Характеристика на RGB LED
Подсветката, която променя цвета си, изглежда грандиозно. Използва се за рекламни обекти, декоративно осветление на архитектурни обекти, по време на различни шоу програми и публични прояви. Един от начините за реализиране на такава подсветка е използването на трицветни светодиоди.
Какво е RGB LED
Обикновените излъчващи светлина полупроводникови устройства имат един p-n преход в един пакет или са матрица от няколко идентични прехода (COB технология). Това ви позволява да получите един цвят на сиянието във всеки момент от време - директно от рекомбинацията на основните носители или от вторичното сияние на фосфора. Втората технология даде на разработчиците широки възможности при избора на цвета на сиянието, но устройството не може да промени цвета на излъчването по време на работа.
RGB LED съдържа три p-n прехода с различни цветове на светене в един пакет:
- червено (червено);
- зелено (Зелено);
- син.
Съкращението на английските имена на всеки цвят даде името на този тип светодиоди.
Видове RGB диоди
Трицветните светодиоди са разделени на три вида според метода на свързване на кристалите вътре в кутията:
- с общ анод (има 4 изхода);
- с общ катод (има 4 изхода);
- с отделни елементи (има 6 заключения).
Начинът на управление на устройството зависи от версията на светодиода.
Според вида на лещите светодиодите биват:
- с прозрачна леща;
- с матова леща.
RGB елементите с прозрачни лещи може да изискват допълнителни светлинни дифузори за постигане на смесени нюанси. В противен случай може да се виждат отделни цветни компоненти.
Принцип на действие
Принципът на работа на RGB светодиодите се основава на смесване на цветове. Контролираното запалване на един, два или три елемента ви позволява да получите различен блясък.
Включването на кристалите поотделно дава трите съответстващи цвята. Включването по двойки ви позволява да постигнете блясък:
- червените + зелени p-n кръстовища в крайна сметка ще дадат жълто;
- синьо + зелено при смесване дава тюркоаз;
- червено + синьо правят лилаво.
Включването и на трите елемента ви позволява да получите бяло.
Много повече възможности се дават чрез смесване на цветове в различни пропорции. Това може да стане чрез отделно контролиране на яркостта на сиянието на всеки кристал. За да направите това, трябва индивидуално да регулирате тока, преминаващ през светодиодите.
RGB LED управление и схема на свързване
RGB светодиодът се управлява по същия начин като обикновения светодиод - чрез прилагане на директно анодно-катодно напрежение и създаване на ток през p-n прехода.Следователно е необходимо да се свърже трицветен елемент към източник на захранване чрез баластни резистори - всеки кристал чрез собствен резистор. Изчисли може да бъде чрез номиналния ток на елемента и работното напрежение.
Дори когато се комбинират в един и същ пакет, различните кристали могат да имат различни параметри, така че не могат да бъдат свързани паралелно.
Типичните характеристики за трицветно устройство с ниска мощност с диаметър 5 mm са дадени в таблицата.
| червено (R) | зелено (G) | синьо (B) | |
| Максимално напрежение, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Номинален ток, mA | 20 | 20 | 20 |
Очевидно червеният кристал има напрежение напред, което е наполовина по-малко от другите два. Паралелното включване на елементи ще доведе до различна яркост на сиянието или повреда на един или всички p-n преходи.
Постоянно свързан към източник на захранване не ви позволява да използвате пълните възможности на RGB елемента. В статичен режим трицветното устройство изпълнява функциите само на монохромно, но струва много повече от обикновения светодиод. Следователно динамичният режим е много по-интересен, в който цветът на сиянието може да се контролира. Това става чрез микроконтролер. Неговите изходи в повечето случаи осигуряват изходен ток от 20 mA, но това трябва да се посочва всеки път в листа с данни. Свържете светодиода към изходните портове чрез токоограничаващ резистор. Компромисен вариант при захранване на микросхемата от 5 V е съпротивление от 220 ома.
Елементите с общи катоди се управляват чрез прилагане на логическа единица към изхода, с общи аноди - логическа нула. Не е трудно да промените полярността на управляващия сигнал програмно. LED с отделни изходи може да бъде свържете се и управлявайте по всякакъв начин.
Ако изходите на микроконтролера не са проектирани за номиналния ток на светодиода, светодиодът трябва да бъде свързан чрез транзисторни ключове.
В тези схеми и двата типа светодиоди се осветяват чрез прилагане на положително ниво към ключовите входове.
Беше споменато, че яркостта на сиянието се контролира чрез промяна на тока през излъчващия светлина елемент. Цифровите изходи на микроконтролера не могат директно да управляват тока, тъй като имат две състояния - високо (съответстващо на захранващото напрежение) и ниско (съответстващо на нулево напрежение). Няма междинни позиции, така че се използват други начини за регулиране на тока. Например методът на широчинно-импулсна модулация (PWM) на управляващия сигнал. Същността му се крие във факта, че към светодиода се прилага не постоянно напрежение, а импулси с определена честота. Микроконтролерът, в съответствие с програмата, променя съотношението на импулса и паузата. Това променя средното напрежение и средния ток през светодиода при постоянна амплитуда на напрежението.
