Светодиод меняющий цвет от напряжения

За счет чего светодиоды меняют цвет?

Почему светодиоды, при изменении напряжения, меняют цвет?

Чтобы разобраться, за счет чего, в результате каких факторов внешнего и внутреннего воздействия, светодиоды меняют цвет, необходимо разобраться с общим устройством этого полупроводникового прибора. Оказывается, что изменение цветового спектра при свечении светодиода, независимо от типа и конструкции, происходит в результате изменения параметров напряжения. Оказывается, что под таким воздействием даже самый обыкновенный светодиод (например, оранжевый) изменит цвет по мере увеличения напряжения в сети. Сначала это будет желтый, затем светло-зеленый тон, а далее диод попросту перегорит.

Общий принцип явления

Внутреннее устройство любого полупроводникового диода (и светодиода, в том числе) – это два полупроводника, которые имеют разный уровень проводимости. В первом, электрический ток проходит за счет известного физического явления, обеспечивающего перемещение так называемых «свободных» электронов, а во втором – благодаря перемещению «дырок». Это места, где отсутствуют сами электроны.

На участке цепи, где обеспечено последовательное или параллельное соединение полупроводников, постоянно протекает процесс, называющийся рекомбинация. Электрон занимает положение «дырки», в результате, атом становится нейтральным. И вот в этот самый момент фиксируется излучение фотонов.

Эта излучаемая энергия, это не что иное, как цвет. Он может изменяться с учетом влияния следующих основных факторов:

1. Тип полупроводника, из которого светодиоды сделаны.
2. Какой вид примесей используется в месте контакта полупроводников.
3. Размер запретной зоны по ширине, место, где протекает процесс рекомбинации.
4. Параметры, величины, влияющие на проявление силы тока на данном участке электрической цепи.

Проще всего воздействовать на светодиод, добиваясь изменения цвета, регулируя величину электрического тока. Добиваются этого путем перемены параметров напряжения. В соответствии с законом Ома увеличение напряжения в цепи приводит к пропорциональному увеличению силы тока. Соответственно, в этот момент энергия фотона будет увеличиваться. Результатом будет перемещение цвета по направлению к холодной, синей части спектра.

Основные принципы формирования цвета с использованием светодиодов

Полезно будет вспомнить, что любой цвет и оттенок, формируется за счет трех основных цветов:

1. Красный.
2. Зеленый.
3. Синий.

Комбинируя параметры этих трех цветов можно легко получать практически любые оттенки. Главное – правильно подбирать пропорции.

Исходя из этого параметра, чтобы любой световой прибор имел возможность менять цвета и оттенки, он должен иметь не менее трех источников света. Фактически, так оно и есть. Любой RGB-светодиод, это не что иное, как три излучающих кристалла, заключенных в едином корпусе.

Управление и контроль работы такого светодиода осуществляется за счет использования контроллера. Каждый светодиод, меняющий цвет, оснащен таким контроллером. Это устройство управляет каждым отдельным цветом.

Характерные особенности световых эффектов

Выясняя, как за счет рекомбинации дырок и электронов появляется неодинаковое излучение света, в результате чего светодиоды меняют цвет. Это излучение специалисты характеризуют параметрами квантового выхода. Эта величина получается в результате формирования определенного количества выделенных световых фантов.

• Внутренний. Находится внутри полупроводникового перехода.
• Внешний. Его место – непосредственно конструкция самого светодиода.

В первом случае теоретически можно обеспечить квантовый выход в параметрах, близких к 100% показателям. Но при одном условии – потребуется создавать экстремально высокие (для данного диода) токи и обеспечить эффективный отвод тепла.

Второй уровень предусматривает рассеивание части света внутри самого источника. Это свечение в основном поглощается элементами конструкции осветительного устройства, в результате снижается общая эффективность излучения.

RGBW светодиоды

Мы уже отмечали, что для формирования идеально белого цвета, необходимо обеспечить эффективную работу каждого RGB-светодиода, для чего максимально точно отбалансировать яркость свечения по каждому отдельному кристаллу. На практике это сделать достаточно сложно, поэтому, чтобы решить задачу кратчайшим путем, следует дополнить устройство диода кристаллом четвертого свечения. То есть, к красному, синему и зеленому кристаллам, являющимися обязательными компонентами современного диода, добавляется еще один кристалл – белый.

Подведем итог

Очевидно, что в конструкции современного светодиода имеются элементы, позволяющие при определенных условиях менять цвет. Основная причина этого – поведение контроллера, который под воздействием меняющегося напряжения передает соответствующие команды на RGB-светодиод.

