور) آزاد می کند.