Устройство, виды и подключение RGB-светодиодов
Обычные светодиоды занимают лидирующие позиции в современных системах освещения различного назначения. Не менее популярны сегодня и многоцветные RGB-устройства. Окрашенный в различные оттенки свет идеально подходит для декоративного оформления архитектурных элементов, художественной подсветки предметов ландшафта и интерьера. Благодаря возможности подключения RGB-светодиодов к различным приборам управления и объединения в группы больших масштабов с их помощью создают эффектные световые сценарии и не менее впечатляющие движущиеся изображения.
Что такое RGB-светодиод?
Устройство представляет собой полноцветный LED-элемент, способный воспроизводить весь спектр оттенков радуги. В отличие от обычных светодиодов, он имеет три независимых источника света, излучающих свечение трех базовых цветов — красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue).
Характеристика RGB-светодиода
Функционирование устройства основано на оптическом эффекте создания разных оттенков методом управляемого смешивания 2-3 основных цветов.
Комбинирование возможно в разном порядке и соотношении. Для создания нужного оттенка применяется изменение яркости каждого отдельного кристалла. Используя базовые характеристики RGB-светодиодов, можно создавать интересные световые эффекты со смешиванием цветов, поочередным включением отдельных проводников и сменой оттенков в нужной последовательности. Когда все 3 полупроводника работают на полную мощность, диод излучает белый свет.
Как устроены многоцветные светодиоды
RGB LED модули имеют характерную конструкцию — три цветных диода, установленные на одной матрице и покрытые единой оптической линзой. В качестве базы используется гибкая лента или жесткая матрица с трехслойной структурой. Каждый кристалл имеет отдельное подключение к источнику питания. Соответственно, RGB-светодиод имеет 4 контакта — общий и по одному на полупроводник.
Принцип работы
Такие устройства создаются и функционируют по технологии COB. Они имеют несколько одинаковых p-n-переходов. При подаче напряжения на один кристалл в результате рекомбинации зарядов происходит свечение определенного цвета.
При одновременном включении 2-3 элементов на определенной мощности появляется вторичное свечение люминофора с формированием различных оттенков. Так, при парном включении красного и зеленого кристалла RGB-светодиод даст желтый свет. Одновременная активация синего и зеленого позволит получить бирюзовый оттенок.
Виды
RGB-светодиоды выпускаются в различных вариантах исполнения, что позволяет подобрать оптимальное устройство для различных целей. Прибор может оснащаться прозрачной или матовой линзой. Также они эти устройства имеют различные исполнения корпусов — стандартный круглый, модель повышенной мощности Emitter и модуль формата «Пиранья».
Главная классификация RGB-светодиодов осуществляется по типу соединения кристаллов внутри:
- с общим катодом (CA) — управление осуществляется подачей сигнала положительной полярности на анод;
- с общим анодом (CC) — изменение режимов работы выполняется методом подачи отрицательного импульса на катод;
- с независимыми элементами — каждый кристалл имеет собственную пару контактов (всего 6 выводов), подходит для коммутации различными способами.
RGBW-светодиоды
Создать чистое белое свечение с помощью стандартного трехцветного модуля достаточно сложно. Для этого нужна точная балансировка питания каждого отдельного кристалла. И даже при успешной настройке цвет получается тусклым. Чтобы упростить процесс создания беловой подсветки, были созданы четырехцветные светодиоды — RGBW. Помимо трех элементов базовых цветов они имеют дополнительный белый чип (RGB + White). Его наличие существенно увеличивает качество цветопередачи, расширяет палитру воспроизводимых оттенков и снижает нагрузку на контроллер.
Сферы применения
Многоцветные светодиоды активно используются для создания оригинального светового дизайна объектов и декоративной подсветки различных элементов. Применяя ленты и другие устройства с RGB-модулями, можно создавать интересные световые эффекты для различных целей:
- оформление рекламных конструкций и объектов;
- визуальные спецэффекты в ходе массовых мероприятиях;
- украшение фасадов зданий и входных групп;
- декоративная подсветка фонтанов, мостов и других сооружений;
- дизайнерское оформление жилых интерьеров.
Как управляют RGB-светодиодами
Данный тип устройств отличается сложностью монтажа. Для питания RGB-светодиодов необходимо постоянное напряжение 12В или 24В. Прямое подключение к сети 220В не допускается!
Подключение
Чтобы использовать все возможности многоцветного светодиодного модуля, его присоединяют к контроллеру. Например, универсальному блоку Arduino. Схема подключения RGB-диода зависит от типа соединения его кристаллов:
- Общий вывод модуля с независимыми элементами соединяют с контактом «Gnd», а остальные три подключаются к соответствующим точкам.
- Модули с общим анодом присоединяются к отрицательному контакту «Gnd», который находится в одном ряду с катодами.