RGB светодиод: принцип работы, подключение и распиновка многоцветных диодов, что такое Arduino, как настроить плавное изменение цвета

Обычные светодиоды уверенно заняли свою нишу и серьезно потеснили традиционные осветительные приборы. Параллельно с этим, расширяют сферу деятельности многоцветные, или RGB светодиоды. Они способны работать группами и создавать различные виды управляемой подсветки. Например, с микроконтроллером они могут образовать движущиеся изображения. Возможности РГБ диодов велики и еще не раскрыты полностью. Рассмотрим их внимательнее.

Как устроены 3 цветные LED диоды

С точки зрения конструкции, RGB LED — это три цветных светодиода, установленные в один корпус, или, как говорят специалисты, на одной матрице. Обычные виды мощных осветительных приборов содержат три чипа одного цвета. У многоцветных используются красный, зеленый и синий кристаллы (английское Red Green Blue образует аббревиатуру, обозначающую трехцветные светодиоды).

Каждый из них имеет самостоятельное подключение к источнику питания, поэтому вместо обычных двух выводов у них как минимум 4 контакта — по одному на каждый кристалл и один общий. Это позволяет задействовать один из трех чипов, создавать различные сочетания, менять и смешивать цвета в группе. Если режим подключения отдельных кристаллов упорядочить с помощью микроконтроллера, можно получить массу интересных световых эффектов. Подобные технологии известны давно и используются в цветной печати, в устройстве цветных телевизоров и т.п.

Существует несколько разновидностей RGB светодиодов:

• элементы с общим катодом, которые управляются положительными сигналами, подаваемыми на аноды чипов. Такие элементы маркируются буквами CA;
• с общим анодом. Комaнды на изменение режима работы идут на катоды элементов. Маркировка CC;
• собственной парой контактов для каждого кристалла (6 выводов).

Такое разнообразие вариантов создавалось для облегчения процессов управления группами устройств. Наибольшую самостоятельность демонстрирует третья группа — с 6 выводами. Единый стандарт на распиновку так и не принят, поэтому в каждом случае необходимо определять тип полярности RGB светодиодов.

Каждый чип может получать питание от собственного источника. Однако, такая система требует большого количества проводов или токопроводящих дорожек, поэтому подобные компоненты выпускаются в формате элементов SMD. Помимо этого, РГБ компоненты выпускаются в корпусах:

• стандартный круглый вид, оснащенный линзой (для приборов малой мощности);
• корпус «Emitter» для мощных устройств, требующих самостоятельного режима работы для каждого чипа;
• Элементы типа «Пиранья», не нуждающиеся в установке теплоотводов.

Важно! Управление многоцветными светодиодами представляет собой сложную задачу, поэтому в дополнение к внешним контроллерам, в корпуса некоторых моделей вставляют микросхемы.

Подключение

Самым простым способом присоединения RGB светодиодов к источнику питания считается подключение к микроконтроллеру Arduino. Общий вывод (обычно он самый длинный) припаивается к контакту «Gnd», а остальные присоединяют к соответствующим точкам, отмеченным как D12, D10 и D9. Напрямую паять контакты нельзя, каждый из них (кроме общего) должен иметь токоограничивающий резистор.

При подключении светодиода с общим анодом используется отрицательный контакт «Gnd», расположенный в том же ряду, что и катоды. Если используется подключение с общим катодом, используется плюсовой контакт «Gnd» с противоположного ряда.

Управление

Управление работой RGB светодиодов проще всего осуществлять с помощью микроконтроллера Ардуино. Изменение цветности происходит путем смешивания двух или трех цветов в разных соотношениях. Если все чипа горят на полную яркость, результатом будет белый цвет свечения. Для изменения оттенка и получения нужных цветов необходимо контролировать яркость каждого кристалла. Это делается методом широтно-импульсной модуляции. На управляющие контакты подаются сигналы прямоугольной формы с разной скважинностью. Чем шире пик (или ниже скважинность), тем ярче светится кристалл.

Есть способы управления RGB светодиодами аналоговыми методами. Собирается схема на транзисторах, которые регулируют яркость соответствующих кристаллов. В обоих случаях важно правильно определить полярность светодиодов, иначе ожидаемого эффекта не будет.

Для управления режимом работы многоцветной светодиодной ленты также используются контроллеры. Они состоят из микропроцессора, а регулировку и настройку режима выполняют с помощью пульта управления. Мощность и рабочие параметры зависят от размеров и технических хаpaктеристик ленты, типа светодиодов и прочих факторов.

