Многоцветные светодиоды на микроконтроллере

February 18, 2014 by admin Комментировать »

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 см2;

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.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты