ลักษณะของ RGB LED
แสงไฟที่เปลี่ยนสีดูงดงาม ใช้สำหรับโฆษณาวัตถุ ไฟประดับของวัตถุสถาปัตยกรรม ระหว่างการแสดงต่าง ๆ และงานสาธารณะ วิธีหนึ่งในการใช้แบ็คไลท์ดังกล่าวคือการใช้ไฟ LED สามสี
RGB LED คืออะไร
อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งแสงทั่วไปมีจุดเชื่อมต่อ p-n หนึ่งจุดในแพ็คเกจเดียว หรือเป็นเมทริกซ์ของจุดเชื่อมต่อที่เหมือนกันหลายจุด (เทคโนโลยีซัง). วิธีนี้ช่วยให้คุณได้สีเรืองแสงหนึ่งสีในแต่ละช่วงเวลา - โดยตรงจากการรวมตัวของพาหะหลักหรือจากการเรืองแสงทุติยภูมิของสารเรืองแสง เทคโนโลยีที่สองทำให้นักพัฒนามีโอกาสมากมายในการเลือกสีของการเรืองแสง แต่อุปกรณ์ไม่สามารถเปลี่ยนสีของรังสีระหว่างการทำงานได้
RGB LED ประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ p-n สามจุดที่มีสีเรืองแสงต่างกันในแพ็คเกจเดียว:
- แดง (แดง);
- สีเขียว (สีเขียว);
- สีฟ้า.
คำย่อของชื่อภาษาอังกฤษของแต่ละสีทำให้ชื่อ LED ประเภทนี้
ประเภทของไดโอด RGB
ไฟ LED สามสีแบ่งออกเป็นสามประเภทตามวิธีการเชื่อมต่อคริสตัลภายในเคส:
- ด้วยขั้วบวกทั่วไป (มี 4 เอาต์พุต);
- ด้วยแคโทดทั่วไป (มี 4 เอาต์พุต);
- โดยมีองค์ประกอบแยกกัน (มี 6 ข้อสรุป)
วิธีควบคุมอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับรุ่นของ LED
ตามประเภทของเลนส์ LED คือ:
- ด้วยเลนส์ใส
- ด้วยเลนส์ฝ้า
ชิ้นเลนส์ RGB แบบใสอาจต้องใช้ตัวกระจายแสงเพิ่มเติมเพื่อให้ได้เฉดสีแบบผสม มิฉะนั้น อาจมองเห็นส่วนประกอบแต่ละสี
หลักการทำงาน
หลักการทำงานของไฟ LED RGB ขึ้นอยู่กับการผสมสี การควบคุมการจุดระเบิดขององค์ประกอบหนึ่ง สอง หรือสามองค์ประกอบช่วยให้คุณได้แสงที่แตกต่างกัน
การเปิดคริสตัลทีละชิ้นจะทำให้ได้สีที่สอดคล้องกันสามสี การรวมเป็นคู่ช่วยให้คุณได้รับแสง:
- ทางแยก pn สีแดง + สีเขียวจะให้สีเหลืองในที่สุด
- สีน้ำเงิน + เขียวเมื่อผสมกันจะทำให้มีสีเขียวขุ่น
- แดง + น้ำเงิน ทำให้เป็นสีม่วง
การรวมองค์ประกอบทั้งสามเข้าด้วยกันช่วยให้คุณได้สีขาว
มีความเป็นไปได้มากขึ้นโดยการผสมสีในสัดส่วนต่างๆ ซึ่งสามารถทำได้โดยแยกการควบคุมความสว่างของการเรืองแสงของคริสตัลแต่ละชิ้นแยกกัน ในการทำเช่นนี้ คุณต้องปรับกระแสไฟที่ไหลผ่าน LED ทีละดวง
ไดอะแกรมควบคุมและสายไฟ RGB LED
RGB LED ถูกควบคุมในลักษณะเดียวกับ LED ทั่วไป โดยใช้แรงดันแอโนด-แคโทดโดยตรงและสร้างกระแสผ่านจุดต่อ p-nดังนั้นจึงจำเป็นต้องเชื่อมต่อองค์ประกอบไตรรงค์กับแหล่งพลังงานผ่านตัวต้านทานบัลลาสต์ - แต่ละคริสตัลผ่านตัวต้านทานของตัวเอง คำนวณ มันสามารถผ่านพิกัดกระแสขององค์ประกอบและแรงดันใช้งาน
