Característica do LED RGB
A luz de fundo que muda de cor parece espetacular. É utilizado para objetos publicitários, iluminação decorativa de objetos arquitetônicos, durante diversos espetáculos e eventos públicos. Uma maneira de implementar essa luz de fundo é usar LEDs tricolores.
O que é LED RGB
Dispositivos semicondutores emissores de luz comuns têm uma junção p-n em um pacote ou são uma matriz de várias junções idênticas (Tecnologia COB). Isso permite que você obtenha uma cor de brilho a cada momento - diretamente da recombinação dos transportadores principais ou do brilho secundário do fósforo. A segunda tecnologia deu aos desenvolvedores amplas oportunidades na escolha da cor do brilho, mas o dispositivo não pode alterar a cor da radiação durante a operação.
O LED RGB contém três junções p-n com diferentes cores de brilho em um pacote:
- Vermelho vermelho);
- verde (Verde);
- azul.
A abreviatura dos nomes em inglês de cada cor deu o nome a este tipo de LED.
Tipos de diodos RGB
Os LEDs de três cores são divididos em três tipos de acordo com o método de conexão dos cristais dentro do gabinete:
- com ânodo comum (tem 4 saídas);
- com cátodo comum (tem 4 saídas);
- com elementos separados (tem 6 conclusões).
A forma como o dispositivo é controlado depende da versão do LED.
De acordo com o tipo de lente, os LEDs são:
- com lente transparente;
- com lente fosca.
Os elementos RGB de lente clara podem exigir difusores de luz adicionais para obter tons mistos. Caso contrário, os componentes de cores individuais podem ser visíveis.
Princípio da Operação
O princípio de funcionamento dos LEDs RGB é baseado na mistura de cores. A ignição controlada de um, dois ou três elementos permite obter um brilho diferente.
Ligar os cristais individualmente dá as três cores correspondentes. A inclusão de pares permite que você obtenha um brilho:
- as junções p-n vermelhas + verdes eventualmente darão amarelo;
- azul + verde quando misturado dá turquesa;
- vermelho + azul fazem roxo.
A inclusão de todos os três elementos permite obter branco.
Muito mais possibilidades são dadas pela mistura de cores em várias proporções. Isso pode ser feito controlando separadamente o brilho do brilho de cada cristal. Para fazer isso, você deve ajustar individualmente a corrente que flui através dos LEDs.
Controle de LED RGB e diagrama de fiação
O LED RGB é controlado da mesma forma que um LED convencional - aplicando uma tensão direta ânodo-catodo e criando uma corrente através da junção p-n.Portanto, é necessário conectar um elemento tricolor a uma fonte de energia por meio de resistores de lastro - cada cristal por meio de seu próprio resistor. Calcular pode ser através da corrente nominal do elemento e da tensão de operação.
Mesmo quando combinados no mesmo pacote, cristais diferentes podem ter parâmetros diferentes, de modo que não podem ser conectados em paralelo.
As características típicas de um dispositivo de três cores de baixa potência com um diâmetro de 5 mm são fornecidas na tabela.
| Vermelho (R) | Verde (G) | Azul (B) | |
| Tensão direta máxima, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Corrente nominal, mA | 20 | 20 | 20 |
Obviamente, o cristal vermelho tem uma tensão direta que é metade da dos outros dois. A inclusão paralela de elementos levará a um brilho diferente do brilho ou à falha de uma ou todas as junções p-n.
Conectado permanentemente a uma fonte de energia não permite que você use todos os recursos do elemento RGB. No modo estático, um dispositivo de três cores desempenha apenas as funções de um monocromático, mas custa muito mais do que um LED convencional. Portanto, o modo dinâmico é muito mais interessante, no qual a cor do brilho pode ser controlada. Isso é feito através de um microcontrolador. Suas saídas na maioria dos casos fornecem uma corrente de saída de 20 mA, mas isso precisa ser especificado na folha de dados a cada vez. Conecte o LED às portas de saída através de um resistor limitador de corrente. Uma opção de compromisso ao alimentar o microcircuito de 5 V é uma resistência de 220 ohms.
Elementos com cátodos comuns são controlados aplicando uma unidade lógica à saída, com ânodos comuns - um zero lógico. Não é difícil alterar a polaridade do sinal de controle programaticamente. LED com saídas separadas pode ser conectar e gerenciar de qualquer maneira.
Se as saídas do microcontrolador não forem projetadas para a corrente nominal do LED, o LED deve ser conectado através de interruptores de transistor.
Nesses circuitos, ambos os tipos de LEDs são acesos aplicando um nível positivo nas entradas principais.
Foi mencionado que o brilho do brilho é controlado alterando a corrente através do elemento emissor de luz. As saídas digitais do microcontrolador não podem controlar diretamente a corrente, pois possuem dois estados - alto (correspondente à tensão de alimentação) e baixo (correspondente à tensão zero). Não há posições intermediárias, então outras formas são usadas para ajustar a corrente. Por exemplo, o método de modulação por largura de pulso (PWM) do sinal de controle. Sua essência está no fato de que não é aplicada uma tensão constante ao LED, mas pulsos de uma certa frequência. O microcontrolador, de acordo com o programa, altera a proporção do pulso e da pausa. Isso altera a tensão média e a corrente média através do LED em uma amplitude de tensão constante.
