1600万色LED如何驱动?

时间:2021-05-23作者:佚名

本文将首先阐述LED的基础知识,然后讨论多色LED的优势,之后介绍哪些是合适的多色LED解决方案,最后说明如何将LED连接到微控制器,以产生多达1600万种不同的颜色。

LED的结构与原理

在设计带LED的电路时,务必记住这些器件不是白炽灯泡,而是恰好能发光的半导体器件(二极管)。作为二极管,它们通常只允许电流主要流向一个方向(二极管并不理想,因此在反向偏置时会产生少量电流)。

普通LED的发光部分是位于组件中心的简单半导体二极管,由单个p-n结构成(图1)。电流从连接到P型硅的LED阳极流向连接到N型硅的LED阴极。在普通二极管中,p-n结通常是锗 (Ge) 或硅 (Si)。然而,对于LED而言,这个结通常是透明的磷砷化镓 (GaAsP) 或磷化镓 (GaP) 半导体材料。

1600万色LED如何驱动?

图1:LED组件含有半导体p-n结芯片,可使电流从阳极流到阴极。带透镜的透明外壳可以让用户轻松看到产生的发射光。(图片来源:维基百科)

利用透明的GaAsP或GaP,施加在p-n结上的正向电压会从半导体释放出光子。p-n结安装在反射镜腔上,而该镜腔可将光子聚集到LED透镜。LED的透镜和本体由透明环氧树脂组成,而树脂可选择性地进行着色,以匹配发射光的颜色。

反射镜腔位于称为铁砧的引线框上,阴极通过接合线连接到称为极柱的引线框上。铁砧和极柱的形状可使它们与LED环氧树脂本体形成牢固连接,从而无法将阳极或阴极引脚从LED环氧树脂本体上拉出,造成LED损坏。

单色LED

LED有多种颜色可供选择,包括红色、绿色、黄色、琥珀色、青色、橙色、粉色、紫色以及最近出现的白色和蓝色。单色LED配备的半导体芯片由可产生所需光线波长的材料组成,并且LED环氧树脂壳体组件通常具有相同的颜色。虽然不需要使透镜具有与发射光相同的颜色,但重要的是,要容易识别LED元件的颜色,防止与其他LED混淆。

多色LED

对于某些空间、成本和功耗受限的系统而言,最好使用一个能发出多种颜色的LED。通常情况下,这种多色LED在一个透明环氧树脂外壳内部配备三个LED,分别是红色、绿色和蓝色 (RGB)。Adafruit Industries的2739 RGB LED就是一个很好的例子(图2)。该LED专为多色指示灯而设计,配有一个宽2.5mm、高5 mm的矩形透镜发光表面,以及四根可在PC板上进行通孔安装的径向引线。

1600万色LED如何驱动?

图2:Adafruit的2739 RGB LED采用宽2.5mm、高5mm的透明环氧树脂矩形透镜,并带有四根径向引线,用于在PC板上进行通孔安装。(图片来源:Adafruit Industries)

通常情况下,三个内部LED中的任何一个均可以单独使用,也可与其他LED结合使用,以产生不同的颜色。

多色RGB LED通常有三种引脚布局:

1)所有LED共用一个阳极,每个LED有一个阴极,总共四个引脚

2)所有LED共用一个阴极,每个LED有一个阳极,总共四个引脚

3)每个阳极和阴极都分配引脚,总共六个引脚

使用多色LED进行设计

Adafruit的2739 RGB LED具有一个共阳极,红色、绿色和蓝色LED的每个阴极都分配引脚,总共四个引脚(图 3)。共阳极连接到正极电源,而每个红色、绿色和蓝色LED通过接地来接通。

1600万色LED如何驱动?

图3:Adafruit的2739 RGB LED具有一个共阳极,而红色、绿色和蓝色LED分别配有一个单独的阴极。(图片来源:Adafruit Industries)

如何生成多种颜色

如果某种应用只需要显示三种状态中的一种,那么使用2739 RGB LED的最简单方法是一次打开一个LED,用户可以选择红色、绿色或蓝色中的一种。

对于多种颜色,设计人员可以简单地将两种颜色组合在一起,提供以下六种颜色选项:

红色

绿色

蓝色

黄色(红色 + 绿色)

青色(绿色 + 蓝色)

洋红色(红色 + 蓝色)

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