Wyprowadzenia RGB: Interesujące fakty, które powinieneś wiedzieć

Potrzebujesz wielokolorowego wskaźnika na płytce, ale nie chcesz zajmować miejsca trzema osobnymi diodami LED? W takich aplikacjach dobrze sprawdza się dioda RGB. W jednej obudowie znajdują się trzy struktury LED: czerwona, zielona i niebieska. Sterując nimi niezależnie, można uzyskać proste sygnały stanu, mieszane kolory oraz płynne efekty świetlne.

Żeby układ działał poprawnie, trzeba jednak rozumieć wyprowadzenia RGB: który pin jest wspólny, które piny odpowiadają za poszczególne kolory i czy dana dioda ma wspólną anodę, czy wspólną katodę. Od tego zależy sposób podłączenia rezystorów, tranzystorów sterujących i pinów mikrokontrolera.

Dioda LED RGB

Źródło: 

Flickr

W tym artykule porządkujemy najczęściej spotykane typy wyprowadzeń, przykładową konfigurację czteropinowej diody RGB oraz podstawowe zasady podłączania jej do Arduino i innych układów elektronicznych.

Zaczynajmy.

Typy wyprowadzeń RGB

Typowa pojedyncza dioda LED ma dwa wyprowadzenia: anodę i katodę. W diodach dwukolorowych i RGB w jednej obudowie umieszcza się kilka struktur LED, dlatego liczba pinów może być większa. Spotyka się obudowy dwu-, trzy-, cztero- i sześciopinowe, a dokładny układ wyprowadzeń zawsze warto sprawdzić w nocie katalogowej konkretnego elementu.

W elementach przewlekanych długość wyprowadzeń pomaga w identyfikacji pinów. W zwykłej diodzie LED dłuższe wyprowadzenie zwykle oznacza anodę, a krótsze katodę. W diodach RGB najdłuższy pin jest najczęściej pinem wspólnym, ale nie należy traktować tego jako jedynej metody identyfikacji, bo kolejność pinów zależy od producenta.

Poniżej znajdują się najczęściej spotykane warianty wyprowadzeń.

Dwupinowe wyprowadzenia RGB

Dwupinowa obudowa jest najczęściej kojarzona ze zwykłą, jednokolorową diodą LED. Istnieją też dwupinowe diody dwukolorowe, w których dwie struktury LED są połączone przeciwsobnie.

W takim wariancie kolor zmienia się po odwróceniu polaryzacji zasilania. Nie jest to jednak typowa dioda RGB, ponieważ przy dwóch wyprowadzeniach nie da się niezależnie sterować trzema kanałami: czerwonym, zielonym i niebieskim.

Jeżeli pracujesz z elementem dwukolorowym, właściwy sposób podłączenia i dostępne kolory najlepiej potwierdzić w nocie katalogowej.

Trzypinowe wyprowadzenia RGB

W obudowach trzypinowych najczęściej znajdują się dwie struktury LED ze wspólną anodą albo wspólną katodą. Pozwala to włączać dwa kolory niezależnie albo świecić nimi jednocześnie, jeśli układ sterowania na to pozwala.

Czteropinowe wyprowadzenia RGB

Czteropinowa dioda to najpopularniejszy wariant LED RGB w obudowie przewlekanej. Trzy piny odpowiadają za kanały R, G i B, a czwarty jest wspólny. W zależności od wersji może to być wspólna anoda albo wspólna katoda.

Sześciopinowe wyprowadzenia RGB

Sześciopinowe diody RGB wyprowadzają oddzielną anodę i katodę dla każdej z trzech struktur LED. Daje to największą swobodę sterowania, bo każdy kanał można włączyć do obwodu niezależnie, bez narzuconej wspólnej anody lub katody.

Taka obudowa bywa przydatna w układach z nietypowym sterowaniem, multipleksowaniem lub oddzielnymi źródłami prądowymi dla każdego koloru.

Konfiguracja pinów

Poniższy przykład pokazuje typową konfigurację czteropinowej diody RGB ze wspólną katodą. To popularny układ pinów, ale przed zaprojektowaniem płytki należy porównać go z dokumentacją wybranego komponentu.

Cechy i specyfikacja

Parametry diod RGB różnią się zależnie od producenta, obudowy i jasności elementu. Dla typowej diody przewlekanej 5 mm można przyjąć następujące orientacyjne wartości:

Dioda RGB emituje światło widzialne, a nie promieniowanie UV.

Typowy zakres temperatury pracy wynosi od około -25°C do 85°C.

Zakres temperatury przechowywania często mieści się w granicach od około -30°C do 85°C.

Dostępne są wersje o różnej jasności, od prostych wskaźników panelowych po jasne diody do efektów świetlnych.

Rezystancja termiczna i dopuszczalna moc zależą od obudowy, dlatego przy większych prądach trzeba sprawdzić warunki chłodzenia.

Typowy prąd przewodzenia pojedynczego kanału wynosi 20 mA, choć wiele układów wskaźnikowych pracuje poprawnie przy mniejszych prądach.

Każdy kolor ma inną długość fali: czerwony zwykle około 620-630 nm, zielony około 520-530 nm, a niebieski około 465-475 nm.

Napięcie przewodzenia również zależy od koloru: dla czerwonego kanału typowo wynosi około 2,0 V, a dla zielonego i niebieskiego często około 3,0-3,3 V.

Światłość poszczególnych kanałów nie jest identyczna. W praktyce jasność czerwieni, zieleni i niebieskiego trzeba wyrównać programowo, najczęściej za pomocą PWM.