Existem controladores especializados projetados especificamente para controlar o brilho de LEDs de três cores. Eles são vendidos na forma de um dispositivo acabado. Eles também usam o método PWM.
Pinagem
Se houver um novo LED não soldado, a pinagem pode ser determinada visualmente. Para qualquer tipo de conexão (ânodo comum ou cátodo comum), o cabo conectado a todos os três elementos tem o maior comprimento.Se você virar a caixa para que a perna longa fique do lado esquerdo, à esquerda haverá uma saída "vermelha" e à direita - primeiro "verde" e depois "azul". Se o LED já estiver em uso, suas saídas podem ser encurtadas arbitrariamente e você terá que recorrer a outros métodos para determinar a pinagem:
- Você pode definir um fio comum com multímetro. É necessário ligar o dispositivo no modo de teste de diodo e conectar os grampos do dispositivo à perna comum pretendida e a qualquer outra, depois alterar a polaridade da conexão (como no teste usual de uma junção semicondutora). Se a saída comum esperada for determinada corretamente, então (com todos os três elementos que podem ser reparados) o testador mostrará resistência infinita em uma direção e resistência finita na outra (o valor exato depende do tipo de LED). Se em ambos os casos houver um sinal aberto no visor do testador, a saída foi selecionada incorretamente e o teste deve ser repetido com a outra perna. Pode acontecer que a tensão de teste do multímetro seja suficiente para inflamar o cristal. Nesse caso, você pode verificar adicionalmente a correção da pinagem pela cor do brilho da junção p-n.
- Outra maneira é aplicar energia ao terminal comum pretendido e a qualquer outra perna do LED. Se o ponto comum for escolhido corretamente, isso pode ser verificado pelo brilho do cristal.
Importante! Ao verificar com uma fonte de alimentação, é necessário elevar suavemente a tensão de zero e não exceder o valor de 3,5-4 V. Se não houver fonte regulada, você pode conectar o LED à saída de tensão CC através de um limitador de corrente resistor.
Para LEDs com pinos separados, a definição da pinagem é reduzida para esclarecimento de polaridade e o arranjo dos cristais por cor.Isso também pode ser feito usando os métodos acima.
Será útil saber:
Prós e contras dos LEDs RGB
Os LEDs RGB têm todas as vantagens que os elementos emissores de luz semicondutores têm. Estes são de baixo custo, alta eficiência energética, longa vida útil, etc. Uma vantagem distintiva dos LEDs de três cores é a capacidade de obter quase qualquer tom de brilho de maneira simples e a um preço baixo, além de mudar as cores na dinâmica.
A principal desvantagem dos LEDs RGB é a impossibilidade de obter o branco puro misturando três cores. Isso exigirá sete tons (um exemplo é o arco-íris - suas sete cores são o resultado do processo inverso: a decomposição da luz visível em componentes). Isso impõe restrições ao uso de lâmpadas de três cores como elementos de iluminação. Para compensar um pouco esse recurso desagradável, o princípio RGBW é usado ao criar tiras de LED. Para cada LED de três cores, um elemento de brilho branco é instalado (devido ao fósforo). Mas o custo de tal dispositivo de iluminação aumenta acentuadamente. LEDs RGBW também estão disponíveis. Eles têm quatro cristais instalados na caixa - três para obter as cores originais, o quarto - para obter o branco, ele emite luz devido ao fósforo.
Vida
O período de operação de um dispositivo de três cristais é determinado pelo tempo entre falhas do elemento de vida mais curta. Neste caso, é aproximadamente o mesmo para todas as três junções p-n. Os fabricantes afirmam que a vida útil dos elementos RGB é de 25.000 a 30.000 horas. Mas esse número deve ser tratado com cautela.A vida útil indicada é equivalente a operação contínua por 3-4 anos. É improvável que algum dos fabricantes tenha realizado testes de vida (e mesmo em vários modos térmicos e elétricos) por um período tão longo. Durante esse tempo, novas tecnologias aparecem, os testes devem ser iniciados novamente - e assim por diante, ad infinitum. O período de garantia de operação é muito mais informativo. E são 10.000-15.000 horas. Tudo o que se segue é, na melhor das hipóteses, modelagem matemática, na pior, marketing nu. O problema é que geralmente não há informações de garantia do fabricante para LEDs comuns de baixo custo. Mas você pode se concentrar em 10.000-15.000 horas e ter em mente a mesma quantidade. E então confie apenas na sorte. E mais uma coisa - a vida útil depende muito do regime térmico durante a operação. Portanto, o mesmo elemento em condições diferentes durará por tempos diferentes. Para prolongar a vida útil do LED, deve-se estar atento ao problema de dissipação de calor, não descuidar dos radiadores e criar condições para a circulação natural do ar e, em alguns casos, recorrer à ventilação forçada.
Mas mesmo os prazos reduzidos são de vários anos de operação (porque o LED não funcionará sem pausas). Portanto, a aparência de LEDs de três cores permite que os designers usem amplamente dispositivos semicondutores em suas ideias e os engenheiros implementem essas ideias “em hardware”.
