Типы схем цвета
Мир полон цветов. Их разнообразие и сочетания поражают. Хочется на экране монитора воспроизвести хотя бы часть этого великолепия. Но как это сделать? Ведь и монитор, и весь компьютер в целом – это цифровые системы, а цвет не описывается ни одним, ни двумя, ни вообще каким-либо разумным конечным числом параметров полностью. Однако есть методы, дающие весьма хорошее приближение. Эти методы исходят, как правило, из двух способов: аддитивного сочетания цветов и субтрактивного. На практике аддитивному способу соответствуют лучи, а субтрактивному — краски. И те, и другие схемы исходят из предпосылки, что так или иначе смешивая несколько базовых цветов, можно создать впечатление любого видимого цвета или его хорошего приближения.
Аддитивные схемы
Аддитивные схемы легко иллюстрировать на примере лучей света. При сложении двух лучей, то есть если осветить белый предмет двумя лучами, цвет становиться светлее, ярче. Освещать надо именно белый предмет. Если осветить предмет синим лучом света, то он покажется синим. Если же красным, то он покажется красным. Если же обоими сразу, то цвет будет какой-то фиолетовый, но что самое главное, он будет светлее, чем каждый из цветов в отдельности. Итак, аддитивные схемы при смешении всех базовых цветов в равной пропорции дают оттенки серого цвета. Отсутствие составляющих означает чёрный цвет, а их максимальное количество – белый.
Субтрактивные схемы
Субтрактивные схемы легко иллюстрировать с помощью красок. При смешении двух красок мы получаем новую краску. Краски мы наносим на белый лист бумаги. Если смешать две краски, то результат будет насыщеннее и темнее. Итак, субтрактивные схемы при смешении всех базовых цветов дают оттенки серого цвета. Отсутствие составляющих означает белый цвет, а их максимальное количество – чёрный.
Расчет резисторов для RGB светодиода
Для того что бы светодиод работал и прослужил как можно дольше необходимо правильно подключить его. Для этого нам придется подавать на него «правильный» ток. А что бы понять какой ток нужно подавать нужно знать параметры именно вашего RGB светодиода. Я использую самые популярные 5 мм светодиоды, купленные на алиэкспрессе. По словам продавца эти светодиоды имеют падение напряжения 1.8-2 В на красном светодиоде и по 3-3.2 В на зеленом и синем, а так же требуют силу тока до 20 мА. Еще мы знаем, что подключать светодиод мы будем к Arduino Uno, на пинах которой напряжение составляет 5 В.
Я немного поэкспериментировал и заметил, что при силе тока 20 мА и 15 мА разницы в свечении светодиода не видно, а вот нагрев уже меньше. При таком режиме работы светодиод прослужит гораздо дольше и будет деградировать гораздо медленнее. Поэтому я буду ограничивать силу тока до 15 мА, а падение напряжения округлю до целых. Исходя из этих данных и будем рассчитывать наши токоограничивающие резисторы. О том что такое резисторы я уже рассказывал.
- Vps — напряжение источника питания (5 Вольт)
- Vdf — падение напряжения на светодиоде (2 Вольта для красного и 3 В для зеленого и синего)
- If — номинальный ток светодиода (15 миллиампер или 0.015 Ампера)
Теперь подставим наши данные в формулу закона Ома для расчета сопротивления. Если кто забыл то напомню: R = U / I (сопротивление равно напряжению деленному на силу тока). Подставляем наши данные:
R = (Vps — Vdf) / If = (5В — 2В) / 0.015А = 200 Ом (для красного цвета)
R = (Vps — Vdf) / If = (5В — 3В) / 0.015А = 133 Ом (для зеленого и синего цветов)
Надо сказать, что данные цифры достаточно примерные и можно использовать резисторы близкие по номиналу. Например у меня есть резисторы на 220 Ом и на 147 Ом. Их я и буду использовать. Подключение будет выглядеть примерно так:
Резисторы для RGB светодиода
Плюсы и минусы светодиодов RGB
RGB-светодиодам присущи все достоинства, имеющиеся у полупроводниковых светоизлучающих элементов. Это низкая стоимость, высокая энергоэффективность, долгий срок службы и т.д. Отличительным плюсом трехцветных LED является возможность получения практически любого оттенка свечения простым способом и за небольшую цену, а также смена цвета в динамике.
