Χαρακτηριστικό του RGB LED
Ο οπίσθιος φωτισμός που αλλάζει το χρώμα του φαίνεται εντυπωσιακός. Χρησιμοποιείται για διαφήμιση αντικειμένων, διακοσμητικό φωτισμό αρχιτεκτονικών αντικειμένων, σε διάφορες παραστάσεις και δημόσιες εκδηλώσεις. Ένας τρόπος για να εφαρμόσετε έναν τέτοιο οπίσθιο φωτισμό είναι να χρησιμοποιήσετε τρίχρωμα LED.
Τι είναι το RGB LED
Οι συνηθισμένες συσκευές ημιαγωγών εκπομπής φωτός έχουν μία διασταύρωση p-n σε μία συσκευασία ή είναι μια μήτρα πολλών πανομοιότυπων συνδέσεων (Τεχνολογία COB). Αυτό σας επιτρέπει να λαμβάνετε ένα χρώμα λάμψης σε κάθε στιγμή - απευθείας από τον ανασυνδυασμό των κύριων φορέων ή από τη δευτερεύουσα λάμψη του φωσφόρου. Η δεύτερη τεχνολογία έδωσε στους προγραμματιστές πολλές ευκαιρίες στην επιλογή του χρώματος της λάμψης, αλλά η συσκευή δεν μπορεί να αλλάξει το χρώμα της ακτινοβολίας κατά τη λειτουργία.
Το RGB LED περιέχει τρεις συνδέσεις p-n με διαφορετικά χρώματα λάμψης σε ένα πακέτο:
- κόκκινο (Κόκκινο);
- πράσινο (Πράσινο)
- μπλε.
Η συντομογραφία των αγγλικών ονομάτων κάθε χρώματος έδωσε το όνομα σε αυτόν τον τύπο LED.
Τύποι διόδων RGB
Τα τρίχρωμα LED χωρίζονται σε τρεις τύπους ανάλογα με τη μέθοδο σύνδεσης των κρυστάλλων στο εσωτερικό της θήκης:
- με κοινή άνοδο (έχουν 4 εξόδους).
- με κοινή κάθοδο (έχουν 4 εξόδους).
- με χωριστά στοιχεία (έχουν 6 συμπεράσματα).
Ο τρόπος με τον οποίο ελέγχεται η συσκευή εξαρτάται από την έκδοση του LED.
Ανάλογα με τον τύπο του φακού, τα LED είναι:
- με διαφανη φακο?
- με παγωμένο φακό.
Τα στοιχεία RGB καθαρού φακού ενδέχεται να απαιτούν πρόσθετους διαχυτές φωτός για την επίτευξη μικτών αποχρώσεων. Διαφορετικά, ενδέχεται να είναι ορατά μεμονωμένα στοιχεία χρώματος.
Αρχή λειτουργίας
Η αρχή λειτουργίας των RGB LED βασίζεται στην ανάμειξη χρωμάτων. Η ελεγχόμενη ανάφλεξη ενός, δύο ή τριών στοιχείων σας επιτρέπει να αποκτήσετε διαφορετική λάμψη.
Ενεργοποιώντας τους κρυστάλλους ξεχωριστά δίνονται τα τρία αντίστοιχα χρώματα. Η συμπερίληψη κατά ζεύγη σάς επιτρέπει να επιτύχετε μια λάμψη:
- κόκκινο + πράσινο p-n διασταυρώσεις θα δώσει τελικά κίτρινο?
- μπλε + πράσινο όταν αναμειγνύεται δίνει τιρκουάζ?
- κόκκινο + μπλε κάνουν μωβ.
Η συμπερίληψη και των τριών στοιχείων σας επιτρέπει να αποκτήσετε λευκό.
Πολύ περισσότερες δυνατότητες δίνονται με την ανάμειξη χρωμάτων σε διάφορες αναλογίες. Αυτό μπορεί να γίνει ελέγχοντας χωριστά τη φωτεινότητα της λάμψης κάθε κρυστάλλου. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να ρυθμίσετε μεμονωμένα το ρεύμα που ρέει μέσω των LED.
Διάγραμμα ελέγχου και καλωδίωσης LED RGB
Το RGB LED ελέγχεται με τον ίδιο τρόπο όπως ένα συμβατικό LED - με την εφαρμογή μιας άμεσης τάσης ανόδου-καθόδου και τη δημιουργία ρεύματος μέσω της διασταύρωσης p-n.Επομένως, είναι απαραίτητο να συνδέσετε ένα τρίχρωμο στοιχείο σε μια πηγή ισχύος μέσω αντιστάσεων έρματος - κάθε κρύσταλλο μέσω της δικής του αντίστασης. Υπολογίζω μπορεί να είναι μέσω του ονομαστικού ρεύματος του στοιχείου και της τάσης λειτουργίας.
