Led RGB

 LED | led rgb ها در همه جا هستند. در تلفن‌های ما، در خودروها و حتی در خانه‌های ما.

هر زمان که یک دستگاه الکترونیکی روشن می‌شود، احتمال زیادی وجود دارد که یک LED در پشت آن باشد.

LEDها مانند لامپ‌های کوچک هستند. مصرف انرژی کم، اندازه کوچک، سوئیچینگ سریع و عمر طولانی، آن‌ها را برای دستگاه‌های تلفن همراه و سایر کاربردهای کم‌قدرت ایده‌آل می‌کند.

LED مخفف دیود ساطع‌کننده نور است. آن‌ها نوع خاصی از دیودها هستند که انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند. آن‌ها ویژگی‌های الکتریکی بسیار مشابهی با یک دیود PN معمولی دارند. به همین دلیل، نماد LED شبیه به دیود PN معمولی است، با این تفاوت که حاوی تیرک‌هایی است که به سمت بیرون از دیود اشاره می‌کنند و نشان می‌دهند که نور از دیود ساطع می‌شود.

led rgb

ساختار LED

LEDها بسیار رایج هستند و در اشکال، اندازه‌ها و رنگ‌های متنوعی عرضه می‌شوند. LEDهایی که شما بیشتر احتمال دارد از آن‌ها استفاده کنید، LEDهای استاندارد با سوراخ عبوری و دو پایه هستند. شکل زیر اجزای آن را نشان می‌دهد.

ساختار یک LED بسیار متفاوت از یک دیود عادی است. نقطه PN یک LED توسط یک پوسته شفاف و سفت از رزین اپوکسی پلاستیکی احاطه شده است.

این پوسته به گونه‌ای ساخته شده است که فوتون‌های نوری که توسط نقطه PN ساطع می‌شوند، به سمت بالا از طریق قسمت محدب بالای LED متمرکز شوند که خود مانند یک لنز عمل می‌کند. به همین دلیل است که نور ساطع شده در قسمت بالای LED به‌طور روشن‌تری به نظر می‌رسد.

LED فعال

مانند یک دیود معمولی، LED فقط در شرایط بایاس مستقیم کار می‌کند. هنگامی که LED در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد، الکترون‌های آزاد از پیوند PN عبور کرده و با حفره‌ها ترکیب می‌شوند. از آنجا که این الکترون‌ها از سطح انرژی بالاتر به سطح انرژی پایین‌تر سقوط می‌کنند، انرژی را به صورت فوتون (نور) ساطع می‌کنند.

در دیودهای معمولی، این انرژی به صورت گرما ساطع می‌شود، در حالی که در LED، انرژی به صورت نور ساطع می‌شود. این اثر، الکترولومینسانس نامیده می‌شود.

رنگ‌های LED

دیودهای ساطع‌کننده نور در طیف وسیعی از رنگ‌ها موجود هستند که معمول‌ترین آن‌ها قرمز، سبز، زرد، آبی، نارنجی، سفید و نور مادون قرمز (نامرئی) است.

برخلاف دیودهای معمولی که از ژرمانیوم یا سیلیکون ساخته شده‌اند، LEDها از عناصری مانند گالیوم، آرسنیک و فسفر تهیه می‌شوند. با ترکیب این عناصر به نسبت‌های مختلف، تولیدکنندگان می‌توانند LEDهایی تولید کنند که رنگ‌های متفاوتی را ساطع می‌کنند، همان‌طور که در جدول زیر نشان داده شده است.

رنگ	طول موج (nm)	ولتاژ Forward (V)	ماده ساخت
ماورای بنفش	<400	۳.۱-۴.۴	نیترید آلومینیوم (ALN) نیترید آلومینیوم گالیوم (AIGaN)
بنفش	۴۰۰-۴۵۰	۲.۸-۴.۰	نیترید ایندیم گالیوم (InGaN)
آبی	۴۵۰-۵۰۰	۲.۵-۳.۷	نیترید ایندیم گالیوم (InGaN) کاربید سیلیکون (SiC)
سبز	۵۰۰-۵۷۰	۱.۹-۴.۰	فسفید گالیوم (GaP) فسفید گالیوم آلومینیوم (ALGaP)
زرد	۵۷۰-۵۹۰	۲.۱-۲.۲	فسفید آرسنید گالیوم (GaAsP) فسفید گالیوم (GaP)
نارنجی	۵۹۰-۶۱۰	۲.۰-۲.۱	فسفید آرسنید گالیوم (GaAsP) فسفید گالیوم (GaP)
قرمز	۶۱۰-۷۶۰	۱.۶-۲.۰	آرسنید گالیوم آلومینیوم (AIGaAs) فسفید آرسنید گالیوم (GaAP) فسفید گالیوم (GaP)
مادون قرمز	>760	>1.9	آرسنید گالیوم (GaAs) آرسنید گالیوم آلومینیوم (ALGaAs)

رنگ واقعی یک LED به طول موج نوری که ساطع می‌شود وابسته است که این خود به ماده نیمه‌هادی استفاده‌شده برای ساخت دیود بستگی دارد.

بنابراین، رنگ نوری که توسط یک LED ساطع می‌شود به رنگ بدنه LED وابسته نیست. این بدنه تنها خروجی نور را تقویت می‌کند و هنگام خاموش بودن رنگ آن را نشان می‌دهد.

ولتاژ و جریان LED

برای بیشتر LEDهای کم‌مصرف، افت ولتاژ معمولاً بین ۱.۲ ولت تا ۳.۶ ولت برای جریانات بین ۱۰ میلی‌آمپر تا ۳۰ میلی‌آمپر است. افت ولتاژ دقیق به‌طور طبیعی به ماده نیمه‌هادی استفاده‌شده، رنگ، تلاطم و عوامل دیگر بستگی دارد.