К основному минусу RGB-светодиодов относят невозможность получения чистого белого цвета за счет смешения трех цветов. Для этого потребуется семь оттенков (в качестве примера можно привести радугу – ее семь цветов являются результатом обратного процесса: разложения видимого света на составляющие). Это накладывает ограничения на использование трехцветных светильников в качестве осветительных элементов. Чтобы несколько компенсировать эту неприятную особенность, при создании светодиодных лент применяется принцип RGBW. На каждый трехцветный LED устанавливается один элемент белого свечения (за счет люминофора). Но стоимость такого осветительного устройства заметно возрастает. Также бывают светодиоды исполнения RGBW. У них в корпусе установлено четыре кристалла – три для получения исходных цветов, четвертый – для получения белого цвета, он излучает свет за счет люминофора.
Схема подключения для RGBW-варианта с дополнительным контактом.
Подключение светодиодной RGB ленты
Правильный порядок подключения элементов цепи выглядит следующим образом:
Правильный порядок подключения
Запомните. Участки ленты, длиной больше 5 метров, должны подключаться только параллельно.
Что будет, если подключить последовательно?
Во-первых, вы заметно потеряете в яркости на конце участка. Хотя светодиоды и имеют очень малое сопротивление, но потери есть. При такой протяженности на конце напряжение будет порядка 10В. Пониженное напряжение даст пониженную яркость, уже заметную для глаза.
Неправильное подключение
Правильное подключение
Во-вторых, токопроводящие дорожки ленты рассчитаны на максимальную длину 5м. Подключив последовательно еще 5, дорожки будут перегреваться и освещение скорее всего перегорит в самом начале участка.
RGB коннектор
Соединять ленту между собой можно с помощью пайки или клеммами. Для одноцветных вариантов продаются двухвыводные клеммы (коннекторы), для RGB – четырёх или пяти. Уточняйте этот момент при покупке.
Подробнее как соединять rgb ленту между собой.
Блок питания подключается в сеть 220В (клеммы AC, полярность не важна), преобразует переменное напряжение в постоянное 12В (клеммы V+, V-)
При подключении следующих элементов цепи важно соблюдать полярность
Клеммы подключения на БП
RGB контроллер подключается после блока питания (с соблюдением полярности), а в него подключается ргб лента. Каждый вывод на корпусе предназначен для конкретного вывода светодиодов. Если перепутаете местами, ничего страшного не произойдет, просто цвета будут перепутаны.
Клеммы подключения контроллера к светодиодам
В результате готовая схема в сборе должна иметь вид:
Схема в сборе
Усилитель внешне похож на контроллер, отдельно подключается к БП, только имеет не одну плашку с клеммами, а две. Маркируется чаще всего как Led Amplifier, устанавливается в разрыв ленты. Подключается по схеме:
Порядок подключения RGB усилителя в цепь
Назначение клемм led amplifier
Разберем теперь схемы подключения лент разной длины с усилителем и без, с одним или несколькими блоками питания.
Схема подключения RGB светодиодной ленты без усилителя
Это простейшая схема включения rgb светодиодной ленты длиной до 5 метров через контроллер с пультом.
Электрическая схема подключения RGB освещения
Для подключения светодиодной RGB ленты длиной 10 или 15 метров, убедитесь, что хватает мощности контроллера и БП (с запасом), и подключайте по следующей схеме:
Схема подключения 10 или 15
Схема подключения ленты с RGB усилителем
Усилитель используем, если не хватает мощности контроллера. Если мощность блока питания позволяет подключить контроллер и усилитель, используем следующую схему:
Когда суммарная мощность контроллера и усилителя выше мощности БП или блок такой мощности использовать нерационально (большой, сильно греется или шумит), тогда подключаем led amplifier к отдельному питанию по схеме:
Схема подключения усилителя с 2 блоками питания
По такой схеме наращивать суммарную длину ленты можно сколько угодно. Вся она будет управляться с одного пульта.
Помимо последовательного подключения, как в примерах выше, усилители можно подключать параллельно.
Схема параллельного подключения нескольких RGB усилителей с одним блоком питания.
Схема: один БП несколько усилителей
Схема с несколькими параллельными усилителями с отдельным питанием.
Схема: несколько параллельных усилителей с отдельными БП
Если клемм нет – используйте паяльник и монтажный провод, НО не перегревайте контактные площадки. Подробнее как соединять ленту.
