خاصية RGB LED

تبدو الإضاءة الخلفية التي تغير لونها مذهلة. يتم استخدامه للإعلان عن الأشياء ، والإضاءة الزخرفية للأشياء المعمارية ، خلال العروض والمناسبات العامة المختلفة. تتمثل إحدى طرق تنفيذ مثل هذه الإضاءة الخلفية في استخدام مصابيح LED ثلاثية الألوان.

ما هو RGB LED

تحتوي أجهزة أشباه الموصلات العادية الباعثة للضوء على تقاطع pn واحد في حزمة واحدة ، أو أنها مصفوفة من عدة تقاطعات متطابقة (تكنولوجيا COB). يتيح لك ذلك الحصول على لون توهج واحد في كل لحظة من الوقت - مباشرة من إعادة تركيب الناقلات الرئيسية أو من التوهج الثانوي للفوسفور. أعطت التقنية الثانية للمطورين فرصًا كبيرة في اختيار لون التوهج ، لكن الجهاز لا يمكنه تغيير لون الإشعاع أثناء التشغيل.

يحتوي RGB LED على ثلاثة تقاطعات p-n بألوان متوهجة مختلفة في حزمة واحدة:

• أحمر أحمر)؛
• أخضر أخضر)؛
• أزرق.

أعطى اختصار الأسماء الإنجليزية لكل لون الاسم لهذا النوع من LED.

أنواع الثنائيات RGB

تنقسم مصابيح LED ثلاثية الألوان إلى ثلاثة أنواع وفقًا لطريقة توصيل البلورات داخل العلبة:

• مع أنود مشترك (له 4 مخرجات) ؛
• مع كاثود مشترك (له 4 مخرجات) ؛
• مع عناصر منفصلة (لها 6 استنتاجات).

أنواع تنفيذ المصابيح ثلاثية الألوان.

تعتمد طريقة التحكم في الجهاز على إصدار LED.

وفقًا لنوع العدسة ، المصابيح هي:

• مع عدسة شفافة
• مع عدسة بلوري.

قد تتطلب عناصر RGB ذات العدسة الواضحة ناشرات إضاءة إضافية لتحقيق درجات ألوان مختلطة. خلاف ذلك ، قد تكون مكونات اللون الفردية مرئية.

اقرأ أيضا

وصف مفصل لخصائص وأنواع المصابيح

 

مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ تشغيل RGB LEDs على خلط الألوان. يسمح لك الاشتعال المتحكم فيه لعنصر أو عنصرين أو ثلاثة بالحصول على توهج مختلف.

لوحة خلط الألوان المنفصلة.

يؤدي تشغيل البلورات بشكل فردي إلى منح الألوان الثلاثة المقابلة. يتيح لك التضمين الزوجي تحقيق توهج:

• الأحمر + الأخضر تقاطعات p-n ستعطي اللون الأصفر في النهاية ؛
• الأزرق + الأخضر عند الخلط يعطي الفيروز ؛
• أحمر + أزرق يجعل اللون الأرجواني.

يتيح لك تضمين العناصر الثلاثة الحصول على اللون الأبيض.

يتم توفير المزيد من الاحتمالات من خلال مزج الألوان بنسب مختلفة. يمكن القيام بذلك عن طريق التحكم بشكل منفصل في سطوع وهج كل بلورة. للقيام بذلك ، يجب عليك ضبط التيار المتدفق عبر مصابيح LED بشكل فردي.

لوح خلط الألوان بنسب مختلفة

اقرأ أيضا

الجهاز ومبدأ تشغيل الصمام

 

تحكم RGB LED ومخطط الأسلاك

يتم التحكم في RGB LED بنفس طريقة التحكم في LED التقليدي - عن طريق تطبيق جهد كاثود مباشر من الأنود وإنشاء تيار من خلال تقاطع p-n.لذلك ، من الضروري توصيل عنصر ثلاثي الألوان بمصدر طاقة من خلال مقاومات الصابورة - كل بلورة من خلال المقاوم الخاص بها. احسب يمكن أن يكون من خلال التيار المقدر للعنصر وجهد التشغيل.

حتى عند دمجها في نفس الحزمة ، يمكن أن يكون للبلورات المختلفة معلمات مختلفة ، لذلك لا يمكن توصيلها بالتوازي.

يوضح الجدول الخصائص النموذجية لجهاز ثلاثي الألوان منخفض الطاقة بقطر 5 مم.

من الواضح أن البلورة الحمراء لها جهد أمامي يساوي نصف الجهد الآخر. سيؤدي التضمين المتوازي للعناصر إلى سطوع مختلف للتوهج أو فشل واحد أو كل تقاطعات p-n.

