Многоцветные светодиоды появились вслед за двух цветными «красно-зелёными», когда достижения технологии позволили разместить на их кристаллах излучатели синего цвета. Изобретение «синих» и «белых» светодиодов полностью замкнуло RGB-круг: теперь стала реальной индикация любого цвета радуги в видимом диапазоне длин волн 450…680 нм с любой насыщенностью.
Существует несколько способов получения белого «светодиодного» света (именно «света», поскольку белого «цвета» в природе не существует).
Первый способ - на внутреннюю поверхность линзы «синего» светодиода наносится люминофор жёлтого цвета. «Синий» плюс «жёлтый» в сумме дают тон, близкий к белому. Именно так были созданы первые в мире «белые» светодиоды.
Второй способ - на поверхность светоизлучателя, работающего в ультрафиолетовом диапазоне 300…400 нм (невидимое излучение), наносятся три слоя люминофора, соответственно, синего, зелёного и красного цвета. Происходит смешивание спектральных составляющих, как в лампе дневного света.
Третий способ - технология телевизионных ЖК-экранов. На одной подложке близко друг возле друга размещаются «красные», «синие» и «зелёные» излучатели (как три пушки в кинескопе). Цветовые пропорции задаются разными токами через каждый излучатель. Окончательное смешивание красок до получения белого оттенка производится светорассеивающей линзой корпуса.
Четвёртый способ реализуется в так называемых «квантовых» светодиодах, у которых на общую полупроводниковую пластину наносятся красные, зелёные и синие «квантовые» точки или, по-другому, люминесцентные нано кристаллы. Это перспективное энергосберегающее направление, но пока ещё экзотичное.
На сегодняшний день для любительской практики представляют интерес многоцветные светодиоды третьего типа, имеющие отводы от трёх излучателей. Их можно использовать для создания полноцветных устройств отображения информации, например, в виде светодиодных экранов телевизионного формата. Один пиксель такого экрана может светить синим (470 нм), зелёным (526 нм) или красным (630 нм) цветом. В сумме это позволяет получить практически такое же число оттенков, как и в компьютерных мониторах.
Многоцветные светодиоды бывают четырёх-, шест восьмивыводные. В первом случае имеются три вывода для излучателей красного (R), зелёного (G) и синего (В) цвета, дополненные четвёртым выводом общего катода или анода. В шестивыводном варианте в одном корпусе размещаются три полностью автономных светодиода RGB или две двухцветные пары: «красный-синий», «зелёный-синий». Восьмивыводные светодиоды дополнительно имеют «белый» излучатель.
Интересный момент. Доказано, что большинство мужчин неточно воспринимают цвет в красной части спектра. Виновата в этом сама матушка-природа из-за гена OPNlLW, находящегося в Х-хромосоме. У мужчин этот ген один, а у женщин имеютсядве его копии, которые взаимно компенсируют дефекты друг друга. Проявление в быту - женщины, как правило, хорошо различают малиновый, бордовый и алый оттенки, а для многих мужчин такие тона кажутся одинаково красными… Следовательно, конструируя аппаратуру, надо избегать «конфликтной» цветовой гаммы и не заставлять пользователя искать разницу в мелких деталях.
На Рис. 2.17, а…и приведены схемы подключения четырёх-, шест восьмивыводных многоцветных светодиодов к MK.
