RGB-LED-Helligkeitsstufen

Ohne Schaltplan haben Sie basierend auf Ihrer Frage eine gemeinsame Kathoden-LED mit TIP120-Transistoren? Ich nehme an, Sie haben sie rückwärts von normal angeschlossen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der TIP120 ist ein NPN-Darlington-Paar-Transistor. Es wird normalerweise erwartet, dass es auf der niedrigen Seite der Last liegt. Sie verwenden sie für High-Side-Switching, was nicht funktioniert. Wenn Ihre LED eine gemeinsame Anode wäre, könnten Sie sie austauschen, und es würde funktionieren (MIT DEN WIDERSTÄNDEN).

Aber in diesem Fall haben Sie 1) einen anderen Signalpegel als den LED-Leistungspegel (3,3 V gegenüber 5 V), sodass der direkte PNP-Transistor nicht funktioniert, und 2) der Raspberry PI GPIO kann nicht viel Strom liefern. 16mA bei max. Sie benötigen also sowohl NPN- als auch PNP-Transistoren. Einige 2n3904 und 2n3906 Common npn und pnp Transistoren, aber alle ähnlichen würden funktionieren

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Ich zeige nur die blaue LED (5 V Quellenspannung - 3,2 V Durchlassspannung - 0,2 V VCE-Abfall / 20 mA = 80 Ω), mache dasselbe für die grüne LED und verwende einen Widerstand von 140 Ω oder höher für die rote LED.

Rot, Grün und Blau von RGB-LEDs haben aus mehreren Gründen unterschiedliche wahrgenommene Lichtintensitäten. Einige von ihnen sind unten aufgeführt, nicht in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit:

1. Empfindlichkeit der Augenfarbe

   • Das menschliche Auge ist unterschiedlich empfindlich für unterschiedliche Farben – und dieses Verhältnis variiert auch je nach Lichtintensität: Sowohl die Umgebungslichtintensität (heller Raum versus dunkler Raum) als auch die Emissionsintensität (helle LED versus schwache LED).
   • Unter photopischen Sehbedingungen, dh gut beleuchteten Bedingungen, bei denen die Augenkegel die primären Vermittler sind, sind wir typischerweise am empfindlichsten für grünes Licht, ungefähr 555 Nanometer Wellenlänge ( Quelle
     ) . Unter
     skotopischen (schwach beleuchteten) Bedingungen fällt diese auf etwa 507 nm ab Aquafarbe als die empfindlichste.
   • Diese Empfindlichkeitsmuster ändern sich mit dem Alter, unterscheiden sich je nach Geschlecht und variieren von Person zu Person. Auch Traumata, auch rein psychische Traumata, können das Sehprofil verändern.

2. LED-Leistungsemission

   • Das ist einfach: Nehmen wir dieses RGB-LED-Datenblatt als Beispiel.
     Bevor die Effizienzunterschiede bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht in verschiedenen LED-Übergangschemien berücksichtigt werden, unterscheidet sich die Leistung, die über einen 2,0-Volt-Übergang (typisch V f für Rot _in der Beispiel-LED) bei 20 mA ausgedrückt wird = 40 mW, deutlich von der Leistung über einem 3,2 Volt-Verbindung (für blau und grün) bei 20 mA = 64 mW.
   • Daher sollte die Lichtmenge, die von jedem Übergang bei gleichem Strom emittiert wird, unterschiedlich sein: Nicht proportional, da die Wirkungsgrade sehr unterschiedlich sind, aber dennoch unterschiedlich.

3. Farbabstimmung zwischen LED-Übergängen:

   • Dies ist an sich schon eine ziemlich komplexe Aufgabe, auch wenn alles andere ideal ist. Einige nützliche Links, die Ihnen einen Einblick geben, wie komplex es ist, R, G und B in LEDs abzugleichen:
   • Dieser Artikel berechnet ein Verhältnis der geschätzten R:G:B-Stromwerte von 2,77:5,79:1 oder etwa 3:6:1, um mit einer bestimmten RGB-LED-Kombination ein gleichmäßig abgestimmtes Weiß zu erzielen. Ihre Ergebnisse werden natürlich aufgrund der Verwendung einer anderen LED sehr unterschiedlich sein.
   • Dieser Artikel berührt einige der Reifen, durch die man springen muss, um eine gleichmäßige RGB-Ausgabe zu erreichen (wiederum ein weißes Licht zu erhalten) und dann die Anpassung aufrechtzuerhalten, wenn die LEDs altern und unterschiedlich schnell an Leuchtkraft verlieren.

     Man könnte noch weitere Faktoren aufzählen...

4. Spezifisch zur Frage: Strom durch jede LED

   • Die V _CE(sat) des TIP120 bei 20 mA beträgt ungefähr 0,75 Volt ( Abbildung 2 im Datenblatt ). Somit sollte Spannung für die LEDs und eventuelle Strombegrenzungswiderstände vorhanden sein 5.0 - 0.75 = 4.25 Volts
   • Unter der Annahme, dass die Versorgungsschiene solide 5 Volt mit unbegrenzter Stromkapazität hat und unter Last nicht abfällt, sollten unter diesen Bedingungen die LEDs alle durchgebrannt sein, wenn sie ohne Strombegrenzungswiderstände betrieben wurden. Das ist nicht passiert, was bedeutet, dass eine andere Strombegrenzung im Spiel ist.
   • Entweder kann die 5-Volt-Schiene des RPi den Strombedarf von beispielsweise 60 mA für den Nennbetrieb aller 3 LED-Übergänge nicht aufrechterhalten (unwahrscheinlich, aber möglich), oder es kommt ein anderer Widerstand ins Spiel: Lange dünne Drähte? Langes USB-Kabel zur Versorgung des RPi? RPi nähert sich bereits dem maximal verfügbaren Strom? Basisstrom am TIP120 zu niedrig? Das können nur Sie feststellen, indem Sie mit einem Multimeter umsichtig herumpoltern.
   • Wie auch immer, wenn die Versorgung an den LED-Anoden nicht in der Lage ist, den für die 3 LEDs erforderlichen Strom aufrechtzuerhalten und daher die Spannung abfällt, fällt dieser Abfall unter 3,2 Volt, bevor er unter 2,0 Volt fällt. Bei etwa 3,0 Volt, die noch am Beispiel-LED-Datenblatt arbeiten, sehen die grünen und blauen LEDs eine reduzierte Leitung und werden nicht leitend - der erforderliche Strom verringert sich also. Irgendwo in dieser Nähe erreicht die Versorgungsschiene ein Gleichgewicht mit kaum beleuchtetem Grün und Blau , und dennoch gibt es viel Spannungsspielraum, damit die rote LED aufleuchtet.

   • Dies stimmt mit unserem beobachteten Verhalten überein.

   • Entweder das, oder die Versorgungsspannung vom RPi beträgt nicht wie vermutet 5 Volt, sondern tatsächlich 3,3 Volt, was wiederum genau das beobachtete Verhalten ergibt: Ein Multimeter könnte dies bestätigen.

Nun zur Widerstandsberechnung für die LEDs:

Ausgehend von den typischen Spannungen aus dem Datenblatt für jeweils 20 mA Strom und einer zuvor berechneten Versorgungsspannung von 4,25 Volt:

• R _rot = 112,5 Ohm, ~ 120 Ohm
• R _grün = 52,5 Ohm, ~ 56 Ohm
• R _blau = 52,5 Ohm, ~ 56 Ohm

Diese 3 Werte sollten ungefähr 20 mA Strom durch jede Farbverbindung liefern, wenn die Versorgung wirklich 5 Volt beträgt.