Правильная схема подключения 20 метров RGB ленты показана на видео.
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.
Управление
Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.
На цифровых выходах платы Arduino формируются периодические прямоугольные импульсы напряжения, как на рисунке 4., с изменяемой скважностью. Рис
4
Рис. 4
Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода. Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера
Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией).
На Рис.4 приведены примеры диаграмм прямоугольных импульсов различной скважности. Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ
На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета
Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.
Рис. 5
На схеме (Рис.5) rgb диоды (led1- led10) имеют общий анод. Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.
Применение цифровых программируемых контроллеров предоставляет практически безграничные возможности управления цветом. В тех же случаях, когда не требуется создание цветовых динамических образов, может быть применен аналоговый способ управления. Это могут быть наружные или интерьерные светильники для статической подсветки с выбором цвета.
Устройство и сферы применения
Конструктивно RGB–светодиоды представляют собой три светодиодных кристалла с одной оптической линзой, расположенные в одном корпусе. Управление цветом происходит с помощью подачи электрических сигналов на выводы каждого светодиодного кристалла, а сочетание излучений всех трех светодиодов позволяет регулировать итоговый цвет. Для примера, ниже представлен самый популярный RGB–светодиод SMD 5050.
Светодиод RGB – это полноцветный светодиод, смешивая три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность, получится свечение белого цвета.
Сферы применения RGB светодиодов напрямую связаны с развитием рынка рекламы и развлекательных мероприятий. Также готовые RGB–светильники и ленты применяются в области светового оформления архитектурных и дизайнерских решений — ночная подсветка зданий или фонтанов, интерьерный свет, индикаторный системы автомобилей и т.д.
Таблица длины волн светодиодов smd 5050, различного свечения
Разнообразие сфер применения многоцветных светодиодных источников света определяет основные виды внешнего оформления RGB–светодиодов: изделия небольшой мощности выпускаются в стандартных круглых корпусах со сферической линзой и выводами под обычную пайку; маломощные RGB–светодиоды в SMD-корпусах поверхностного монтажа широко применяются в светодиодных лентах или полноцветных светодиодных экранах большой площади; в корпусах типа Emitter выпускают мощные RGB–источники света с независимым управление каждым светодиодным кристаллом; сверх яркие светодиоды в корпусах.
Для упрощения систем управления светом в корпуса некоторых серий многоцветных LED–источников света вмонтированы управляющие микросхемы. Схемы расположения выводов (распиновка) Несколько стандартных схем управления определяют структуру внешних выводов RGB–светодиодов и их соединение внутри корпуса. Существует три основных схемы распиновки, которые соблюдаются на большинстве выпускаемых изделий:
- В схеме с общим катодом для управления используется три независимых вывода анода, а катодные выводы LED-кристаллов соединены между собой;
- Распиновка с общим анодом управляется отрицательными импульсами на катодные выводы, а вместе соединены уже анодные электроды светодиодных кристаллов;
- Независимая схема соединения имеет шесть выводов по числу LED кристаллов, соединений внутри корпуса не производится.
Будет интересно Для чего нужны выпрямительные диоды?
Единого стандарта на распиновку не существует, конкретный тип расположения внешних выводов применяют в зависимости от поставленных задач. При отсутствии документов на светодиодное изделие тип внешних выводов легко определить с помощью мультиметра. В режиме прозвонки светодиод будет светиться (мощные светодиоды очень слабо), а мультиметр издавать звук соединения, если красный щуп мультиметра подсоединен к аноду светодиодного кристалла, а черный к его катоду. В случае обратного подключения никаких видимых и слышимых эффектов просто не будет.
Три светодиода и их размеры
Простейший способ подключения и управления режимами работы RGB–светодиодов реализуется с помощью стандартных микроконтроллеров Arduino
Общий вывод подключается к единой шине микроконтроллера, а управляющие сигналы подаются на выводы LED–кристаллов через ограничительные резисторы.Управление режимами свечения светодиодных кристаллов происходит с помощью широтной-импульсной модуляции, где скважность импульсов определяет силу света. Программирование ШИМ–модулятора определяет итоговый цвет всего прибора или циклические режимы работы каждого цвета
RGB светодиод
El Светодиодные RGB Это особый тип светодиодных диодов, состоящий из нескольких простых светодиодных матриц, подобных тем, что используются в других одноцветных светодиодах. Таким образом, они могут излучать эти три основных цвета, создавая, таким образом, всевозможные эффекты и цвета (даже белый, сочетающий красный, зеленый и синий одновременно), просто управляя одним из выводов этих компонентов.