RGBW светодиоды

Получить чистый белый свет на стандартных RGB устройствах достаточно сложно. Проблема заключается в регулировке яркости. Если нужен белый, но довольно тусклый оттенок, приходится очень точно настраивать питание трех кристаллов. Учитывая, что каждый из них имеет собственный номинал напряжения, изменяющийся нелинейно, получать неяркие тона — сложная задача.

Для упрощения процесса и увеличения возможностей светодиодов выпускают четырехцветные, или RGBW устройства (от английского Red, Green. Blue и White). Дополнительный белый чип снимает нагрузку с контроллера, облегчает расчеты и увеличивает качество цветопередачи. Питание таких устройств обеспечивается специальными контроллерами с инфpaкрасными ПДУ.

Применение

Все RGB светодиоды применяются для декорирования и оформления объектов. Они выполняют разные задачи:

• создают подсветку рекламы;
• световые эффекты на концертных площадках;
• оформление развлекательных мероприятий;
• украшение и парадная подсветка зданий;
• декорирование фонтанов, памятников, мостов и т.д.

Интересно! Кроме этого, входит в моду световое оформление интерьеров помещений, в котором активно используются дизайнерские многоцветные решения. При изменении оттенка свечения визуально меняется цвет мебели, помещение получает новый, непривычный облик.

Основные выводы

Использование RGB светодиодов постоянно расширяется. Они выполняют различные задачи:

• создание динамичных световых эффектов;
• украшение зданий, сооружений, интерьеров;
• подсветка и акцентирование рекламных конструкций;
• оформление массовых мероприятий, концертов, представлений.

Область использования RGB светодиодов увеличивается и активно развивается. Возникают новые варианты подсветки. Разpaбатываются программные пакеты для использования в микроконтроллерах. Свои способы использования RGB светодиодов излагайте в комментариях.

Светодиоды меняющие цвет в Москве

• Ночники
• Лампочки
• Подсветка для автомобиля
• Новогодний декор
• Световое и сценическое оборудование
• Радиодетали и электронные компоненты
• Светодиодные ленты
• Лампы для автомобилей

Светодиод 5 мм прозрачный RGB, меняющий цвет свечения (сложный алгоритм)

Светодиод 5 мм прозрачный RGB, меняющий цвет свечения (сложный алгоритм)

Lightstar Лента гибкая неоновая NEOLED 220V120LED/m 6-7Lm/Chip 9,6W/m, 50m/reel зеленый цвет IP65 430107

Koopman Светодиодная лента на батарейках Shine 1 м, 30 RGB LED ламп, на липучке AXS500060

Лампа цветная светодиодная с пультом д/у LED RGB SD 12 цветов (Белый)

Lightstar Лента гибкая неоновая NEOLED 220V 120LED/m 6-7Lm/Chip 9,6W/m, 50m/reel фиолетовый цвет IP65 430108

«Светодиодная водонепроницаемая лента RGBW 5050 LED c пультом, 5 метров (54L s/m)»

Светодиодная LED Лента, цветная (5 м.)

Светодиодная LED Лента, цветная (5 м.)

Цветная светодиодная лампа LED RGB SD с пультом дистационного управления 12 цветов (Белый)

Светодиодная 3D лампа Двойное Сердце 3 цвета

Светодиодная цветная RGB лампа LED SD с пультом дистанционного управления 12 цветов (Белый)

Светодиодный модуль зеленого цвета из 4-х светодиодов YwRobot

Светодиодная лента DesignLed «DSG560-12-RGB-33» 12V IP33 SMD5050 14.4 Вт/м, 60 диодов на 1 метр, ширина 10 мм, цвет RGB. Минимальный заказ от 5 м.п., SW603

Светодиодная линейка SMD 5730, 144 диода/м, 100 см, 220 вольт

Светодиодная лампа Uniel RGB+W с пультом (в комплекте) Smart меняет цвет и режим работы

Мега яркая High lum Светодиодная лента SMD 5050, 60 диодов/метр, Double line люкс, 12 В, цвет: RGB, IP33, золотой чип

Светодиодная лента LEDLINE 3528 4.8ВТ 2800K 12В

LED Светодиоды фиолетовые 5мм (10 шт.)

+85 °C Температура хранения: -40

+100 °C Температура кристалла: 110 °C Рабочее напряжение: 6,0 – 6,2 В Цветовая температура: 6500K Размеры: 7 x 3 x 0.8mm (Д x Ш x ​​H)

LED светодиоды SMD 7030, цвет: теплый белый (10 шт.)