Има специализирани контролери, предназначени специално за управление на светенето на трицветни светодиоди. Те се продават под формата на готово устройство. Те също използват метода PWM.
Pinout
Ако има нов, незапоен светодиод, тогава изводът може да се определи визуално. За всякакъв вид връзка (общ анод или общ катод) проводникът, свързан към трите елемента, има най-дълга дължина.Ако завъртите корпуса така, че дългият крак да е от лявата страна, тогава вляво от него ще има „червен“ изход, а от дясната страна - първо „зелен“, след това „син“. Ако светодиодът вече е бил използван, неговите изходи могат да бъдат съкратени произволно и ще трябва да прибягвате до други методи, за да определите изводите:
- Можете да дефинирате общ проводник с мултиметър. Необходимо е да включите устройството в режим на тестване на диод и да свържете скобите на устройството към предвидения общ крак и към всеки друг, след което да промените полярността на връзката (както при обичайния тест на полупроводникова връзка). Ако очакваният общ изход е определен правилно, тогава (и с трите обслужвани елемента) тестерът ще покаже безкрайно съпротивление в едната посока и крайно съпротивление в другата (точната стойност зависи от типа на светодиода). Ако и в двата случая има отворен сигнал на дисплея на тестера, тогава изходът е избран неправилно и тестът трябва да се повтори с другия крак. Може да се окаже, че тестовото напрежение на мултиметъра е достатъчно, за да запали кристала. В този случай можете допълнително да проверите правилността на изводите по цвета на сиянието на p-n кръстовището.
- Друг начин е да приложите захранване към предвидения общ терминал и всеки друг крак на светодиода. Ако общата точка е избрана правилно, това може да се провери от сиянието на кристала.
Важно! Когато проверявате с източник на захранване, е необходимо плавно да повишите напрежението от нула и да не надвишавате стойността от 3,5-4 V. Ако няма регулиран източник, можете да свържете светодиода към изхода за постоянно напрежение чрез ограничаващ ток резистор.
За светодиоди с отделни щифтове дефиницията на изводите се намалява до изясняване на полярността и подреждането на кристалите по цвят.Това може да стане и с помощта на горните методи.
Ще бъде полезно да знаете:
Плюсове и минуси на RGB светодиодите
RGB-LED имат всички предимства, които имат полупроводниковите светлинни елементи. Това са ниска цена, висока енергийна ефективност, дълъг експлоатационен живот и др. Отличително предимство на трицветните светодиоди е възможността за получаване на почти всеки нюанс на сияние по прост начин и на ниска цена, както и промяна на цветовете в динамиката.
Основният недостатък на RGB-LED е невъзможността да се получи чисто бяло чрез смесване на три цвята. Това ще изисква седем нюанса (пример е дъгата - нейните седем цвята са резултат от обратния процес: разлагането на видимата светлина на компоненти). Това налага ограничения за използването на трицветни лампи като осветителни елементи. За да се компенсира донякъде тази неприятна характеристика, при създаването на LED ленти се използва принципът RGBW. За всеки трицветен светодиод се монтира един бял светещ елемент (поради фосфора). Но цената на такова осветително устройство се увеличава значително. Предлагат се и RGBW светодиоди. В корпуса са монтирани четири кристала - три за получаване на оригиналните цветове, четвъртият - за получаване на бяло, излъчва светлина благодарение на фосфора.
Живот
Периодът на работа на устройство от три кристала се определя от времето между повредите на най-краткоживеещия елемент. В този случай тя е приблизително еднаква и за трите p-n прехода. Производителите твърдят, че експлоатационният живот на RGB елементите е на ниво от 25 000-30 000 часа. Но тази цифра трябва да се третира с повишено внимание.Посоченият живот е еквивалентен на непрекъсната работа в продължение на 3-4 години. Малко вероятно е някой от производителите да е провеждал тестове за живот (и дори в различни топлинни и електрически режими) за толкова дълъг период. През това време се появяват нови технологии, тестовете трябва да започнат наново - и така до безкрай. Гаранционният срок на експлоатация е много по-информативен. И това е 10 000-15 000 часа. Всичко, което следва, в най-добрия случай е математическо моделиране, в най-лошия – гол маркетинг. Проблемът е, че обикновено няма гаранционна информация на производителя за обикновените евтини светодиоди. Но можете да се съсредоточите върху 10 000-15 000 часа и да имате предвид приблизително същото количество. И тогава разчитайте само на късмета. И още нещо - експлоатационният живот е много зависим от топлинния режим по време на работа. Следователно един и същ елемент при различни условия ще продължи различно време. За да удължите живота на светодиода, трябва да бъдете внимателни към проблема с разсейването на топлината, да не пренебрегвате радиаторите и да създавате условия за естествена циркулация на въздуха, а в някои случаи да прибягвате до принудителна вентилация.
Но дори и намалените срокове са няколко години на работа (защото светодиодът няма да работи без паузи). Следователно появата на трицветни светодиоди позволява на дизайнерите да използват широко полупроводникови устройства в своите идеи, а на инженерите да реализират тези идеи „в хардуер“.