لا يسمح لك الاتصال الدائم بمصدر طاقة باستخدام الإمكانات الكاملة لعنصر RGB. في الوضع الثابت ، لا يؤدي الجهاز ثلاثي الألوان سوى وظائف أحادية اللون ، ولكنه يكلف أكثر بكثير من مصباح LED التقليدي. لذلك ، يكون الوضع الديناميكي أكثر إثارة للاهتمام ، حيث يمكن التحكم في لون التوهج. يتم ذلك من خلال متحكم دقيق. توفر مخرجاته في معظم الحالات تيار إخراج يبلغ 20 مللي أمبير ، ولكن هذا يحتاج إلى تحديده في ورقة البيانات في كل مرة. قم بتوصيل مؤشر LED بمنافذ الإخراج من خلال المقاوم الحالي المحدد. خيار التسوية عند تشغيل الدائرة المصغرة من 5 فولت هو مقاومة 220 أوم.

توصيل عناصر RGB بمخرجات متحكم.

يتم التحكم في العناصر ذات الكاثودات المشتركة من خلال تطبيق وحدة منطقية على المخرجات ، مع الأنودات الشائعة - صفر منطقي. ليس من الصعب تغيير قطبية إشارة التحكم برمجيًا. يمكن أن يكون LED مع نواتج منفصلة الاتصال وإدارتها بأي شكل من الأشكال.

إذا لم يتم تصميم نواتج وحدة التحكم الدقيقة للتيار المقنن لمصباح LED ، فيجب توصيل مؤشر LED من خلال مفاتيح الترانزستور.

توصيل الصمام من خلال مفاتيح الترانزستور.

في هذه الدوائر ، يتم إضاءة كلا النوعين من مصابيح LED من خلال تطبيق مستوى إيجابي على المدخلات الرئيسية.

ذكر أن سطوع التوهج يتم التحكم فيه عن طريق تغيير التيار من خلال عنصر انبعاث الضوء. لا يمكن للمخرجات الرقمية للميكروكونترولر التحكم مباشرة في التيار ، لأن لها حالتين - عالية (تقابل جهد الإمداد) ومنخفضة (تقابل صفر جهد). لا توجد مواضع وسيطة ، لذلك يتم استخدام طرق أخرى لضبط التيار. على سبيل المثال ، طريقة تعديل عرض النبضة (PWM) لإشارة التحكم. يكمن جوهرها في حقيقة أنه لا يتم تطبيق جهد ثابت على LED ، ولكن نبضات تردد معين. يقوم المتحكم الدقيق ، وفقًا للبرنامج ، بتغيير نسبة النبض والتوقف. هذا يغير متوسط ​​الجهد والتيار المتوسط ​​من خلال LED بسعة جهد ثابتة.

مبدأ تنظيم متوسط ​​الجهد والتيار باستخدام PWM.

هناك وحدات تحكم متخصصة مصممة خصيصًا للتحكم في توهج مصابيح LED ثلاثية الألوان. يتم بيعها في شكل جهاز نهائي. يستخدمون أيضًا طريقة PWM.

تحكم صناعي للتحكم في لون التوهج.

Pinout

pinout LED مع القطب الموجب أو الكاثود المشترك.

إذا كان هناك مصباح LED جديد غير ملحوم ، فيمكن تحديد pinout بصريًا. بالنسبة لأي نوع من التوصيلات (الأنود الشائع أو الكاثود المشترك) ، يكون طول السلك المتصل بالعناصر الثلاثة هو الأطول.إذا قمت بقلب العلبة بحيث تكون الساق الطويلة على الجانب الأيسر ، فسيظهر على يسارها ناتج "أحمر" ، وإلى الجانب الأيمن - أولاً "أخضر" ، ثم "أزرق". إذا كان LED قيد الاستخدام بالفعل ، فيمكن تقصير مخرجاته بشكل تعسفي ، وسيتعين عليك اللجوء إلى طرق أخرى لتحديد pinout:

1. يمكنك تحديد السلك المشترك باستخدام المقياس المتعدد. من الضروري تشغيل الجهاز في وضع اختبار الصمام الثنائي وتوصيل مشابك الجهاز بالساق المشتركة المقصودة وأي طرف آخر ، ثم تغيير قطبية الاتصال (كما هو الحال في الاختبار المعتاد لتقاطع أشباه الموصلات). إذا تم تحديد الناتج المشترك المتوقع بشكل صحيح ، فعندئذ (مع جميع العناصر الثلاثة الصالحة للخدمة) سيظهر المختبر مقاومة غير محدودة في اتجاه واحد ، ومقاومة محدودة في الاتجاه الآخر (تعتمد القيمة الدقيقة على نوع LED). إذا كانت هناك إشارة مفتوحة في كلتا الحالتين على شاشة جهاز الاختبار ، فسيتم تحديد الإخراج بشكل غير صحيح ، ويجب تكرار الاختبار مع الساق الأخرى. قد يتضح أن جهد الاختبار للمقياس المتعدد كافٍ لإشعال البلورة. في هذه الحالة ، يمكنك أيضًا التحقق من صحة pinout بلون توهج الوصلة p-n.
2. هناك طريقة أخرى وهي تطبيق الطاقة على الطرف المشترك المقصود وأي جزء آخر من LED. إذا تم اختيار النقطة المشتركة بشكل صحيح ، فيمكن التحقق من ذلك من خلال وهج البلورة.