- Приборы с общим катодом соединяются с положительным контактом «Gnd», который располагается в противоположном ряду.
При этом во всех случаях каждый контакт RGB-светодиода должен иметь токоограничивающий резистор. Прямая пайка категорически недопустима.
Как изменяется цвет свечения
В обычном режиме RGB-светодиод создает только статичное свечение.
Однако наиболее эффектно многоцветная подсветка выглядит именно в динамичном режиме. Возможность удобного управления цветами и сценариями обеспечивает микроконтроллер Arduino. Он меняет яркость свечения кристаллов методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Прибор обеспечивает автоматическое воспроизведение сценариев, а их настройка и активация осуществляется пользователем вручную с помощь пульта.
Также для управления RGB-светодиодом могут использоваться другие способы — система встроенных драйверов или специальные схемы на основе транзисторов.
Плюсы и минусы светодиодов RGB
Главным недостатком трехцветных светодиодов считается отсутствие возможности создавать качественный белый свет. Это накладывает существенные ограничения для использования RGB в роли основного источника освещения. Однако этот минус нивелируется наличием на рынке четырехцветных модулей RGBW с дополнительным белым чипом.
К достоинствам многоцветных светодиодов можно отнести все преимущества LED-устройств:
- доступная стоимость;
- минимальное энергопотребление;
- продолжительный срок службы;
- экологичность и пожаробезопасность;
- высокое качество излучаемого света.
Срок службы
RGB-светодиод функционирует до выхода из строя хотя бы одного элемента. При этом заявленный производителями срок службы для всех трех чипов примерно одинаков — около 30 000 часов. Это соответствует примерно 3-4 годам. Официальная гарантия многих брендов ограничивается сроком до 15 000 часов. Фактическая продолжительность службы при этом может существенно отличаться от указанных цифр в зависимости от условий эксплуатации.
Cхема для RGB светодиода на микроконтроллере
Небольшая моя разработка “LumColor” для управления RGB светодиодом. Рассчитана на 0,5 Вт RGB светодиоды с общим катодом.
видео работы устройства
Схема представляет собой контроллер управления на МК PIC18F2550. Контроллеру можно задать 4 различные цветодинамические программы. 1 программа осуществляет плавное “перетекание” различных цветов в течении полторы минуты. 2 производит плавное зажигание и плавное гашение цветов.
3 – дискретное включение цветов. Последняя программа повторяет ту же что и первая, но за 12-15 секунд. Все программы выполняются циклично, по завершению “полного круга” программа повторяется.
схема для RGB светодиода на PIC18F2550 “LumColor”
Для RGB-светодиода с общим анодом необходим NPN-транзистор PDTD113ZT, при этом эмиттер подключается к минусу, общий анод светодиода на плюс.
RGB светодиоды содержат 3 светодиода в одном. Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Смешение обеспечивает большое количество цветов, чем 3 основных цвета. Контроллер управляет светодиодом с помощью программного 8 битного ШИМ, при этом общая частота всех трёх каналов – 183 Гц. Частота может меняться в зависимости от частоты генерирующего кварца. Программы задаются с помощью четырех пинового переключателя SA1-SA4, устанавливается при включении устройства. Для выбора программы лишь один из четырех контактов переключателя должен быть включен (замкнуть контакт).
4 пиновый переключатель SA1-SA4
В качестве управляющих транзисторов используются специальные сборки биполярных транзисторов PDTB113ZT с резисторами 1К на базу и 10К между эмиттером и базой. Необходимо учитывать вольт-амперную характеристику RGB светодиода. Обычно, скажем, для красного цвета максимальное напряжение 2,2В для зеленого и синего 3,2В. Напряжение, которое поступает на светодиоды – 5В. Токоограничивающие резисторы R2-R4 ограничивают среднее напряжение на светодиоде. Если не возможно достичь необходимых напряжении, то желательно использовать отдельную схему понижения напряжения. Либо с помощью делителей на резисторах, либо стабилизатора с общим напряжением менее 5В.
RGB светодиод
Светодиод хорошо нагревается и для его охлаждения лучше использовать радиатор, либо отводить избыток тепла через металлический корпус. Общее потребление тока зависит от текущей программы и выбранного светодиода.
Печатная плата, сторона 1. Диаметр 3,5 см
Устройство устаналивается в плату диаметром 35 мм. Печатная плата 21кб, 2-хсторонняя. В архиве проект платы в S-layout, а также PDF листы для печати. Изначально рассчитано для установки в цилиндрический корпус вместе с светодиодом. Исполнение смешанное SMD и DIP. Контакты SA1-SA4 размещены на оборотной стороне платы. Они должны быть связаны с выходами контроллера – треубется “металлизация” отверстии. Того же касается коннектора питания “под винт”.