Ακόμη και όταν συνδυάζονται στην ίδια συσκευασία, διαφορετικοί κρύσταλλοι μπορούν να έχουν διαφορετικές παραμέτρους, επομένως δεν μπορούν να συνδεθούν παράλληλα.
Τυπικά χαρακτηριστικά για μια συσκευή τριών χρωμάτων χαμηλής ισχύος με διάμετρο 5 mm δίνονται στον πίνακα.
| Κόκκινο (R) | Πράσινο (G) | Μπλε (Β) | |
| Μέγιστη τάση προς τα εμπρός, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Ονομαστικό ρεύμα, mA | 20 | 20 | 20 |
Προφανώς, ο κόκκινος κρύσταλλος έχει μια τάση προς τα εμπρός που είναι η μισή από αυτή των άλλων δύο. Η παράλληλη συμπερίληψη στοιχείων θα οδηγήσει σε διαφορετική φωτεινότητα της λάμψης ή σε αστοχία μιας ή όλων των συνδέσεων p-n.
Η μόνιμη σύνδεση σε μια πηγή ρεύματος δεν σας επιτρέπει να χρησιμοποιήσετε τις πλήρεις δυνατότητες του στοιχείου RGB. Σε στατική λειτουργία, μια συσκευή τριών χρωμάτων εκτελεί μόνο τις λειτουργίες μιας μονόχρωμης, αλλά κοστίζει πολύ περισσότερο από ένα συμβατικό LED. Επομένως, η δυναμική λειτουργία είναι πολύ πιο ενδιαφέρουσα, στην οποία μπορεί να ελεγχθεί το χρώμα της λάμψης. Αυτό γίνεται μέσω μικροελεγκτή. Οι έξοδοι του στις περισσότερες περιπτώσεις παρέχουν ρεύμα εξόδου 20 mA, αλλά αυτό πρέπει να προσδιορίζεται στο φύλλο δεδομένων κάθε φορά. Συνδέστε το LED στις θύρες εξόδου μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος. Μια συμβιβαστική επιλογή κατά την τροφοδοσία του μικροκυκλώματος από 5 V είναι μια αντίσταση 220 ohms.
Τα στοιχεία με κοινές καθόδους ελέγχονται με την εφαρμογή μιας λογικής μονάδας στην έξοδο, με κοινές ανόδους - ένα λογικό μηδέν. Δεν είναι δύσκολο να αλλάξετε προγραμματικά την πολικότητα του σήματος ελέγχου. LED με ξεχωριστές εξόδους μπορεί να είναι συνδέω-συωδεομαι και να διαχειριστεί με κάθε τρόπο.
Εάν οι έξοδοι του μικροελεγκτή δεν είναι σχεδιασμένες για το ονομαστικό ρεύμα του LED, το LED πρέπει να συνδεθεί μέσω διακοπτών τρανζίστορ.
Σε αυτά τα κυκλώματα, και οι δύο τύποι LED ανάβουν εφαρμόζοντας ένα θετικό επίπεδο στις εισόδους κλειδιών.
Αναφέρθηκε ότι η φωτεινότητα της λάμψης ελέγχεται με αλλαγή του ρεύματος μέσω του στοιχείου εκπομπής φωτός. Οι ψηφιακές έξοδοι του μικροελεγκτή δεν μπορούν να ελέγξουν άμεσα το ρεύμα, γιατί έχουν δύο καταστάσεις - υψηλή (που αντιστοιχεί στην τάση τροφοδοσίας) και χαμηλή (που αντιστοιχεί σε μηδενική τάση). Δεν υπάρχουν ενδιάμεσες θέσεις, επομένως χρησιμοποιούνται άλλοι τρόποι για τη ρύθμιση του ρεύματος. Για παράδειγμα, η μέθοδος διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) του σήματος ελέγχου. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι δεν εφαρμόζεται σταθερή τάση στο LED, αλλά παλμοί συγκεκριμένης συχνότητας. Ο μικροελεγκτής, σύμφωνα με το πρόγραμμα, αλλάζει την αναλογία παλμών και παύσης. Αυτό αλλάζει τη μέση τάση και το μέσο ρεύμα μέσω του LED σε σταθερό πλάτος τάσης.