Рис. 2.17. Схемы подключения многоцветных светодиодов к MK (начало):
R3* со о а) ток через каждый из трёх излучателей красного (R), зелёного (G) и синего (В) цвета определяют резисторы R2…R4 - не более 20…25 мА на каждую линию MK. Резистор R1 организует отрицательную обратную связь по току. С его помощью снижается общая яркость свечения при одновременном включении сразу трёх излучателей;
б) аналогично Рис. 2.17, а, но для светодиода HL1 с общим анодом и с активным НИЗКИМ уровнем на выходах MK;
в) трёхканальное ШИМ-управление обеспечивает полную цветовую гамму RGB. Сопротивления резисторов R1…R3 подбирают в широких пределах по субъективному цветовому ощущению баланса белого при трёх включённых излучателях. Для равномерного перехода одного цвета в другой нужен нелинейный закон управления ШИМ. Средний ток через одну линию MK за один период ШИМ не должен превышать 20…25 мА при импульсном токе не более 40 мА;
г) аналогично Рис. 2.17, в, но для светодиода HL1 с общим анодом и с активным НИЗКИМ уровнем сигналов ШИМ;
д) в светодиоде HL1 находятся три полностью автономных излучателя с отдельными выводами из корпуса, что даёт определённую свободу действий. Например, можно сделать соединение индикаторов по схеме как с общим анодом, так и с общим катодом; О
О Рис. 2.17. Схемы подключения многоцветных светодиодов к MK (окончание):
е) имитатор многоцветного светодиода. Три обычных светодиода HL1..HL3 красного, зелёного и синего цвета конструктивно размещаются в одном общем светорассеивающем корпусе. Для лучшей имитации оригинала можно применить малогабаритные SMD-светодиоды;
ж) мощные многоцветные светодиоды напрямую к МК подключать нельзя, ввиду низкой нагрузочной способности портов. Требуются транзисторные ключи с допустимым током не менее 500 мА для «одноваттных» светодиодов (350 мА) и не менее 1 А для «трёхваттных» светодиодов (700 мА). Питать MK и светодиод HL1 рекомендуется от разных источников через стабилизатор напряжения, чтобы помехи от коммутации мощной нагрузки не сбивали работу программы. При высоком напряжении питания светодиода HL1 следует увеличить сопротивления резисторов R4…R6 и их мощность. Сам светодиод надо обязательно установить на радиатор 5… 10 см 2 ;
з) шестивыводной светодиод HL1 управляется от четырёх линий MK. Комбинируя НИЗКИЕ/ВЫСОКИЕ уровни можно обеспечить разные цветовые оттенки. В идеале смесь синего и зелёного даёт голубой цвет, а смесь красного и зелёного - жёлтый цвет;
и) востмивыводной светодиод HL1 позволяет не только смешивать цвета красный (R), зелёный (G), синий (В), но и регулировать их насыщенность добавлением белой составляющей (W). Каждый из излучателей светодиода HL1 рассчитан на рабочий ток 350 мА, поэтому необходимо предусмотреть меры по эффективному отводу тепла металлическим радиатором.
Со светодиодами сейчас знакомы все. Без них просто немыслима современная техника. Это светодиодные фонари и лампы, индикация режимов работы различной бытовой техники, подсветка экранов компьютерных мониторов, телевизоров и много еще всяких вещей, о которых так сразу и не вспомнить. Все перечисленные устройства содержат светодиоды видимого диапазона излучения различных цветов: красного, зеленого, синего (RGB), желтого, белого. Современные технологии позволяют получить практически любой цвет.
Кроме светодиодов видимого диапазона излучения существуют светодиоды инфракрасного и ультрафиолетового свечения. Основная область применения таких светодиодов это устройства автоматики и управления. Достаточно вспомнить . Если первые модели ПДУ применялись исключительно для управления телевизорами, то теперь с их помощью управляются настенные обогреватели, кондиционеры, вентиляторы и даже кухонная техника, например, кастрюли-мультиварки и хлебопечки.
Так что же такое светодиод?
По сути, мало чем отличается от обычного , - все тот же p-n переход, и все то же основное свойство односторонняя проводимость. По мере изучения p-n перехода выяснилось, что кроме односторонней проводимости он, этот самый переход, обладает еще несколькими дополнительными свойствами. В процессе эволюции полупроводниковой техники эти свойства изучались, развивались и совершенствовались.
Большой вклад в разработку полупроводников внес советский радиофизик (1903 - 1942). В 1919 году он поступил в знаменитую и известную до сих пор Нижегородскую радиолабораторию, а с 1929 году работал в Ленинградском физико-техническом институте. Одним из направлений деятельности ученого было исследование слабого, чуть заметного, свечения кристаллов полупроводников. Именно на этом эффекте и работают все современные светодиоды.
Это слабое свечение возникает при пропускании через p-n переход тока в прямом направлении. Но в настоящее время это явление изучено и усовершенствовано настолько, что яркость некоторых светодиодов такая, что можно просто ослепнуть.
Цветовая гамма светодиодов очень широка, практически все цвета радуги. Но цвет получается вовсе не изменением цвета корпуса светодиода. Это достигается тем, что в p-n переход добавляются легирующие примеси. Например, введение незначительного количества фосфора или алюминия позволяет получить цвета красного и желтого оттенков, а галлий и индий излучают свет от зеленого до голубого цвета. Корпус светодиода может быть прозрачным или матовым, если корпус цветной, то это просто светофильтр соответствующий цвету свечения p-n перехода.
Другим способом получения нужного цвета является введение люминофора. Люминофор - это вещество, дающее видимый свет при воздействии на него другим излучением, даже инфракрасным. Классический тому пример - лампы дневного света. В случае со светодиодами - белый цвет получается, если добавить люминофор в кристалл голубого свечения.
Для увеличения интенсивности излучения почти все светодиоды имеют фокусирующую линзу. Часто в качестве линзы используется торец прозрачного корпуса, имеющий сферическую форму. У светодиодов инфракрасного диапазона излучения иногда линза бывает на вид непрозрачная, дымчато-серого цвета. Хотя в последнее время инфракрасные светодиоды выпускаются просто в прозрачном корпусе, именно такие применяются в различных ПДУ.
Двухцветные светодиоды
Тоже известны практически всем. Например, зарядник для мобильного телефона: пока идет зарядка индикатор светится красным цветом, а по окончании зарядки зеленым. Такая индикация возможна благодаря существованию двухцветных светодиодов, которые могут быть разных типов. Первый тип это трехвыводные светодиоды. В одном корпусе содержатся два светодиода, например, зеленый и красный, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема подключения двухцветного светодиода
На рисунке показан фрагмент схемы с двухцветным светодиодом. В данном случае показан трехвыводный светодиод с общим катодом (бывают и с общим анодом) и его подключение к . В этом случае можно включить либо один, либо другой светодиод, либо сразу оба. Например, это будет красный или зеленый цвет, а при включении сразу двух светодиодов получится желтый. Если при этом с помощью ШИМ модуляции регулировать яркость каждого светодиода, то можно получить несколько промежуточных оттенков.
В этой схеме следует обратить внимание на то, что ограничительные резисторы включены отдельно для каждого светодиода, хотя, казалось бы, можно обойтись и одним, включив его в общий вывод. Но при таком включении яркость светодиодов будет изменяться при включении одного или двух светодиодов.
Какое напряжение нужно для светодиода Такой вопрос можно услышать достаточно часто, задают его те, кто не знаком со спецификой работы светодиода или просто люди весьма далекие от электричества. При этом приходится объяснять, что светодиод является прибором управляемым током, а не напряжением. Можно включить светодиод хоть на 220В, но при этом ток через него не должен превышать предельно допустимый. Это достигается включением последовательно со светодиодом балластного резистора.
Но все-таки, вспомнив о напряжении, следует заметить, что оно тоже играет большую роль, ведь светодиоды имеют большое прямое напряжение. Если для обычного кремниевого диода это напряжение порядка 0,6…0,7В, то для светодиода этот порог начинается от двух вольт и выше. Поэтому от с напряжением 1,5В светодиод не зажечь.
Но при таком включении, имеется в виду 220В, не следует забывать о том, что обратное напряжение светодиода достаточно мало, не более нескольких десятков вольт. Поэтому, чтобы защитить светодиод от высокого обратного напряжения, принимаются специальные меры. Самый простой способ это встречно - параллельное подключение защитного диода, который может быть тоже не особо высоковольтным, например КД521. Под воздействием переменного напряжения диоды открываются поочередно, тем самым защищая друг друга от высокого обратного напряжения. Схема включения защитного диода показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема подключения параллельно светодиоду защитного диода
Двухцветные светодиоды выпускаются также в корпусе с двумя выводами. Изменение цвета свечения в этом случае происходит при изменении направления тока. Классический пример - индикация направления вращения двигателя постоянного тока. При этом не следует забывать, что последовательно со светодиодом обязательно включается ограничительный резистор.
В последнее время ограничительный резистор просто встраивается в светодиод, и тогда, например, на ценниках в магазине просто пишут, что этот светодиод на напряжение 12В. Также по напряжению маркируются мигающие светодиоды: 3В, 6В, 12В. Внутри таких светодиодов имеется микроконтроллер (его даже можно рассмотреть сквозь прозрачный корпус), поэтому всякие попытки изменить частоту миганий результатов не дают. При такой маркировке можно включать светодиод напрямую к блоку питания на указанное напряжение.
Разработки японских радиолюбителей
Радиолюбительством, оказывается, занимаются не только в странах бывшего СССР, но и в такой «электронной стране», как Япония. Конечно, даже японскому рядовому радиолюбителю не под силу создание очень сложных устройств, а вот отдельные схемотехнические решения заслуживают внимания. Мало ли в какой схеме эти решения могут пригодиться.
Приведем обзор относительно несложных устройств, в которых используются светодиоды. В большинстве случаев управление осуществляется от микроконтроллеров, и от этого никуда не денешься. Даже для несложной схемы проще написать коротенькую программу и запаять контроллер в корпусе DIP-8, чем паять несколько микросхем, конденсаторов и транзисторов. Привлекательно в этом еще и то, что некоторые микроконтроллеры могут работать совсем без навесных деталей.
