1600万色LED如何驱动？

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。

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。

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。

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）