แม้จะรวมกันเป็นแพ็คเกจเดียวกัน คริสตัลที่ต่างกันก็สามารถมีพารามิเตอร์ต่างกันได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถเชื่อมต่อแบบขนานกันได้
ลักษณะทั่วไปสำหรับอุปกรณ์สามสีกำลังต่ำที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 5 มม. แสดงไว้ในตาราง
| แดง (R) | สีเขียว (G) | ฟ้า (B) | |
| แรงดันไปข้างหน้าสูงสุด V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| จัดอันดับปัจจุบัน mA | 20 | 20 | 20 |
เห็นได้ชัดว่าคริสตัลสีแดงมีแรงดันไปข้างหน้าซึ่งเท่ากับครึ่งหนึ่งของอีกสองอัน การรวมองค์ประกอบแบบขนานจะนำไปสู่ความสว่างที่แตกต่างกันของแสงหรือความล้มเหลวของจุดเชื่อมต่อ pn หนึ่งหรือทั้งหมด
เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานอย่างถาวรไม่อนุญาตให้คุณใช้ความสามารถเต็มรูปแบบขององค์ประกอบ RGB ในโหมดคงที่ อุปกรณ์สามสีจะทำหน้าที่ของสีโมโนโครมเท่านั้น แต่มีราคาสูงกว่า LED ทั่วไปมาก ดังนั้นโหมดไดนามิกจึงน่าสนใจยิ่งขึ้นซึ่งสามารถควบคุมสีของแสงได้ ทำได้ผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์ เอาต์พุตส่วนใหญ่จะให้กระแสไฟขาออก 20 mA แต่จำเป็นต้องระบุในแผ่นข้อมูลทุกครั้ง เชื่อมต่อ LED เข้ากับพอร์ตเอาต์พุตผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแส ตัวเลือกประนีประนอมเมื่อจ่ายไฟให้กับไมโครเซอร์กิตจาก 5 V คือความต้านทาน 220 โอห์ม
องค์ประกอบที่มีแคโทดทั่วไปจะถูกควบคุมโดยการใช้หน่วยลอจิคัลกับเอาต์พุต โดยมีแอโนดทั่วไป - ศูนย์ตรรกะ การเปลี่ยนขั้วของสัญญาณควบคุมโดยทางโปรแกรมทำได้ไม่ยาก LED ที่มีเอาต์พุตแยกกันได้ เชื่อมต่อ และจัดการในทางใดทางหนึ่ง
หากเอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับกระแสไฟที่กำหนดของ LED ไฟ LED จะต้องเชื่อมต่อผ่านสวิตช์ทรานซิสเตอร์
ในวงจรเหล่านี้ ไฟ LED ทั้งสองประเภทจะติดสว่างโดยใช้ระดับบวกกับอินพุตหลัก
มีคนกล่าวไว้ว่าความสว่างของแสงนั้นควบคุมโดยการเปลี่ยนกระแสผ่านองค์ประกอบการเปล่งแสง เอาต์พุตดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถควบคุมกระแสได้โดยตรง เนื่องจากมีสองสถานะ - สูง (สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้า) และต่ำ (สอดคล้องกับแรงดันศูนย์) ไม่มีตำแหน่งตรงกลาง ดังนั้นจึงใช้วิธีอื่นในการปรับกระแส ตัวอย่างเช่น วิธีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ของสัญญาณควบคุม สาระสำคัญของมันอยู่ในความจริงที่ว่าไม่ได้ใช้แรงดันคงที่กับ LED แต่เป็นพัลส์ของความถี่ที่แน่นอน ไมโครคอนโทรลเลอร์ตามโปรแกรมจะเปลี่ยนอัตราส่วนของพัลส์และหยุดชั่วคราว สิ่งนี้จะเปลี่ยนแรงดันเฉลี่ยและกระแสเฉลี่ยผ่าน LED ที่แอมพลิจูดแรงดันคงที่
มีตัวควบคุมพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมการเรืองแสงของ LED สามสีโดยเฉพาะ พวกเขาจะขายในรูปแบบของอุปกรณ์สำเร็จรูป พวกเขายังใช้วิธี PWM
Pinout
หากมีไฟ LED ใหม่ที่ไม่ได้บัดกรี จะสามารถระบุพินเอาต์ด้วยสายตาได้ สำหรับการเชื่อมต่อประเภทใดก็ตาม (ขั้วบวกทั่วไปหรือขั้วลบทั่วไป) ตะกั่วที่เชื่อมต่อกับองค์ประกอบทั้งสามจะมีความยาวที่ยาวที่สุดหากคุณหมุนเคสโดยให้ขายาวอยู่ทางด้านซ้าย จากนั้นทางด้านซ้ายจะมีเอาต์พุต "สีแดง" และทางด้านขวา - "สีเขียว" ก่อน ตามด้วย "สีน้ำเงิน" หาก LED มีการใช้งานอยู่แล้ว เอาต์พุตของ LED อาจสั้นลงตามอำเภอใจ และคุณจะต้องใช้วิธีอื่นเพื่อระบุพินเอาต์:
- คุณสามารถกำหนดสายสามัญด้วย มัลติมิเตอร์. จำเป็นต้องเปิดอุปกรณ์ในโหมดทดสอบไดโอดและเชื่อมต่อแคลมป์ของอุปกรณ์กับขาทั่วไปที่ต้องการและอื่น ๆ จากนั้นเปลี่ยนขั้วของการเชื่อมต่อ (เช่นในการทดสอบทางแยกเซมิคอนดักเตอร์ตามปกติ) หากกำหนดเอาต์พุตทั่วไปที่คาดไว้อย่างถูกต้อง (ด้วยองค์ประกอบที่ใช้งานได้ทั้งสาม) ผู้ทดสอบจะแสดงความต้านทานอนันต์ในทิศทางเดียว และความต้านทานจำกัดในอีกทางหนึ่ง (ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับประเภทของ LED) หากในทั้งสองกรณีมีสัญญาณเปิดบนจอแสดงผลของผู้ทดสอบ แสดงว่าเลือกเอาท์พุตไม่ถูกต้อง และต้องทำการทดสอบซ้ำกับขาอีกข้างหนึ่ง อาจกลายเป็นว่าแรงดันทดสอบของมัลติมิเตอร์เพียงพอที่จะจุดประกายให้คริสตัล ในกรณีนี้ คุณสามารถตรวจสอบความถูกต้องของพินเอาต์เพิ่มเติมได้ด้วยสีของเรืองแสงของจุดเชื่อมต่อ p-n
- อีกวิธีหนึ่งคือการจ่ายไฟให้กับขั้วต่อร่วมที่ต้องการและขาอื่นๆ ของ LED หากเลือกจุดร่วมอย่างถูกต้อง จะสามารถตรวจสอบได้จากการเรืองแสงของคริสตัล
สำคัญ! เมื่อตรวจสอบกับแหล่งพลังงาน จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากศูนย์อย่างราบรื่นและไม่เกินค่า 3.5-4 V หากไม่มีแหล่งควบคุม คุณสามารถเชื่อมต่อ LED กับเอาต์พุตแรงดัน DC ผ่านการจำกัดกระแส ตัวต้านทาน
สำหรับ LED ที่มีพินแยก คำจำกัดความของพินเอาต์จะลดลงเป็น ชี้แจงขั้ว และการเรียงตัวของคริสตัลตามสีสามารถทำได้โดยใช้วิธีการข้างต้น
มันจะมีประโยชน์ที่จะรู้ว่า:
ข้อดีและข้อเสียของ RGB LEDs
RGB-LED มีข้อดีทั้งหมดที่องค์ประกอบเปล่งแสงของเซมิคอนดักเตอร์มี ได้แก่ ต้นทุนต่ำ ประหยัดพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน เป็นต้น ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของ LED สามสีคือความสามารถในการรับแสงเงาเกือบทุกเฉดด้วยวิธีที่เรียบง่ายและในราคาต่ำ รวมถึงการเปลี่ยนสีในไดนามิก