Схема управления двухцветным светодиодом
Интересную схему для управления мощным двухцветным светодиодом предлагают японские радиолюбители. Точнее, здесь используются два мощных светодиода с током до 1А. Но, надо полагать, что существуют и мощные двухцветные светодиоды. Схема показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема управления мощным двухцветным светодиодом
Микросхема TA7291P предназначена для управления двигателями постоянного тока небольшой мощности. Она обеспечивает несколько режимов, а именно: вращение вперед, назад, стоп и торможение. Выходной каскад микросхемы собран по мостовой схеме, что и позволяет выполнять все перечисленные выше операции. Но стоило приложить некоторую фантазию и вот, пожалуйста, у микросхемы появилась новая профессия.
Логика работы микросхемы достаточно проста. Как видно на рисунке 3 микросхема имеет 2 входа (IN1, IN2) и два выхода (OUT1, OUT2), к которым подключены два мощных светодиода. Когда логические уровни на входах 1 и 2 одинаковы (безразлично 00 или 11), то потенциалы выходов равны, оба светодиода погашены.
При разных логических уровнях на входах микросхема работает следующим образом. Если на одном из входов, например, IN1 имеется низкий логический уровень, то выход OUT1, соединяется с общим проводом. Катод светодиода HL2 через резистор R2 тоже соединяется с общим проводом. Напряжение на выходе OUT2 (при наличии на входе IN2 логической единицы) в этом случае зависит от напряжения на входе V_ref, что позволяет регулировать яркость свечения светодиода HL2.
В данном случае напряжение V_ref получается из ШИМ импульсов от микроконтроллера с помощью интегрирующей цепочки R1C1, что регулирует яркость светодиода, подключенного к выходу. Микроконтроллер управляет также и входами IN1 и IN2, что позволяет получить самые разнообразные оттенки свечения и алгоритмы управления светодиодами. Сопротивление резистора R2 рассчитывается исходя из предельно допустимого тока светодиодов. Как это сделать будет рассказано ниже.
На рисунке 4 показано внутреннее устройство микросхемы TA7291P, ее структурная схема. Схема взята непосредственно из даташита, поэтому в качестве нагрузки на ней изображен электромотор.
Рисунок 4.
По структурной схеме легко проследить пути тока через нагрузку и способы управления выходными транзисторами. Транзисторы включаются попарно, по диагонали: (верхний левый + нижний правый) или (верхний правый + нижний левый), что позволяет изменять направление и частоту вращения двигателя. В нашем случае зажигать один из светодиодов и управлять его яркостью.
Нижние транзисторы управляются сигналами IN1, IN2 и предназначены просто для включения-выключения диагоналей моста. Верхние транзисторы управляются сигналом Vref, именно они регулируют выходной ток. Схема управления, показанная просто квадратом, содержит также схему защиты от короткого замыкания и других непредвиденных обстоятельств.
В этих расчетах как всегда поможет закон Ома. Исходные данные для расчета пусть будут следующие: напряжение питания (U) 12В, ток через светодиод (I_HL) 10мА, светодиод подключен к источнику напряжения без всяких транзисторов и микросхем в качестве индикатора включения. Падение напряжения на светодиоде (U_HL) 2В.
Тогда совершенно очевидно, что на ограничительный резистор придется напряжение (U-U_HL), - два вольта «съел» сам светодиод. Тогда сопротивление ограничивающего резистора составит
R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0,010 = 1000(Ω) или 1КОм.
Не забываем про систему СИ: напряжение в вольтах, ток в амперах, результат в Омах. Если светодиод включается транзистором, то в первой скобке из напряжения питания следует вычесть напряжение участка коллектор - эмиттер открытого транзистора. Но этого, как правило, никто никогда не делает, точность до сотых долей процента здесь не нужна, да и не получится ввиду разброса параметров деталей. Все расчеты в электронных схемах дают результаты приблизительные, остальное приходится достигать отладкой и настройкой.
Трехцветные светодиоды
Кроме двухцветных в последнее время широкое распространение получили . Основное их назначение это декоративное освещение на сценах, на вечеринках, на Новогодних торжествах или на дискотеках. Такие светодиоды имеют корпус с четырьмя выводами, один из которых является общим анодом или катодом, в зависимости от конкретной модели.
Но от одного или двух светодиодов, даже трехцветных, толку мало, поэтому приходится объединять их в гирлянды, а для управления гирляндами использовать всевозможные устройства управления, которые чаще всего называют контроллерами.
Сборка гирлянд из отдельных светодиодов дело скучное и малоинтересное. Поэтому в последние годы промышленность стала выпускать , а также ленты на базе трехцветных (RGB) светодиодов. Если одноцветные ленты выпускаются на напряжение 12В, то рабочее напряжение трехцветных лент чаще бывает 24В.
