RGB LED funkcija
Krāsu mainīgais apgaismojums izskatās iespaidīgi. To izmanto reklāmas objektiem, arhitektūras objektu dekoratīvajam apgaismojumam, dažādu izstāžu un publisku pasākumu laikā. Viens no veidiem, kā īstenot šādu apgaismojumu, ir izmantot trīskrāsu gaismas diodes.
Kas ir RGB-LED
Parastās gaismu izstarojošās pusvadītāju ierīces sastāv no viena p-n savienojuma vienā iepakojumā vai vairāku identisku savienojumu matricas (COB tehnoloģija). Tas ļauj jebkurā brīdī radīt vienu krāsu, kas rodas vai nu tieši no galveno nesēju rekombinācijas, vai no fosfora sekundārās luminiscences. Otrā tehnoloģija ir devusi izstrādātājiem plašas iespējas izvēlēties luminiscences krāsu, taču ierīce nevar mainīt starojuma krāsu darbības laikā.
RGB LED satur trīs p-n savienojumus vienā korpusā ar dažādu krāsu luminiscenci:
- Sarkans;
- zaļš;;
- Zils.
Katras krāsas nosaukuma saīsinājums angļu valodā un dots šī LED tipa nosaukums.
RGB LED veidi
Trīskrāsu gaismas diodes pēc tā, kā kristāli ir savienoti korpusa iekšpusē, iedala trīs tipos:
- ar kopīgu anodu (ir 4 kontakti);
- Ar kopīgu katodu (ir 4 kontakti);
- ar atsevišķiem elementiem (ir 6 kontakti).
LED diodes konstrukcija ir atkarīga no tā, kā ierīce tiek vadīta.
Atkarībā no objektīva veida gaismas diodes var būt:
- ar caurspīdīgu objektīvu;
- ar matētu lēcu.
RGB elementiem ar caurspīdīgu objektīvu var būt nepieciešami papildu gaismas izkliedētāji, lai iegūtu jauktas krāsas. Pretējā gadījumā var redzēt atsevišķas krāsas.
Darbības princips
RGB gaismas diodes darbojas pēc krāsu sajaukšanas principa. Ar kontrolētu viena, divu vai trīs elementu apgaismojumu var iegūt dažādas krāsas.
Atsevišķi pārslēdzot kristālus, tiek iegūtas trīs atbilstošas krāsas. Pārslēdzot pa pāriem, tiek panākta luminiscence:
- sarkans+zaļš p-n savienojumi galu galā iegūs dzeltenu krāsu;
- zils + zaļš sniegs tirkīza krāsu;
- sarkans + zils veido violetu krāsu.
Visu trīs elementu apvienojums rada baltu krāsu.
Krāsu sajaukšana dažādās proporcijās ir daudz iespējamāka. To var izdarīt, atsevišķi regulējot katra kristāla spilgtumu. Lai to izdarītu, strāva, kas plūst caur gaismas diodēm, ir jāregulē individuāli.
RGB LED vadības un savienojumu shēma
RGB-LED tiek vadītas tāpat kā parastās LED - pievadot tiešu anoda-katoda spriegumu un radot strāvu caur p-n savienojumu. Tāpēc trīskrāsu elements ir jāpievieno barošanas avotam, izmantojot balastrezistorus - katrs kristāls ar savu rezistoru. Lai aprēķinātu To var aprēķināt, izmantojot elementa nominālo strāvu un darba spriegumu.
Pat tad, ja tie ir apvienoti vienā korpusā, dažādiem kristāliem var būt atšķirīgi parametri, tāpēc tos nedrīkst savienot paralēli.
Zemas jaudas trīskrāsu ierīces ar 5 mm diametru tipiskie raksturlielumi ir parādīti tabulā.
| Sarkans (R) | Zaļš (G) | Zils (B) | |
| Maksimālais tiešais spriegums, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Nominālā strāva, mA | 20 | 20 | 20 |
Ir acīmredzams, ka sarkanā kristāla tiešais spriegums ir divreiz zemāks nekā pārējo divu. Savienojot elementus paralēli, tiks iegūts atšķirīgs spilgtums vai viena vai visu p-n pāreju bojājums.