3 упакованных светодиода в той же упаковке он способен воспроизводить всю цветовую гамму. Его распиновка немного отличается от обычных светодиодов, так как они включают в себя 3 контакта, по одному для каждого цвета (катоды или +) и еще один дополнительный общий для всех, анод (-). В остальном в этом нет особой загадки …
Цвета и материалы полупроводников
Что интересно, вы знаете, что благодаря тип полупроводника может быть получен разный цвет. Это то, что отличает красные светодиоды от зеленого, желтого, синего и других оттенков. Исследователи комбинируют разные материалы, чтобы получить все цвета, которые в настоящее время существуют на рынке. Например:
- IRИнфракрасные светодиоды используют GaAs или AlGaAs в качестве материалов для излучения на этой длине волны ИК-излучения.
- красный: AlGaAs, GaAsP, AlGaInP и GaP используются в цветных светодиодах.
- Оранжевый: полупроводниковые материалы, такие как GaAsP, AlGaInP, GaP, используются с некоторыми вариациями.
- желтый: это может быть состав, подобный предыдущему, такой как GaAsP, AlGaInP и GaP, чтобы излучать на длине волны электромагнитного спектра, соответствующей желтому цвету.
- зеленый: для излучения на этой длине волны необходимы специальные материалы, такие как GaP, AlGaInP, AlGaP, InGaN / GaN.
- синий: в этом случае используются полупроводники и легирующие примеси на основе таких материалов, как ZnSe, InGaN, SiC и др.
- Фиолетовый: создается из InGaN.
- фиолетовый: Двойной синий и красный светодиоды используются для достижения этого цвета. Даже пластик этого цвета с внутренней белой светодиодной подсветкой используется для создания такого эффекта.
- розовый: нет материала для этого цвета, что сделано, это объединить два светодиода разных цветов для достижения этого цвета, например, красный с желтым и т. д.
- Белый: это та, которая дала начало нынешним светодиодным лампам чисто белого или теплого белого цвета. Для этого используются синие или ультрафиолетовые светодиоды с желтым люминофором для чистого белого или оранжевым люминофором для теплого белого.
- UV: ультрафиолетовый спектр может быть получен с помощью различных материалов, таких как InGaN, Diamante, BN, AlN, AlGaN, AlGaInN.
Правила подключения к сети
LED-ленты рассчитаны на разность потенциалов в 12 В, модели с числом диодов 240 шт./п. м – на 24 В.
Применяют 2 способа подключения источника света.
Без блока питания
Для подключения к сети 220 В параллельное соединение диодов меняют на последовательное. 220 больше 12 в 18,33 раза, значит, необходимо соединить последовательно 19 диодов или их параллельных групп. Тогда падение напряжения на каждой из них составит 11,5 В.
Ленту разрезают по специальным меткам. Если рассечь ее произвольно, нарушится работоспособность изделия. У разных моделей число светодиодов между метками отличается, минимальное количество – 3.
Таким образом, для подключения к сети на 220 В потребуется не менее 57 элементов. При сборке осветительного прибора соблюдают полярность: группы СД соединяют одноименными контактами.
В продаже имеются LED-ленты с арматурой, готовые для использования в сети
Через блок питания
Осветительный прибор нужно подключить к выходным клеммам преобразователя, соблюдая полярность. Ориентируются по цвету изоляции проводов: черный или белый – «минус», другие (преимущественно красный) – «плюс». Выключатель и диммер устанавливают в разрыв любого провода.
Подходят следующие блоки питания:
- штатный, изготовленный специально для LED-ленты;
- от ноутбука;
- компьютерный (для устройства подсветки в системном блоке);
- зарядка для телефона.
Потребляемый лентой ток не может превышать номинальное значение для данного блока питания. Эта величина зависит от количества диодов и их типа. Выполнить расчет поможет таблица:
| Тип светодиодов | Плотность LED на 1 п. м ленты | Сила тока (А) на длину ленты | |||
| 1 м | 2 м | 3 м | 4 м | ||
| SMD3528 | 30 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 |
| 60 | 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | |
| 120 | 0.8 | 1.6 | 2.4 | 3.2 | |
| SMD5050 | 30 | 0.6 | 1.2 | 1.8 | 2.4 |
| 60 | 1.2 | 2.4 | 3.6 | 4.8 |
Провода подсоединяют к контактным площадкам пайкой или с помощью специальных коннекторов.