Светодиодные ленты маркируются по напряжению, поскольку уже содержат ограничительные резисторы, поэтому их можно подключать напрямую к источнику напряжения. Источники для продаются там же, где и ленты.
Для управления трехцветными светодиодами и лентами, для создания различных световых эффектов используются специальные контроллеры. С их помощью возможно простое переключение светодиодов, регулирование яркости, создание различных динамических эффектов, а также рисование узоров и даже картин. Создание подобных контроллеров привлекает многих радиолюбителей, естественно тех, кто умеет писать программы для микроконтроллеров.
С помощью трехцветного светодиода можно получить практически любой цвет, ведь цвет на экране телевизора получается также смешением всего трех цветов. Здесь уместно вспомнить еще одну разработку японских радиолюбителей. Ее принципиальная схема показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Схема подключения трехцветного светодиода
Мощный 1Вт трехцветный светодиод содержит три излучателя. При номиналах резисторов, указанных на схеме, цвет свечения белый. Подбором номиналов резисторов возможно некоторое изменение оттенка: от белого холодного до белого теплого. В авторской конструкции светильник предназначен для освещения салона автомобиля. Уж им ли (японцам) быть в печали! Чтобы не заботиться о соблюдении полярности на входе устройства предусмотрен диодный мост. Монтаж устройства выполнен на макетной плате и показан на рисунке 6.
Рисунок 6. Макетная плата
Следующая разработка японских радиолюбителей также автомобильного толка. Это устройство для подсветки номера, естественно, на белых светодиодах показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема устройства для подсветки номера на белых светодиодах
В конструкции применены 6 мощных сверхъярких светодиодов с предельным током 35мА и световым потоком 4лм. Чтобы повысить надежность светодиодов, ток через них ограничен на уровне 27мА с помощью микросхемы стабилизатора напряжения, включенного по схеме стабилизатора тока.
Светодиоды EL1…EL3, резистор R1 вместе с микросхемой DA1 образуют стабилизатор тока. Стабильный ток через резистор R1, поддерживает на нем падение напряжения 1,25В. Вторая группа светодиодов подключена к стабилизатору через точно такой же резистор R2, поэтому ток через группу светодиодов EL4…EL6 также будет стабилизирован на том же уровне.
На рисунке 8 показана схема преобразователя для питания белого светодиода от одного гальванического элемента с напряжением 1,5В, что явно недостаточно для зажигания светодиода. Схема преобразователя очень проста и управляется микроконтроллером. По сути дела микроконтроллер представляет собой с частотой импульсов около 40КГц. Для повышения нагрузочной способности выводы микроконтроллера соединены попарно в параллель.
Рисунок 8.
Работает схема следующим образом. Когда на выводах PB1, PB2 низкий уровень, на выходах PB0, PB4 высокий. В это время конденсаторы C1, C2 через диоды VD1,VD2 заряжаются примерно до 1,4В. Когда состояние выходов контроллера меняется на противоположное, то к светодиоду будет приложена сумма напряжений двух заряженных конденсаторов плюс напряжение батареи питания. Таким образом к светодиоду в прямом направлении будет приложено почти 4,5В, что вполне достаточно для зажигания светодиода.
Подобный преобразователь можно собрать и без микроконтроллера, просто на логической микросхеме. Такая схема показана на рисунке 9.
Рисунок 9.
На элементе DD1.1 собран генератор прямоугольных колебаний, частота которого определяется номиналами R1,C1. Именно с этой частотой будет вспыхивать светодиод.
Когда на выходе элемента DD1.1 высокий уровень на выходе DD1.2 естественно высокий. В это время конденсатор C2 заряжается через диод VD1 от источника питания. Путь заряда следующий: плюс источника питания - DD1.1 - С2 - VD1 - DD1.2 - минус источника питания. В это время к белому светодиоду приложено только напряжение батареи, которого недостаточно для зажигания светодиода.
Когда на выходе элемента DD1.1 уровень становится низким, на выходе DD1.2 появляется высокий уровень, что приводит к запиранию диода VD1. Поэтому напряжение на конденсаторе С2 суммируется с напряжением батареи и эта сумма прикладывается к резистору R1 и светодиоду HL1. Этой суммы напряжений вполне достаточно для включения светодиода HL1. Далее цикл повторяется.
Как проверить светодиод
Если светодиод новый, то тут все просто: тот вывод, который чуть длиннее является плюсовым или анодом. Именно его и надо включать к плюсу источника питания, естественно не забывая про ограничительный резистор. Но в некоторых случаях, например, светодиод был выпаян из старой платы и выводы у него одинаковой длины, требуется прозвонка.