Контроллер PIC18F2550 прошивается с следующими конфигурационными словами: USBPLL & CPUDIV1 & PLLPOSTDIV2 & PLLDIV2 & HSPLL & FCMEN & IESODIS & VREGDIS & PWRTDIS & BOREN & BORV42 & WDTDIS & CPA & WPA & TRPA & PBDIGITAL & MCLREN & XINSTDIS & LVPDIS & DEBUGDIS. “LumColor” Прошивка контроллера 2,2кб. Устройство работает сразу и не требует наладки. При включении перед программой установлена задержка в 1 сек. Вероятно подойдет МК PIC18F2455 с этой же прошивкой.
Art!P
Простая схема контроллера светодиодов RGB
Узнайте, как сделать простую схему контроллера светодиодов RGB (красный, зеленый, синий), которая может быть назначена для мигания группы светодиодов RGB с определенной последовательностью. Идея была запрошена г-ном Навдипом.
Я хочу сделать табло с красными, зелеными и синими светодиодами. Примерно по 350 каждый.
и я хочу использовать 12-вольтовый контроллер RGB. Подскажите, пожалуйста, как подключить светодиоды.
Я хочу зажечь красный, зеленый и синий светодиоды отдельно, а затем в комбинациях. И как сделать схему. пожалуйста, также предложите, какой контроллер rgb следует использовать и как его следует подключить.
можете подсказать простую схему на 12 вольт по 3 ампера, красный зеленый синий, контроллер rgb. только с основными цветами.
Это фотография схемы, которую я нашел в Интернете. но я не могу понять, как это сделать, помогите, пожалуйста. пожалуйста, предложите простую схему, используя легкодоступные компоненты. для контроллера RGB.
Схема последовательности будет следующей: сначала красный, затем зеленый, затем синий, затем красный зеленый вместе. или любой порядок и любая комбинация сделают. Мне просто нужно это для изготовления светодиодного дисплея. единственное пожелание, чтобы светодиоды загорались последовательно и в комбинациях.
В соответствии с предложенным форматом последовательности для реализации предлагаемой схемы контроллера RGB-светодиодов можно использовать простую конструкцию с использованием ИС 4017 и ИС 4060.
Ссылаясь на показанную схему, 4017 IC и 4060 IC подключены в стандартном режиме светодиодной погони, который также довольно популярен под названием «Рыцарь дорог» из-за его специфических световых эффектов бега и погони.
IC 4060 подает тактовые импульсы на IC 4017 для выполнения предполагаемой последовательности своих выходных выводов в ответ на каждый тактовый импульс на своем выводе 14.
Однако здесь выход микросхемы 4017 настроен немного по-другому для реализации уникального шаблона мигания RGB.
Здесь красная, зелено-синяя струны соединены особым образом для достижения упомянутой желаемой схемы последовательности, то есть при включении сначала последовательно загораются струны R, G. B (в «погоне»). , затем все три струны загораются вместе и выключаются, после этого три струны загораются одна за другой, не выключаясь в процессе, и, наконец, три светодиода загораются вместе, но быстро мигают, чтобы закончить последовательность.
Затем цикл сбрасывается и возвращается к начальной фазе, как описано выше.
Потенциометр 1M можно отрегулировать для получения желаемого контроля и скорости последовательного включения RGB-светодиодов.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!
Структура, типы схем и их работа
Термин «светодиод» означает светоизлучающий диод. В электронных схемах светодиод представляет собой тип полупроводникового диода с PN-переходом, который может излучать свет, когда ток течет по цепи в прямом направлении. Это указывает на то, работает ли электронное устройство или нет. Светодиоды широко используются в различных приложениях, таких как автомобили, велосипеды, бытовая техника, офисы, освещение, мобильные телефоны, телевизоры и т.
д. Использование разноцветных светодиодов в устройстве снижает стоимость, мощность и излучает более одного цвета, например красный. , синий, зеленый и т. д. по сравнению с одноцветными светодиодами. Светодиоды RGB относятся к категории разноцветных светодиодов. В этой статье описывается, как создавать разные цвета с помощью светодиода RGB.
Определение: Трехцветные светодиоды, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе (один светодиод), чтобы излучать разные цвета, так как выходной сигнал называется светодиодом RGB. Он может воспроизводить любой цвет на выходе комбинацией трех цветов: красного, зеленого и синего, что указывает на работу устройства. Они широко используются в сценическом дизайне, домашних украшениях, светодиодных матрицах, дисплеях, наружном освещении и в некоторых электронных приложениях. Он имеет 4 вывода, из которых 3 вывода красный, зеленый, синий, а еще один вывод представляет собой анод или катод светодиодного типа. Он также известен как трехцветный светодиод или многоцветный.