Устройство и сферы применения
Конструктивно RGB–светодиоды представляют собой три светодиодных кристалла с одной оптической линзой, расположенные в одном корпусе. Управление цветом происходит с помощью подачи электрических сигналов на выводы каждого светодиодного кристалла, а сочетание излучений всех трех светодиодов позволяет регулировать итоговый цвет. Для примера, ниже представлен самый популярный RGB–светодиод SMD 5050.
Светодиод RGB – это полноцветный светодиод, смешивая три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность, получится свечение белого цвета.
Сферы применения RGB светодиодов напрямую связаны с развитием рынка рекламы и развлекательных мероприятий. Также готовые RGB–светильники и ленты применяются в области светового оформления архитектурных и дизайнерских решений — ночная подсветка зданий или фонтанов, интерьерный свет, индикаторный системы автомобилей и т.д.
Таблица длины волн светодиодов smd 5050, различного свечения
Разнообразие сфер применения многоцветных светодиодных источников света определяет основные виды внешнего оформления RGB–светодиодов: изделия небольшой мощности выпускаются в стандартных круглых корпусах со сферической линзой и выводами под обычную пайку; маломощные RGB–светодиоды в SMD-корпусах поверхностного монтажа широко применяются в светодиодных лентах или полноцветных светодиодных экранах большой площади; в корпусах типа Emitter выпускают мощные RGB–источники света с независимым управление каждым светодиодным кристаллом; сверх яркие светодиоды в корпусах.
Для упрощения систем управления светом в корпуса некоторых серий многоцветных LED–источников света вмонтированы управляющие микросхемы. Схемы расположения выводов (распиновка) Несколько стандартных схем управления определяют структуру внешних выводов RGB–светодиодов и их соединение внутри корпуса. Существует три основных схемы распиновки, которые соблюдаются на большинстве выпускаемых изделий:
- В схеме с общим катодом для управления используется три независимых вывода анода, а катодные выводы LED-кристаллов соединены между собой;
- Распиновка с общим анодом управляется отрицательными импульсами на катодные выводы, а вместе соединены уже анодные электроды светодиодных кристаллов;
- Независимая схема соединения имеет шесть выводов по числу LED кристаллов, соединений внутри корпуса не производится.
Единого стандарта на распиновку не существует, конкретный тип расположения внешних выводов применяют в зависимости от поставленных задач. При отсутствии документов на светодиодное изделие тип внешних выводов легко определить с помощью мультиметра. В режиме прозвонки светодиод будет светиться (мощные светодиоды очень слабо), а мультиметр издавать звук соединения, если красный щуп мультиметра подсоединен к аноду светодиодного кристалла, а черный к его катоду. В случае обратного подключения никаких видимых и слышимых эффектов просто не будет.
Три светодиода и их размеры
Простейший способ подключения и управления режимами работы RGB–светодиодов реализуется с помощью стандартных микроконтроллеров Arduino
Общий вывод подключается к единой шине микроконтроллера, а управляющие сигналы подаются на выводы LED–кристаллов через ограничительные резисторы.Управление режимами свечения светодиодных кристаллов происходит с помощью широтной-импульсной модуляции, где скважность импульсов определяет силу света. Программирование ШИМ–модулятора определяет итоговый цвет всего прибора или циклические режимы работы каждого цвета
Как выбрать качественную светодиодную ленту для RGB подсветки
Выбор RGB подсветки обусловлен несколькими критериями:
- условия работы;
- размеры и конфигурация оформляемой поверхности;
- ожидаемый уровень освещенности;
- мощность, напряжение питания.
Сопоставление этих параметров позволяет подобрать наиболее подходящую светодиодную подсветку
Помимо приведенных показателей важно выбирать среди известных и надежных производителей, поскольку дешевые изделия из развивающихся стран не способны продемонстрировать качественную и долговечную работу
Если в происхождении ленты возникают сомнения, лучше поискать в другом магазине. Это займет некоторое время, но поможет подобрать оптимальный и качественный вариант RGB подсветки для существующих условий.