Мультиметры в такой ситуации ведут себя несколько непонятно. Например, мультиметр DT838 в режиме проверки полупроводников может просто незначительно подсветить проверяемый светодиод, но при этом на индикаторе показывается обрыв.
Поэтому в ряде случаев лучше проверять светодиоды, подсоединяя их через ограничительный резистор к источнику питания, как показано на рисунке 10. Номинал резистора 200...500Ом.
Рисунок 10. Схема проверки светодиода
Рисунок 11. Последовательное включение светодиодов
Рассчитать сопротивление ограничительного резистора несложно. Для этого надо сложить прямое напряжение на всех светодиодах, вычесть его из напряжения источника питания, а полученный остаток разделить на заданный ток.
R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I
Предположим, что напряжение источника питания 12В, а падение напряжения на светодиодах 2В, 2,5В и 1,8В. Даже если светодиоды взяты из одной коробочки все равно может быть вот такой разброс!
По условию задачи задан ток 20мА. Осталось подставить все значения в формулу и поучить ответ.
R = (12- (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω
Рисунок 12. Параллельное включение светодиодов
На левом фрагменте все три светодиода подключены через один токоограничивающий резистор. Но почему эта схема перечеркнута, в чем ее недостатки?
Здесь сказывается разброс параметров светодиодов. Наибольший ток пойдет через тот светодиод, у которого падение напряжения меньше, то есть меньше и внутреннее сопротивление. Поэтому при таком включении никак не удастся добиться равномерного свечения светодиодов. Поэтому правильной схемой следует признать схему, показанную на рисунке 12 справа.
При изготовлении различных электронных конструкций часто применяют светодиод, например в узлах индикации или сигнализации работы аппаратуры. С обычными индикаторными светодиодами работали наверняка все, а от двухцветный светодиод с двумя выводами применяют далеко не все, потому что о нем мало кто знает из начинающих электронщиков. Поэтому я немного расскажу о нем и естественно мы подключим двухцветный светодиод в сеть переменного напряжения 220 В, поскольку эта тема по неизвестной мне причине имеет повышенный интерес.
И так, мы знаем, что «обычный» светодиод пропускает ток только в одном направлении: когда на анод подан плюс, а на катод – минус источника питания. Если изменить полярность источника напряжения, то ток протекать не будет.
Двухцветный светодиод с двумя выводами состоит из двух встречно-параллельно соединенных диодов, размещенных в общем корпусе. Причем корпус или, точнее говоря, линза имеет стандартные размеры и также всего два вывода.
Особенностью является то, что каждый вывод светодиода служит анодом одного светодиода и катодом второго.
Если на один вывод подать плюс, а второй минус источника питания, то один светодиод будет заперт, а второй засветится, например зеленым цветом.
При смене полярности источника питания – зеленый светодиод окажется запертым, а красный – засветится.
Двухцветные светодиоды выпускаются в таких цветовых комбинациях:
— красный – зеленый;
— синий – желтый;
— зеленый – янтарный;
— красный – желтый.
Как подключить двухцветный светодиод с двумя выводами к сети 220 В
Такой светодиод удобно применять на переменном токе, поскольку пропадает необходимость в применении обратного диода. Поэтому, чтобы подключить двухцветный светодиод к 220 В переменного напряжения достаточно добавить лишь токоограничивающий резистор.
Следует здесь сразу же сделать поправку, что номинальное напряжение в сети, оно же и в розетке, начиная с октября 2015 года, уже не привычные нам 220 В, а 230 В. Эти и другие данные отражены в ГОСТ 29433-2014. В этом же стандарте приводятся допустимые отклонения от номинального значения напряжения 230 В:
— номинальное значение 230 В;
— максимальное 253 В (+10 %);
— минимальное 207 В (-10 %);
— минимальное под нагрузкой 198 В (-14 %).
Исходя из этих допущений, необходимо рассчитать сопротивление токоограничивающего резистора из таких соображений, чтобы он не перегревался и через светодиод протекал достаточный ток для его нормального свечения при максимально допустимых колебания напряжения в сети.
Расчет токоограничивающего резистора
Поэтому, хотя номинальная величина тока 20 мА, мы примем за расчетное значение тока двухцветного светодиода 7 мА = 0,007 А. При этом значении он нормально светит, так как яркость светодиода не прямопропорциональна, протекающему через него току.
Определим сопротивление токоограничивающего резистора при номинальном напряжении в розетке 230 В:
R = U/I = 230 В / 0,007 А = 32857 Ом.
Из стандартного ряда номиналов резисторов выбираем 33 кОм.