Рабочий
Рабочий светодиода RGB состоит из четырех выводов, в которых три цвета: красный, зеленый, синий, и еще один вывод представляет собой анод или катод в зависимости от его типа. Излучение различных цветов с использованием этого светодиода может быть достигнуто путем изменения или установки уровней интенсивности внутренних светодиодов (красный светодиод, зеленый светодиод, синий светодиод) и объединения этих цветных выходов для отображения различных цветных выходов. Поскольку мы знаем, что формирование этого светодиода может быть выполнено с тремя основными отдельными светодиодами для красного, зеленого и синего цветов в одном корпусе.
Метод снижения постоянного тока (CCR) или широтно-импульсная модуляция (PWM) используется для отдельной установки уровней интенсивности цветных светодиодов (красный, зеленый, синий). Здесь мы можем наблюдать сочетание разноцветных выходов, когда светодиод мигает, потому что внутренние светодиоды и клеммы расположены очень близко друг к другу.
Эти типы светодиодов в основном используются в компьютерном оборудовании, материнских платах, оперативной памяти и т. д.
Структура
Структура светодиода RGB представляет собой 4-контактный светодиод с 3 цветными светодиодами в одном кристалле. Другой терминал представляет тип светодиода. Из рисунка видно, что вторая по длине клемма с левой стороны светодиода представляет собой катод или анод. Потому что светодиод — это полупроводниковый диод. Важно отметить, что в этом светодиоде порядок этих выводов менять не следует. Порядок клемм следует следовать слева, т. е. красный, катод или анод, зеленый и синий.
Типы светодиодов RGB
Они подразделяются на два типа:
- Тип с общим анодом и
- Тип с общим катодом
Тип общего анода
Анод относится к положительной клемме. Все положительные клеммы внутренних цветных светодиодов светодиода RGB соединены вместе с клеммой внешнего анода светодиода RGB, как показано на рисунке.
Чтобы управлять цветом каждого внутреннего светодиода, мы должны подать низкий входной сигнал или только красные, зеленые и синие клеммы должны быть заземлены. Анодный вывод этого светодиода должен быть подключен к положительному выводу данного источника питания.
Тип общего катода
Катод относится к отрицательной клемме. В этом типе все катодные клеммы внутренних цветных светодиодов (красный, зеленый и синий) подключены к катодной клемме светодиода RGB, как показано на рисунке. Для управления выходным сигналом или цветом каждого внутреннего светодиода к красной, зеленой и синей клеммам светодиода следует подать входной сигнал High или VCC. Катодная клемма этого должна быть подключена к отрицательной клемме данного источника питания.
Настройка цвета светодиода RGB с помощью Arduino Uno
Настройка цвета этого светодиода с помощью Arduino Uno очень проста. Он использует снижение постоянного тока (CCR) или широтно-импульсную модуляцию (PWM) для установки цвета и управления выходом этого светодиода.
Используя Arduino UNO, мы можем построить RGB-светодиод с общим катодом и RGB-светодиод с общим анодом.
RGB-светодиод с общим катодом на Arduino Uno
- Резисторы 100 Ом-3
- Потенциометры или триммеры на 1 кОм – 3 шт.
- Ардуино Уно
- Соединительные провода и макетная плата.
Блок питания
Как видно на рисунке, контакты A0, A1 и A2 Arduino Uno подключены к трем потенциометрам, которые представляют три цвета: красный, зеленый и синий. В то время как контакты PWM D9, D10 и D11 подключены к красному, зеленому и синему через резисторы 100 Ом соответственно, как показано на рисунке. Arduino Uno генерирует сигналы ШИМ, а его АЦП (A0, A1, A2) считывает аналоговое напряжение на потенциометрах. Сигналы ШИМ имитируют аналоговое выходное напряжение и разные уровни напряжения для разных цветов (красный, зеленый и синий) светодиода.
RGB-светодиод с общим катодом с использованием Arduino Uno
На основе аналогового напряжения на клеммах потенциометров рабочий цикл сигналов ШИМ на контактах D9, D10 и D11 регулируется с помощью Arduino Uno.
Как показано на рисунке, интенсивность красного светодиода регулируется выводом PWM/D9. Интенсивность зеленого светодиода регулируется выводом D10. Интенсивность синего светодиода регулируется выводом D11. Наконец, катодная клемма RGB-светодиода подключается к заземляющему контакту (GND) Arduino Uno. Принципиальная схема RGB-светодиода с общим катодом с использованием Arduino Uno показана ниже.
Спецификация светодиода RGB помогает узнать прямое напряжение внутренних светодиодов и рассчитать фактическое сопротивление используемых резисторов. Мы можем управлять яркостью светодиода RGB, изменяя сопротивление резисторов.
Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о светодиодах MCQ
Принципиальная схема светодиода RGB
Схематическая диаграмма RGB с общим анодом с использованием Arduino Uno такая же, как и с обычным катодом. Но основное отличие заключается в том, что анодный вывод общего типа подключается к источнику питания 5 В, как показано на рисунке.