Υπάρχουν εξειδικευμένα χειριστήρια σχεδιασμένα ειδικά για τον έλεγχο της λάμψης των τριών χρωμάτων LED. Πωλούνται με τη μορφή τελικής συσκευής. Χρησιμοποιούν επίσης τη μέθοδο PWM.
Pinout
Εάν υπάρχει ένα νέο, μη συγκολλημένο LED, τότε το pinout μπορεί να προσδιοριστεί οπτικά. Για κάθε τύπο σύνδεσης (κοινή άνοδος ή κοινή κάθοδος), το καλώδιο που συνδέεται και στα τρία στοιχεία έχει το μεγαλύτερο μήκος.Εάν γυρίσετε τη θήκη έτσι ώστε το μακρύ πόδι να βρίσκεται στην αριστερή πλευρά, τότε στα αριστερά του θα υπάρχει μια "κόκκινη" έξοδος και στη δεξιά πλευρά - πρώτα "πράσινη", μετά "μπλε". Εάν το LED ήταν ήδη σε χρήση, οι εξόδους του θα μπορούσαν να συντομευθούν αυθαίρετα και θα πρέπει να καταφύγετε σε άλλες μεθόδους για να προσδιορίσετε το pinout:
- Μπορείτε να ορίσετε ένα κοινό καλώδιο με πολύμετρο. Είναι απαραίτητο να ενεργοποιήσετε τη συσκευή στη λειτουργία δοκιμής διόδου και να συνδέσετε τους σφιγκτήρες της συσκευής στο προβλεπόμενο κοινό σκέλος και σε οποιοδήποτε άλλο, στη συνέχεια να αλλάξετε την πολικότητα της σύνδεσης (όπως στη συνήθη δοκιμή μιας διασταύρωσης ημιαγωγών). Εάν η αναμενόμενη κοινή έξοδος καθοριστεί σωστά, τότε (και με τα τρία επισκευάσιμα στοιχεία) ο ελεγκτής θα δείξει άπειρη αντίσταση προς τη μία κατεύθυνση και πεπερασμένη αντίσταση στην άλλη (η ακριβής τιμή εξαρτάται από τον τύπο του LED). Εάν και στις δύο περιπτώσεις υπάρχει ανοιχτό σήμα στην οθόνη του ελεγκτή, τότε η έξοδος έχει επιλεγεί λανθασμένα και η δοκιμή πρέπει να επαναληφθεί με το άλλο πόδι. Μπορεί να αποδειχθεί ότι η τάση δοκιμής του πολύμετρου είναι αρκετή για να ανάψει τον κρύσταλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε επιπλέον να επαληθεύσετε την ορθότητα του pinout με το χρώμα της λάμψης της διασταύρωσης p-n.
- Ένας άλλος τρόπος είναι η παροχή ρεύματος στον προβλεπόμενο κοινό ακροδέκτη και σε οποιοδήποτε άλλο σκέλος του LED. Εάν το κοινό σημείο επιλεγεί σωστά, αυτό μπορεί να επαληθευτεί από τη λάμψη του κρυστάλλου.
Σπουδαίος! Κατά τον έλεγχο με μια πηγή ρεύματος, είναι απαραίτητο να αυξήσετε ομαλά την τάση από το μηδέν και να μην υπερβείτε την τιμή των 3,5-4 V. Εάν δεν υπάρχει ρυθμιζόμενη πηγή, μπορείτε να συνδέσετε το LED στην έξοδο τάσης DC μέσω ενός περιορισμού ρεύματος αντίσταση.
Για LED με ξεχωριστές ακίδες, ο ορισμός του pinout μειώνεται σε διευκρίνιση πολικότητας και η διάταξη των κρυστάλλων ανά χρώμα.Αυτό μπορεί επίσης να γίνει χρησιμοποιώντας τις παραπάνω μεθόδους.
Θα είναι χρήσιμο να γνωρίζετε:
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των RGB LED
Τα RGB-LED έχουν όλα τα πλεονεκτήματα που έχουν τα στοιχεία εκπομπής φωτός ημιαγωγών. Αυτά είναι το χαμηλό κόστος, η υψηλή ενεργειακή απόδοση, η μεγάλη διάρκεια ζωής κ.λπ. Ένα χαρακτηριστικό πλεονέκτημα των τρίχρωμων LED είναι η δυνατότητα απόκτησης σχεδόν οποιασδήποτε απόχρωσης λάμψης με απλό τρόπο και σε χαμηλή τιμή, καθώς και η δυνατότητα αλλαγής χρωμάτων στη δυναμική.