Светодиодная авто лампа 1156(P21W, BAU15S) тип: smd 5630 +линза 8 Ватт

High lum Светодиодная лента SMD 5050, 60 диодов/метр, Double line люкс, 12 В, цвет: RGB, IP33 медный чип

Мигающие светодиоды (Blinking LEDs)

Устройство и параметры мигающих светодиодов

Мигающий светодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Многие, наверное, видели такие светодиоды на прилавках магазинов радиодеталей.

Есть мнение, что с практической точки зрения, мигающие светодиоды бесполезны и могут быть заменены более дешёвой альтернативой – обычными индикаторными светодиодами, которые стоят дешевле.

Возможно, такой взгляд на мигающие светодиоды имеет право на жизнь, но хотелось бы сказать несколько слов в защиту мигающего светодиода.

Мигающий светодиод, по сути, представляет завершенное функциональное устройство, которое выполняет функцию световой сигнализации (привлечения внимания). Отметим то, что мигающий светодиод по размерам не отличается от рядовых индикаторных светодиодов.

Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип-генератора и некоторые дополнительные элементы. Если выполнить генератор импульсов на стандартных элементах с использованием обычного индикаторного светодиода, то конструктивно такое устройство имело бы куда большие размеры. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Перечислим отличительные качества мигающих светодиодов.

Компактное устройство световой сигнализации

Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)

Различный цвет излучения. В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно – 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.

Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предъявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию – мигающие светодиоды очень экономичны, т.к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах.
Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок – пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Разберёмся подробнее в конструкции мигающего светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.

Чип генератора размещён на основании анодного вывода.

Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора – он работает постоянно — частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5 – 3 Гц.
Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

В микроэлектронике для создания конденсатора ёмкостью несколько микрофарад потребовалось бы использование большей площади полупроводника для создания обкладок конденсатора, что с экономической стороны нецелесообразно.

Чтобы не расходовать площадь подложки полупроводника на создание конденсатора большой ёмкости инженеры пошли на хитрость. Высокочастотный генератор требует небольшой ёмкости конденсатора во времязадающей цепи, поэтому и площадь обкладок минимальна.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.

Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует. Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

На примере мигающего светодиода L-816BID фирмы Kingbright рассмотрим основные параметры мигающих светодиодов.

Частота вспышек светодиода L-816BID непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания.

Как видно из графика с увеличением питающего напряжения (forward voltage) частота вспышек светодиода L-816BID уменьшается c 3 Гц (Hz) при напряжении питания 3,5 вольт, до 1,5 Гц при 14.

Зависимость прямого тока (forward current), протекающего через светодиод L-816BID, от приложенного постоянного прямого напряжения (forward voltage) показана на графике. Из графика видно, что максимальный потребляемый ток – 44 mA (0,044 A). Минимальный потребляемый ток составляет 8 mA.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода, например, при покупке, можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Цоколёвка выводов мигающих светодиодов аналогична цоколёвке обычных светодиодов. Длинный вывод – анод (+), более короткий – катод (-).

Напряжение, ток и типы светодиодов, от чего зависит их цвет

Про светодиоды, которые ворвались в нашу жизнь написано много. Но какое правильное и безопасное напряжение для светодиодов и ток, какие бывают их типы, и собственно, от чего зависит их цвет? Давайте попробуем в этом разобраться, чтобы правильно и грамотно их использовать.

Из существующих типов светодиодов, это традиционные неорганические в традиционной форме диода, которая была доступна с 1960 года. Он изготовлен из наиболее широко используемых полупроводниковых соединений, таких как алюминиевый арсенид галлия, арсенида фосфида галлия, и многих других. Используются как панели индикаторов, одноцветные 5 мм, светодиоды для поверхностного монтажа, и даже двухцветные и многоцветные светодиоды, мигающие, буквенно-цифровые светодиодные дисплеи.

Органические светодиоды -типа светодиодных дисплеев на основе органических материалов, которые изготовлены в виде листов и обеспечивают диффузный свет. Обычно изготовляются с использованием очень тонкой пленки органического материала, которая размещена на подложке из стекла. Электрические заряды от электронных схем, заставляют их светиться.

Светодиоды высокой яркости (HBLEDs), являются своего рода неорганическими светодиодами, которые начинают использоваться для освещения с большой светоотдачей. Ввиду их нагрева от значительных мощностей они должны быть установлены на радиаторах для удаления нежелательного тепла.