Pastāvīga pieslēgšana pie barošanas avota neļauj pilnībā izmantot RGB elementu potenciālu. Statiskā režīmā trīskrāsu ierīce darbojas tikai kā melnbalta ierīce, un tās izmaksas ir ievērojami lielākas nekā parastās LED. Tāpēc daudz interesantāks ir dinamiskais režīms, kurā var regulēt mirdzuma krāsu. Tas tiek īstenots ar mikrokontroliera palīdzību. Tā izejas vairumā gadījumu nodrošina 20 mA izejas strāvu, taču tas katru reizi ir jāpārbauda datu lapā. LED jāpievieno izejas pieslēgvietām ar strāvas ierobežošanas rezistoru. Kompromisa variants, ja mikroshēmu darbina no 5 V - 220 Ω pretestības.
Elementi ar kopīgiem katodiem tiek vadīti, nosūtot uz izeju loģisko vienību, ar kopīgiem anodiem - loģisko nulli. Vadības signāla polaritāti var viegli mainīt, izmantojot programmatūru. LED ar atsevišķām izejām var izveidot savienojumu ar un to var kontrolēt jebkādā veidā.
Ja mikrokontroliera izejas nav paredzētas LED nominālajai strāvai, LED ir jāpievieno, izmantojot tranzistoru slēdžus.
Šajās shēmās abu veidu gaismas diodes iedegas, pievadot pozitīvu līmeni taustiņu ieejām.
Jau minēts, ka spilgtumu regulē, mainot strāvu caur gaismu izstarojošo elementu. Mikrokontroliera ciparu adatas nevar tieši kontrolēt strāvu, jo tām ir divi stāvokļi - augsts (atbilst barošanas spriegumam) un zems (atbilst nulles spriegumam). Nav starppozīciju, tāpēc tiek izmantoti citi strāvas regulēšanas veidi. Piemēram, vadības signāla modulācijas impulsa platuma modulācijas (PWM) metode. Ideja ir tāda, ka gaismas diodei netiek pievadīts pastāvīgs spriegums, bet gan impulsi ar noteiktu frekvenci. Mikrokontrolieris saskaņā ar programmu maina impulsa un pauzes attiecību. Tas maina vidējo spriegumu un vidējo strāvu caur LED, bet sprieguma amplitūda paliek nemainīga.
Ir specializēti kontrolieri, kas ir īpaši izstrādāti trīskrāsu gaismas diodēm. Tie tiek pārdoti kā gatavas ierīces. Tās izmanto arī PWM metodi.
Pinout
Ja ir jauns, nepielodēts LED, kontakttīkla piešķiršanu var noteikt vizuāli. Jebkuram savienojuma veidam (kopīgs anods vai kopīgs katods) ar visiem trim elementiem savienotajam vadam ir visgarākais garums. Ja korpusu pagriež tā, lai garākā kājiņa būtu kreisajā pusē, "sarkanais" vads ir kreisajā pusē, bet "zaļais" vads vispirms ir labajā pusē, tad "zilais" vads. Ja LED diode jau ir izmantota, tās kontakti var būt patvaļīgi saīsināti, un jums būs jāizmanto citas metodes, lai noteiktu kontaktu izkārtojumu:
- Kopīgo vadu ir iespējams noteikt, izmantojot multimetrs. Pārslēdziet ierīci diodes testa režīmā un pievienojiet ierīces spailes pie pieņemtā kopīgā kontakta un pie jebkura cita kontakta, pēc tam apgrieziet polaritāti (kā parastā pusvadītāju savienojuma testā). Ja pieņemtais kopīgais vads ir pareizs, testeris vienā virzienā rādīs bezgalīgu pretestību un otrā virzienā - galīgu pretestību (precīza vērtība ir atkarīga no LED tipa). Ja abos gadījumos testera displejā parādās pārrāvuma signāls, tad vads ir nepareizs un tests ir jāatkārto ar otru posmu. Var gadīties, ka multimetra testa spriegums ir pietiekams, lai aizdedzinātu kristālu. Šādā gadījumā pēc p-n savienojuma spīduma krāsas var papildus pārbaudīt, vai kontakts ir piešķirts pareizi.
- Cits veids ir pievadīt strāvu uz pieņemto kopīgo kontaktdakšu un jebkuru citu LED kājiņu. Ja kopīgais punkts ir izvēlēts pareizi, to var pārbaudīt, pārbaudot kristāla spīdumu.