مهم! عند التحقق من مصدر الطاقة ، من الضروري رفع الجهد بسلاسة من الصفر وعدم تجاوز قيمة 3.5-4 فولت. إذا لم يكن هناك مصدر منظم ، فيمكنك توصيل LED بإخراج جهد التيار المستمر من خلال الحد الحالي المقاوم.

بالنسبة لمصابيح LED ذات المسامير المنفصلة ، يتم تقليل تعريف pinout إلى توضيح القطبية وترتيب البلورات حسب اللون.يمكن القيام بذلك أيضًا باستخدام الطرق المذكورة أعلاه.

سيكون من المفيد معرفة:

إيجابيات وسلبيات RGB LEDs

تتمتع RGB-LEDs بجميع المزايا التي تتمتع بها العناصر الباعثة للضوء من أشباه الموصلات. هذه تكلفة منخفضة ، كفاءة عالية في استخدام الطاقة ، عمر خدمة طويل ، إلخ. الميزة المميزة لمصابيح LED ثلاثية الألوان هي القدرة على الحصول على أي ظل توهج تقريبًا بطريقة بسيطة وبسعر منخفض ، فضلاً عن تغيير الألوان في الديناميكيات.

العيب الرئيسي لـ RGB-LEDs هو استحالة الحصول على أبيض نقي عن طريق مزج ثلاثة ألوان. سيتطلب ذلك سبعة ظلال (مثال على ذلك قوس قزح - ألوانه السبعة هي نتيجة عملية عكسية: تحلل الضوء المرئي إلى مكونات). هذا يفرض قيودًا على استخدام المصابيح ثلاثية الألوان كعناصر إضاءة. للتعويض إلى حد ما عن هذه الميزة غير السارة ، يتم استخدام مبدأ RGBW عند إنشاء شرائط LED. لكل مصباح LED ثلاثي الألوان ، يتم تثبيت عنصر توهج أبيض واحد (بسبب الفوسفور). لكن تكلفة جهاز الإضاءة هذا تزداد بشكل ملحوظ. تتوفر أيضًا مصابيح RGBW LED. لديهم أربع بلورات مثبتة في العلبة - ثلاثة للحصول على الألوان الأصلية ، والرابعة - للحصول على اللون الأبيض ، ينبعث الضوء بسبب الفوسفور.

مخطط الأسلاك لإصدار RGBW مع اتصال إضافي.

حياة

يتم تحديد فترة تشغيل الجهاز المكون من ثلاث بلورات بالوقت بين حالات فشل العنصر الأقصر عمراً. في هذه الحالة ، يكون هو نفسه تقريبًا لجميع الوصلات p-n الثلاثة. يطالب المصنعون بعمر خدمة عناصر RGB عند مستوى 25.000-30.000 ساعة. لكن يجب التعامل مع هذا الرقم بحذر.العمر المذكور يعادل التشغيل المستمر لمدة 3-4 سنوات. من غير المحتمل أن يكون أي من الشركات المصنعة قد أجرى اختبارات مدى الحياة (وحتى في أوضاع حرارية وكهربائية مختلفة) لمثل هذه الفترة الطويلة. خلال هذا الوقت ، تظهر تقنيات جديدة ، ويجب أن تبدأ الاختبارات من جديد - وهكذا إلى ما لا نهاية. فترة الضمان للعملية أكثر إفادة بكثير. وهي تتراوح بين 10000 و 15000 ساعة. كل ما يلي هو ، في أحسن الأحوال ، نمذجة رياضية ، وفي أسوأ الأحوال ، تسويق عارٍ. تكمن المشكلة في أنه لا توجد عادةً معلومات ضمان الشركة المصنعة لمصابيح LED الشائعة غير المكلفة. ولكن يمكنك التركيز على 10000-15000 ساعة وتذكر نفس المقدار. ثم تعتمد فقط على الحظ. وشيء آخر - تعتمد مدة الخدمة بشكل كبير على النظام الحراري أثناء التشغيل. لذلك ، فإن نفس العنصر في ظروف مختلفة سوف يستمر لأوقات مختلفة. لإطالة عمر LED ، يجب على المرء أن ينتبه إلى مشكلة تبديد الحرارة ، ولا يهمل المشعات ويخلق ظروفًا لتدوير الهواء الطبيعي ، وفي بعض الحالات يلجأ إلى التهوية القسرية.

ولكن حتى الشروط المخفضة تستغرق عدة سنوات من التشغيل (لأن LED لن يعمل بدون توقف). لذلك ، فإن ظهور مصابيح LED ثلاثية الألوان يسمح للمصممين باستخدام أجهزة أشباه الموصلات على نطاق واسع في أفكارهم ، ويتيح للمهندسين تنفيذ هذه الأفكار "في الأجهزة".