Το κύριο μειονέκτημα των RGB-LED είναι η αδυναμία απόκτησης καθαρού λευκού με ανάμειξη τριών χρωμάτων. Αυτό θα απαιτήσει επτά αποχρώσεις (ένα παράδειγμα είναι το ουράνιο τόξο - τα επτά του χρώματα είναι το αποτέλεσμα της αντίστροφης διαδικασίας: της αποσύνθεσης του ορατού φωτός σε συστατικά). Αυτό επιβάλλει περιορισμούς στη χρήση τρίχρωμων λαμπτήρων ως φωτιστικών στοιχείων. Για να αντισταθμιστεί κάπως αυτό το δυσάρεστο χαρακτηριστικό, η αρχή RGBW χρησιμοποιείται κατά τη δημιουργία λωρίδων LED. Για κάθε τρίχρωμο LED, τοποθετείται ένα στοιχείο λευκής λάμψης (λόγω του φωσφόρου). Αλλά το κόστος μιας τέτοιας συσκευής φωτισμού αυξάνεται σημαντικά. Διατίθενται επίσης RGBW LED. Έχουν τέσσερις κρυστάλλους εγκατεστημένους στη θήκη - τρεις για να αποκτήσουν τα αρχικά χρώματα, ο τέταρτος - για να αποκτήσει λευκό, εκπέμπει φως λόγω του φωσφόρου.
Διάρκεια Ζωής
Η περίοδος λειτουργίας μιας συσκευής τριών κρυστάλλων καθορίζεται από το χρόνο μεταξύ των αστοχιών του πιο βραχύβιου στοιχείου. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι περίπου το ίδιο και για τις τρεις συνδέσεις p-n. Οι κατασκευαστές ισχυρίζονται ότι η διάρκεια ζωής των στοιχείων RGB είναι 25.000-30.000 ώρες. Αλλά αυτός ο αριθμός πρέπει να αντιμετωπίζεται με προσοχή.Η αναφερόμενη διάρκεια ζωής ισοδυναμεί με συνεχή λειτουργία για 3-4 χρόνια. Είναι απίθανο κάποιος από τους κατασκευαστές να διεξήγαγε δοκιμές ζωής (ακόμα και σε διάφορες θερμικές και ηλεκτρικές λειτουργίες) για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, εμφανίζονται νέες τεχνολογίες, οι δοκιμές πρέπει να ξεκινήσουν εκ νέου - και ούτω καθεξής επ' άπειρον. Η περίοδος εγγύησης λειτουργίας είναι πολύ πιο ενημερωτική. Και είναι 10.000-15.000 ώρες. Όλα όσα ακολουθούν είναι, στην καλύτερη περίπτωση, μαθηματική μοντελοποίηση, στη χειρότερη, γυμνό μάρκετινγκ. Το πρόβλημα είναι ότι συνήθως δεν υπάρχουν πληροφορίες εγγύησης κατασκευαστή για κοινά φθηνά LED. Αλλά μπορείτε να εστιάσετε σε 10.000-15.000 ώρες και να έχετε κατά νου περίπου το ίδιο ποσό. Και μετά βασιστείτε μόνο στην τύχη. Και κάτι ακόμα - η διάρκεια ζωής εξαρτάται πολύ από το θερμικό καθεστώς κατά τη λειτουργία. Επομένως, το ίδιο στοιχείο σε διαφορετικές συνθήκες θα διαρκέσει για διαφορετικούς χρόνους. Για να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής του LED, πρέπει να προσέχετε το πρόβλημα της απαγωγής θερμότητας, να μην παραμελείτε τα καλοριφέρ και να δημιουργήσετε συνθήκες για φυσική κυκλοφορία αέρα και σε ορισμένες περιπτώσεις να καταφύγετε σε εξαναγκασμένο αερισμό.
Αλλά ακόμη και οι μειωμένοι όροι είναι αρκετά χρόνια λειτουργίας (γιατί το LED δεν θα λειτουργεί χωρίς παύσεις). Ως εκ τούτου, η εμφάνιση τριών χρωμάτων LED επιτρέπει στους σχεδιαστές να χρησιμοποιούν ευρέως συσκευές ημιαγωγών στις ιδέες τους και στους μηχανικούς να εφαρμόζουν αυτές τις ιδέες «στο υλικό».