Из них уже изготовляют компактные люминесцентные лампочки и лампы. HBLEDs имеют больший уровень эффективности и более длительный срок службы, особенно когда они включаются, и выключаются много раз. Вообще, в мире выпускается более 30 миллиардов различных светодиодов, и их потребление растет семимильными шагами, поэтому всегда можно приобрести вот здесь светодиодные лампы оптом здесь — led-st.ru, и в розницу.

Полупроводниковые соединения в светодиодах классифицируют по валентности. Для арсенида галлия- галлий имеет валентность три, мышьяк валентность пять, их относят к называемой группе III-V полупроводниковых материалов. Диод излучает свет, когда его переход смещен в прямом направлении. При подаче напряжения на переход протекает ток, в результате рекомбинации возникают световые фотоны.

Было обнаружено, что большинство света возникает на площади перехода ближе к P-зоне, что отражено в конструкции светодиодов, направленной на минимум внутреннего поглощения. Цвет свечения во многом связан с конструкцией и типом используемых полупроводниковых материалов и приложенным напряжением. Чистый арсенид галлия высвобождает энергию в инфракрасной части спектра. Для светового излучения в видимом красном конце спектра алюминий арсенида галлия (AlGaAs). Добавление в полупроводник фосфора также может дать красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Так фиолетовый цвет (длина волны 400-400-450 нм) получают с использованием в светодиоде индия нитрида галлия (InGaN) при напряжении 2,8-4,0 В, синий (450-500 нм) – с использованием такого же материала и добавлением карбида кремния (SiC) с напряжением 2,5-3,7 В, синий (500-570 нм) -фосфида галлия (GaP), алюминиевого фосфида индия галлия (AlGaInP), алюминиевого фосфида галлия (AlGaP) при напряжении 1,9-4,0 В (на графиках по горизонтали напряжение на переходе, по вертикали- рабочий ток, каждому графику соответствует цвет).

Светодиоды должны включаться с использованием ограничивающего ток через него резистора. Резистор должен быть рассчитан на требуемый уровень тока по закону Ома. Для многих светодиодов рабочий ток составляет около 20 мА, при меньшем токе свет будет тусклее. При большем токе светодиод сразу или быстрее выйдет из строя. При расчете тока учитывают напряжение на светодиоде – в прямосмещенном состоянии оно составляет чуть более вольта, хотя точное напряжение зависит от диода и, в частности его цвета.

Обычно красный светодиод имеет прямое напряжение чуть менее 2 вольт, и около 2,5 вольт для зеленого или желтого цвета. Светодиоды чаще всего бывают на рабочее напряжение 3 В и 12 В, но есть и на другие напряжения. О напряжении светодиода всегда говорит продавец.

При прикладывании напряжения обратной полярности, светодиод часто пробивается и выходит из строя. Поэтому защитить его от этого можно обычным дополнительным диодом, или специальной простейшей схемой. Либо надо просто быть внимательным при подключении светодиода, сохраняя его полярность, узнав о ней у продавца или в характеристиках. На схеме, к верхнему выводу прикладывается «+» питания.

Первый зарегистрированный эффект свечения светодиода был зафиксирован еще в начале ХХ века. В 1907 г. британский инженер по имени HJ Round, работавший у Маркони, провел некоторые эксперименты с использованием кристаллических детекторов, и в итоге получил их свечение. Результаты исследований он опубликовал в 1907 году в журнале Electrical World. Дальнейшие успехи были связаны с теоретическими и практическими исследованиями русского инженера, работавшего в медуниверситете, выходца из дворян Олега Владимировича Лосева. Он обнаружил, и исследовал излучение света от выпрямителя из оксида цинка и кристаллов карбида кремния. В результате своих наблюдений и исследований, Лосев опубликован ряд работ в технической прессе в период между 1924 и 1930 годами в СССР, а затем в других британских и немецких изданиях. С развитием материаловедения идея светового излучения диодов всплыла в 1951 году. В середине 1960-х. с использованием галлия, мышьяка и фосфора получили светодиоды, включая и красное свечение, но с эффективностью произвело на красный свет, и хотя эффективность устройства была низкой (обычно около 1 — 10 mcd при токе 20 мА), и они начали широко использоваться в качестве индикаторов на оборудовании. И пошло, и поехало, например, светодиодные ленты на каждом шагу на улицах, в магазинах, офисах и жилых домах.

Светодиоды дают полет мысли для самого разнообразного их применения. Так например, если дома есть старые неиспользуемые мобильные телефоны с устаревшими блоками питания для них, то всегда можно самому сделать, например, светодиодную подсветку — ночник из зарядного устройства.

Так мы кратко узнали, какое напряжение, ток и типы светодиодов, от чего зависит их цвет.