Gdzie stosować diody LED RGB

Diody LED RGB są wygodne wszędzie tam, gdzie jeden element ma sygnalizować kilka stanów urządzenia. Zamiast montować trzy osobne diody, można zastosować jedną diodę RGB i przypisać kolory do trybów pracy, błędów, ładowania albo komunikacji.

Przykład jest prosty: zielony kolor może oznaczać normalną pracę, czerwony błąd, a niebieski tryb parowania lub ładowania. W bardziej rozbudowanych urządzeniach mikrokontroler może płynnie mieszać kanały i generować przejścia kolorów.

Uwaga: efekt RGB można zbudować z trzech oddzielnych diod LED, ale zajmie to więcej miejsca na płytce i utrudni uzyskanie równomiernego mieszania kolorów.

Jak korzystać z diody LED RGB

Podłączenie diody RGB jest proste, o ile najpierw ustalisz typ elementu. W wersji ze wspólną anodą wspólny pin łączy się z dodatnim zasilaniem, a poszczególne kanały świecą wtedy, gdy ich katody zostaną ściągnięte do masy przez układ sterujący.

Jeżeli chcesz włączyć czerwony kanał w diodzie ze wspólną anodą, podłącz pin R przez rezystor ograniczający prąd do masy albo do wyjścia tranzystora pracującego jako klucz. Analogicznie steruje się kanałem zielonym i niebieskim.

Kanały można włączać jednocześnie, uzyskując kolory mieszane. Przy sterowaniu tylko włącz/wyłącz otrzymasz podstawowe kombinacje, a przy sterowaniu PWM znacznie więcej odcieni.

W diodzie ze wspólną katodą wspólny pin łączy się z masą. Wtedy kanał czerwony, zielony lub niebieski włącza się przez podanie napięcia dodatniego na odpowiedni pin, również przez rezystor ograniczający prąd.

Nie należy podłączać kanałów LED bezpośrednio do zasilania bez ograniczenia prądu. W najprostszym układzie każdy kanał powinien mieć własny rezystor, ponieważ czerwony, zielony i niebieski mają różne napięcia przewodzenia.

Typowe kombinacje przy sterowaniu kanałami to:

Czerwony i niebieski.

Niebieski i zielony.

Zielony i czerwony.

Kombinacja wszystkich trzech kolorów.

Przy prostym sterowaniu binarnym z trzech kanałów uzyskasz siedem widocznych kolorów: trzy podstawowe, trzy mieszane i biały. Przy regulacji jasności PWM liczba możliwych odcieni jest znacznie większa.

Wyprowadzenia diody RGB dla Arduino

Diodę RGB można łatwo podłączyć do Arduino. W prostym przykładzie potrzebne będą następujące elementy:

Płytka Arduino UNO (1 szt.).

Rezystory 220 Ω (3 szt.).

Płytka stykowa (1 szt.).

Dyfuzyjna dioda RGB ze wspólną katodą (1 szt.).

Przewody połączeniowe.

Schemat obwodu

Schemat obwodu z Arduino

Źródło: 

Wikimedia Commons

W wersji ze wspólną katodą podłącz pin wspólny diody RGB do GND Arduino. Następnie połącz piny R, G i B z pinami PWM Arduino, na przykład 9, 10 i 11, prowadząc każdy kanał przez osobny rezystor 220 Ω.

Rezystory ograniczają prąd kanałów LED i chronią zarówno diodę, jak i wyjścia mikrokontrolera. Jeden wspólny rezystor dla całej diody nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ kanały mają różne napięcia przewodzenia i jasność.

Jeżeli używasz diody RGB ze wspólną anodą, pin wspólny podłącz do 5 V Arduino. W takim układzie logika sterowania jest odwrócona: kanał świeci przy stanie niskim na pinie mikrokontrolera.

Poniżej znajduje się przykładowy kod dla diody RGB sterowanej z Arduino.

Kod Arduino

Źródło: 

Wikimedia Commons

Kod Arduino

Źródło: 

Wikimedia Commons

Zastosowania

Diody LED RGB pojawiają się w wielu urządzeniach konsumenckich i przemysłowych. Najczęstsze zastosowania to:

Podświetlenie LCD.

Efekty świetlne.

Efekty świetlne

Oświetlenie dekoracyjne.

Oświetlenie dekoracyjne

Sprzęt audio-wideo.

Hydroponika i aeroponika.

Oświetlenie pomieszczeń.

Oświetlenie pomieszczenia

Zastosowania przemysłowe.

Oświetlenie wielobarwne.

Wielobarwne oświetlenie

Źródło: 

Piqsels

Światłowody i prowadnice światła.

Prowadnica światła

Źródło: 

Wikimedia Commons

Przenośne latarki i lampki sygnalizacyjne.

Latarka

Podsumowanie

Dioda RGB pozwala uzyskać wiele kolorów w jednej obudowie, ale wymaga poprawnego rozpoznania wyprowadzeń. Z zewnątrz może wyglądać podobnie do zwykłej diody LED, dlatego przed montażem warto sprawdzić pinout, typ wspólnego wyprowadzenia i parametry prądowe.

W praktyce najczęściej spotkasz czteropinowe diody ze wspólną anodą albo wspólną katodą. Trzy pozostałe piny obsługują kanały czerwony, zielony i niebieski. Regulując jasność każdego kanału, zwykle przez PWM, można mieszać kolory i dopasować sygnalizację do funkcji urządzenia.

Jeżeli projektujesz płytkę z diodami RGB, sprawdź noty katalogowe, dobierz osobne rezystory dla kanałów i upewnij się, że footprint odpowiada rzeczywistej kolejności pinów. W produkcji seryjnej takie detale są krytyczne: jedna zamieniona anoda lub katoda potrafi zatrzymać cały montaż.