ข้อเสียเปรียบหลักของ RGB-LED คือเป็นไปไม่ได้ที่จะได้สีขาวบริสุทธิ์โดยการผสมสามสี ต้องใช้เจ็ดเฉดสี (ตัวอย่างคือรุ้ง - เจ็ดสีเป็นผลมาจากกระบวนการย้อนกลับ: การสลายตัวของแสงที่มองเห็นเป็นส่วนประกอบ) สิ่งนี้กำหนดข้อจำกัดในการใช้หลอดไฟสามสีเป็นองค์ประกอบแสง เพื่อชดเชยคุณลักษณะที่ไม่พึงประสงค์นี้ หลักการ RGBW ถูกใช้เมื่อสร้างแถบ LED สำหรับ LED สามสีแต่ละดวง จะมีการติดตั้งองค์ประกอบเรืองแสงสีขาวหนึ่งชิ้น (เนื่องจากสารเรืองแสง) แต่ค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ให้แสงสว่างดังกล่าวเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ยังมีไฟ LED RGBW พวกเขามีสี่คริสตัลติดตั้งอยู่ในเคส - สามอันเพื่อให้ได้สีดั้งเดิม, อันที่สี่ - เพื่อให้ได้สีขาว, มันจะเปล่งแสงเนื่องจากสารเรืองแสง
เวลาชีวิต
ระยะเวลาการทำงานของอุปกรณ์สามคริสตัลนั้นพิจารณาจากเวลาระหว่างความล้มเหลวขององค์ประกอบที่มีอายุสั้นที่สุด ในกรณีนี้ จะใกล้เคียงกันสำหรับทางแยก p-n ทั้งสามทาง ผู้ผลิตอ้างอายุการใช้งานขององค์ประกอบ RGB ที่ระดับ 25,000-30,000 ชั่วโมง แต่ตัวเลขนี้ต้องได้รับการปฏิบัติด้วยความระมัดระวังอายุการใช้งานที่ระบุเทียบเท่ากับการใช้งานต่อเนื่อง 3-4 ปี ไม่น่าเป็นไปได้ที่ผู้ผลิตรายใดจะทำการทดสอบอายุการใช้งาน (และแม้แต่ในโหมดความร้อนและไฟฟ้าต่างๆ) เป็นระยะเวลานานเช่นนี้ ในช่วงเวลานี้ เทคโนโลยีใหม่ๆ ปรากฏขึ้น การทดสอบต้องเริ่มต้นใหม่ และอื่นๆ อีกเรื่อยๆ ระยะเวลาการรับประกันของการดำเนินการมีข้อมูลมากขึ้น และเป็นเวลา 10,000-15,000 ชั่วโมง สิ่งที่ดีที่สุดที่ตามมาคือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ที่แย่ที่สุดคือการตลาดเปล่า ปัญหาคือว่าโดยปกติไม่มีข้อมูลการรับประกันของผู้ผลิตสำหรับไฟ LED ราคาไม่แพงทั่วไป แต่คุณสามารถมุ่งความสนใจไปที่ 10,000-15,000 ชั่วโมงและจำเอาไว้ในจำนวนเท่าๆ กัน แล้วพึ่งโชคเท่านั้น และอีกอย่างหนึ่ง - อายุการใช้งานขึ้นอยู่กับระบบการระบายความร้อนระหว่างการใช้งานเป็นอย่างมาก ดังนั้นองค์ประกอบเดียวกันในสภาวะที่ต่างกันจะมีอายุต่างกันไป เพื่อยืดอายุของ LED เราต้องใส่ใจกับปัญหาการกระจายความร้อนอย่าละเลยหม้อน้ำและสร้างเงื่อนไขสำหรับการไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติและในบางกรณีก็หันไปใช้การระบายอากาศแบบบังคับ
แต่แม้เงื่อนไขที่ลดลงก็ยังใช้งานได้หลายปี (เพราะ LED จะไม่ทำงานโดยไม่หยุดชั่วคราว) ดังนั้น การปรากฏตัวของไฟ LED สามสีช่วยให้นักออกแบบสามารถใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในความคิดของตนได้อย่างกว้างขวาง และวิศวกรสามารถนำแนวคิดเหล่านี้ไปใช้ "ในฮาร์ดแวร์"