Теперь рассчитаем мощность рассеивания резистора:
P = I 2 R = 0,007 2 ∙33000 = 1,62 Вт.
Принимаем 2-х ваттный резистор.
Выполним пересчет для случая максимально допустимого напряжения при заданном значении сопротивления резистора:
I = U/R = 253 / 33000 = 0,0077 А = 7,7 мА.
P = I 2 R = 0,0077 2 ∙33000 = 1,96 Вт.
Как видно, при увеличении напряжения на допустимые 10 %, ток также вырастит на 10 %, однако мощность рассеивания резистора не превысит 2 Вт, поэтому он не будет перегреваться.
При снижении напряжения на допустимую величину, ток также снизится. При этом рассеиваемая мощность резистора тоже снизится.
Отсюда вывод: в качестве индикатора наличия сетевого напряжения 230 В достаточно лишь применить двухцветный светодиод с двумя выводами и токоограничивающий резистор сопротивлением 33 кОм с мощностью рассеивания 2 Вт.
Многоцветные светодиоды, или как их еще называют RGB, используются для индикации и создания динамически изменяющейся по цвету подсветки. Фактически ничего особенного в них нет, давайте разберемся, как они работают и что такое RGB-светодиоды.
Внутреннее устройство
На самом деле RGB-светодиод - это три одноцветных кристалла совмещенные в одном корпусе. Название RGB расшифровывается, как Red - красный, Green - зеленый, Blue - синий соответственно цветам, которые излучает каждый из кристаллов.
Эти три цвета являются базовыми, и на их смешении формируется любой цвет, такая технология давно применяется в телевидении и фотографии. На картинке, что расположена выше, видно свечение каждого кристалла по отдельности.
На этой картинке вы видите принцип смешивания цветов, для получения всех оттенков.
Кристаллы в RGB-светодиоды могут быть соединены по схеме:
С общим анодом;
С общим катодом;
Не соединены.
В первых двух вариантах вы увидите, что у светодиода есть 4 вывода:
Или 6-тью выводами в последнем случае:
Вы можете видеть на фотографии под линзой четко видны три кристалла.
Для таких светодиодов продаются специальные монтажные площадки, на них даже указывают назначение выводов.
Нельзя оставить без внимания и RGBW - светодиоды, их отличие состоит в том, что в их корпусе есть еще один кристалл излучающий свет белого цвета.
Естественно не обошлось и без лент с такими светодиодами.
На этой картинке изображена лента с RGB-светодиодами , собранные по схеме с общим анодом, регулировка интенсивности свечения осуществляется путем управления «-» (минусом) источника питания.
Для изменения цвета RGB-ленты используются специальные RGB-контроллеры - устройства для коммутации напряжения подаваемого на ленту.
Вот цоколевка RGB SMD5050:
И ленты, особенностей работы с RGB-лентами нет, всё остается также как и с одноцветными моделями.
Для них есть и коннекторы для подсоединения светодиодной ленты без пайки.
Вот распиновка 5-ти мм РГБ-светодиода:
Как изменяется цвет свечения
Регулировка цвета осуществляется путем регулировки яркости излучения каждым из кристаллов. Мы уже рассматривали .
RGB-контроллер для ленты работает по такому же принципу, в нём стоит микропроцессор, который управляет минусовым выводом источника питания - подключает и отключает его от цепи соответствующего цвета. Обычно в комплекте с контроллером идёт пульт дистанционного управления. Контроллеры бывают разной мощности, от этого зависит их размер, начиная от такого миниатюрного.
Да такого мощного устройства в корпусе размером с блок питания.
Они подключаются к ленте по такой схеме:
Так как сечение дорожек на ленте не позволяет подключать последовательно с ней следующий отрезок ленты, если длина первого превышает 5м, нужно подключать второй отрезок проводами напрямую от РГБ-контроллера.
Но можно выйти из положения, и не тянуть дополнительных 4 провода на 5 метров от контроллера и использовать RGB-усилитель. Для его работы нужно протянуть всего 2 провода (плюс и минус 12В) или запитать еще один блок питания от ближайшего источника 220В, а также 4 «информационных» провода от предыдущего отрезка (R, G и B) они нужны для получения команд от контроллера, чтобы вся конструкция светилась одинаково.
А к усилителю уже подключают следующий отрезок, т.е. он использует сигнал с предыдущего куска ленты. То есть вы можете запитать ленту от усилителя, который будет расположен непосредственно возле неё, тем самым сэкономив деньги и время на прокладку проводов от первичного RGB-контроллера.