Svarīgi! Testējot ar barošanas avotu, spriegums no nulles jāpaaugstina vienmērīgi un nedrīkst pārsniegt 3,5-4 V. Ja nav pieejams regulēts avots, LED var pieslēgt līdzstrāvas sprieguma izejai, izmantojot strāvas ierobežošanas rezistoru.
Izmantojot gaismas diodes ar atsevišķām izejām, pieslēguma pieslēgums ir šāds. noskaidrot polaritāti un kristālu izkārtojums pēc krāsas. To var izdarīt arī, izmantojot uzskaitītās metodes.
Ir lietderīgi pārskatīt:
RGB LED priekšrocības un trūkumi
RGB gaismas diodēm ir visas pusvadītāju gaismu izstarojošo elementu priekšrocības. Tie ir lēti, ar augstu energoefektivitāti, ilgu kalpošanas laiku utt. Trīskrāsu gaismas diodu priekšrocība ir iespēja vienkāršā veidā un ar zemām izmaksām iegūt gandrīz jebkuru gaismas toni, kā arī krāsu maiņa laika gaitā.
Galvenais RGB LED trūkums ir tas, ka, sajaucot trīs krāsas, nav iespējams iegūt tīru balto krāsu. Tam būtu nepieciešamas septiņas nokrāsas (kā piemēru var minēt varavīksni - tās septiņas krāsas ir pretēja procesa rezultāts: redzamās gaismas sadalīšanās tās sastāvdaļās). Tas nosaka ierobežojumus trīskrāsu gaismekļu kā apgaismes elementu izmantošanai. Lai nedaudz kompensētu šo nepatīkamo iezīmi, LED lentes tiek veidotas pēc RGBW principa. Katrai trīskrāsu gaismas diodei ir uzstādīts viens baltā spīduma elements (pateicoties fosforam). Taču šādas apgaismes ierīces izmaksas ievērojami palielinās. Ir arī RGBW gaismas diodes. To korpusā ir uzstādīti četri kristāli - trīs sākotnējām krāsām, bet ceturtais - baltās gaismas radīšanai, tas izstaro gaismu caur luminoforu.
Kalpošanas laiks
Trīs kristālu ierīces kalpošanas laiku nosaka īsākā elementa MTBF. Šajā gadījumā tas ir aptuveni vienāds visiem trim p-n savienojumiem. Ražotāji apgalvo, ka RGB elementu kalpošanas laiks ir 25 000-30 000 stundu. Taču šis skaitlis jāuztver piesardzīgi. Norādītais kalpošanas ilgums atbilst 3-4 gadiem nepārtrauktas darbības. Maz ticams, ka kāds ražotājs ir veicis kalpošanas testus (un pat dažādos termiskos un elektriskos režīmos) tik ilgā laika periodā. Šajā laikā parādās jaunas tehnoloģijas, testi jāsāk no jauna - un tā līdz bezgalībai. Garantijas termiņš ir daudz informatīvāks. Tas ir 10 000-15 000 stundu. Viss, kas pārsniedz šo robežu, labākajā gadījumā ir matemātiska modelēšana, bet sliktākajā - tīrs mārketings. Problēma ir tā, ka parastajām lētajām gaismas diodēm parasti nav ražotāja garantijas informācijas. Taču jūs varat censties nostrādāt 10 000-15 000 stundu, paturot prātā aptuveni tikpat daudz. Papildus tam viss ir atkarīgs no veiksmes. Vēl viena lieta - kalpošanas laiks ir ļoti atkarīgs no termiskajiem apstākļiem ekspluatācijas laikā. Tāpēc viens un tas pats elements dažādos apstākļos kalpos atšķirīgu laiku. Lai pagarinātu LED kalpošanas laiku, ir jāpievērš uzmanība siltuma izkliedēšanai, neaizmirstot par radiatoriem un jārada apstākļi dabiskai gaisa cirkulācijai, un dažos gadījumos jāizmanto piespiedu ventilācija.
Bet pat saīsinātais laika periods ir vairāki gadi darbības (jo LED nedarbosies bez pauzēm). Tāpēc trīskrāsu LED parādīšanās ļauj dizaineriem plaši izmantot pusvadītājus savās idejās, bet inženieriem - īstenot šīs idejas "no dzelzs".