از آنجا که LED به‌طور بنیادی یک دیود است، منحنی‌های خصوصیات IV آن می‌توانند برای هر رنگ به تصویر کشیده شوند.

دقیقا مانند یک دیود عادی، سمت مثبت LED به نام آند (Anode) و سمت منفی LED به نام کاتد (Cathode) شناخته می‌شود. کاتد معمولاً با داشتن پایه‌ای کوتاه‌تر نسبت به آند نشان داده می‌شود. علاوه بر این، قسمت بیرونی قاب پلاستیکی معمولاً دارای یک نقطه مسطح یا شیار است که می‌تواند سمت کاتد LED را نیز نشان دهد.

همه LEDها به صورت نیمکره‌ای شکل نیستند؛ برخی مستطیلی و برخی استوانه‌ای هستند، اما اکثر آن‌ها به همان شیوه ساخته می‌شوند.

ولتاژ و جریان اسمی

مگر اینکه به‌گونه‌ای دیگر مشخص شده باشد، باید افت اسمی ۲ ولت و جریان جلو ۲۰ میلی‌آمپر را در نظر بگیرید.

روشنایی LED

روشنایی یک LED به‌طور مستقیم به مقدار جریانی که می‌کشد بستگی دارد. هر چه جریان بیشتری بکشد، LED روشن‌تر خواهد بود.

شما می‌توانید با کنترل مقدار جریانی که از LED عبور می‌کند، روشنایی آن را تنظیم کنید.

مقاومت محدودکننده جریان

اگر LED را مستقیماً به باتری یا منبع تغذیه متصل کنید، سعی می‌کند حداکثر قدرت را دفع کند و تقریباً بلافاصله خود را نابود خواهد کرد.

بنابراین، محدود کردن مقدار جریان عبوری از LED بسیار مهم است. برای این کار از مقاومت‌ها استفاده می‌کنیم. مقاومت جریان الکترون‌ها را در مدار محدود می‌کند و از تلاش LED برای کشیدن جریان زیاد جلوگیری می‌کند.

مقاومت محدودکننده جریان بین LED و منبع ولتاژ به این شکل قرار می‌گیرد:

در مدار فوق، مقاومت دارای ولتاژ گره VS در سمت چپ و ولتاژ گره VF در سمت راست است. ولتاژ دو سر مقاومت، اختلاف بین این دو ولتاژ است.

با اعمال قانون اهم، مقاومت محدود کننده جریان به صورت زیر محاسبه می شود:

مثال پایه:

یک LED قرمز را در نظر بگیرید که افت ولتاژ مستقیم آن ۱.۸ ولت است و به یک منبع تغذیه ۵ ولت DC متصل شده است. مقدار مقاومت محدود کننده جریان مورد نیاز برای محدود کردن جریان مستقیم به تقریباً ۱۰ میلی آمپر را محاسبه کنید.

راه حل:

با استفاده از فرمول بالا، مقاومت محدود کننده جریان به صورت زیر است:

این نشان می‌دهد که برای محدود کردن جریان به ۱۰ میلی آمپر، به یک مقاومت ۳۲۰Ω نیاز خواهیم داشت. اما ۳۲۰Ω یک مقدار استاندارد ترجیحی نیست، بنابراین باید مقدار بالاتر بعدی، که ۳۳۰Ω است را انتخاب کنیم.

بیایید جریان رو به جلو را برای مقاومت محدود کننده جریان ۳۳۰Ω دوباره محاسبه کنیم:

جریان رو به جلوی جدیدی به مقدار ۹.۶ میلی آمپر بدست آوردیم که مقدار مناسبی است.

LED های چند رنگ

بیشتر LEDها تنها یک خروجی از نور رنگی تولید می‌کنند. با ایLED دو رنگ دارای سه پایه است: یکی برای هر رنگ و یک پایه مشترک. مشابه LED RGB، در برخی، پایه مشترک آند است و در برخی دیگر، کاتد است.ن حال، LEDهای چند رنگی در حال حاضر در دسترس هستند که می‌توانند طیف وسیعی از رنگ‌های مختلف را از یک دستگاه واحد تولید کنند. اینها در واقع چندین LED هستند که در یک بسته‌بندی واحد ساخته شده‌اند.

LED های RGB

در نگاه اول، LEDهای RGB (قرمز، سبز، آبی) درست مانند LEDهای معمولی به نظر می‌رسند، با این حال، در داخل بسته‌بندی معمول LED، در واقع سه LED وجود دارد، یکی قرمز، یکی سبز و بله، یکی آبی. با کنترل شدت هر یک از LEDهای جداگانه، می توانید تقریباً هر رنگی را که می خواهید ترکیب کنید.

دیود LED RGB چهار پایه دارد: یک پایه برای هر رنگ و یک پایه مشترک. در برخی از آنها، پایه مشترک آند است و در برخی دیگر، کاتد است.

دیود LED دو رنگ

برخلاف دیود LED RGB، دیود LED دو رنگ فاقد LED آبی در داخل بسته LED است. به طور معمول، فقط دو LED وجود دارد، یکی قرمز و دیگری سبز. با کنترل شدت هر یک از LED های جداگانه، فقط می توانید سایه های قرمز و سبز را با هم ترکیب کنید.

LED دو رنگ دارای سه پایه است: یکی برای هر رنگ و یک پایه مشترک. مشابه LED RGB، در برخی، پایه مشترک آند است و در برخی دیگر، کاتد است.