Регулируем RGB-led своими руками
Итак, есть два варианта для управления RGB-светодиодами:
Вот вариант схемы без использования ардуин и других микроконтроллеров, с помощью трёх драйверов CAT4101, способных выдавать ток до 1А.
Однако сейчас достаточно дешево стоят контроллеры и если нужно регулировать светодиодную ленту - то лучше приобрести готовый вариант. Схемы с ардуино гораздо проще, тем более вы можете написать скетч, с которым вы будете либо вручную задавать цвет, либо перебор цветов будет автоматическим в соответствии с заданным алгоритмом.
Заключение
RGB-светодиоды позволяют сделать интересные световые эффекты используются в дизайне интерьеров, как подсветка для бытовой техники, для эффекта расширения экрана телевизора. Особых отличий при работе с ними от обычных светодиодов - нет.
Ваш регион:
Самовывоз из офиса
Самовывоз из офиса в Москве
- Офис находится в 5 минутах ходьбы от м. Таганская, по адресу Большой Дровяной переулок, дом 6 .
- При оформлении до 15:00 в будний день заказ можно забрать после 17:00 в тот же день, иначе — на следующий будний день после 17:00. Мы позвоним и подтвердим готовность заказа.
- Получить заказ можно с 10:00 до 21:00 без выходных после его готовности. Заказ будет ждать вас 3 рабочих дня. Если хотите продлить срок хранения, просто напишите или позвоните.
- Запишите номер своего заказа перед визитом. Он необходим при получении.
- Чтобы к нам пройти, предъявите на проходной паспорт, скажите, что вы в Амперку, и поднимитесь на лифте на 3-й этаж.
- бесплатно
Доставка курьером по Москве
- Доставляем на следующий день при заказе до 20:00, иначе — через день.
- Курьеры работают с понедельника по субботу, с 10:00 до 22:00.
- Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
- 250 ₽
Доставка в пункт PickPoint
- PickPoint .
- Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
- 240 ₽
Доставка курьером по Питеру
Доставка курьером по Санкт-Петербургу
- Доставляем через день при заказе до 20:00, иначе — через два дня.
- Курьеры работают с понедельника по субботу, с 11:00 до 22:00.
- При согласовании заказа можно выбрать трёхчасовой интервал доставки (самое раннее — с 12:00 до 15:00).
- Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
- 350 ₽
Доставка в пункт PickPoint
- Доставка в пункт самовывоза — современный, удобный и быстрый способ получить свой заказ без звонков и ловли курьеров.
- Пункт самовывоза — это киоск с человеком или массив железных ящичков. Их ставят в супермаркетах, офисных центрах и других популярных местах. Ваш заказ окажется в том пункте, который выберите.
- Ближайший к себе пункт вы можете найти на карте PickPoint .
- Срок доставки — от 1 до 8 дней в зависимости от города. Например, в Москве это 1-2 дня; в Петербурге — 2—3 дня.
- Когда заказ прибудет в пункт выдачи, вы получите SMS с кодом для его получения.
- В любое удобное время в течение трёх дней вы можете прийти в пункт и с помощью кода из SMS получить заказ.
- Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
- Стоимость доставки — от 240 руб в зависимости от города и габаритов заказа. Она рассчитывается автоматически во время оформления заказа.
- 240 ₽
Доставка в пункт самовывоза
Доставка в пункт PickPoint
- Доставка в пункт самовывоза — современный, удобный и быстрый способ получить свой заказ без звонков и ловли курьеров.
- Пункт самовывоза — это киоск с человеком или массив железных ящичков. Их ставят в супермаркетах, офисных центрах и других популярных местах. Ваш заказ окажется в том пункте, который выберите.
- Ближайший к себе пункт вы можете найти на карте PickPoint .
- Срок доставки — от 1 до 8 дней в зависимости от города. Например, в Москве это 1-2 дня; в Петербурге — 2—3 дня.
- Когда заказ прибудет в пункт выдачи, вы получите SMS с кодом для его получения.
- В любое удобное время в течение трёх дней вы можете прийти в пункт и с помощью кода из SMS получить заказ.
- Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
- Стоимость доставки — от 240 руб в зависимости от города и габаритов заказа. Она рассчитывается автоматически во время оформления заказа.
Почта России
- Доставка осуществляется до ближайшего почтового отделения в любом населённом пункте России .
- Тариф и сроки доставки диктует «Почта России». В среднем, время ожидания составляет 2 недели.
- Мы передаём заказ Почте России в течение двух рабочих дней.
- Оплатить заказ можно наличными при получении (наложенный платёж) или же онлайн при оформлении заказа.
- Стоимость рассчитывается автоматически во время заказа и в среднем должна составить около 400 рублей.
