Трехцветный светодиод излучает свет любого цвета или оттенка

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2019

Marián Štofka

EDN

Любой цвет человеческий глаз может видеть как смесь синего, красного и зеленого. Схема на Рисунке 1 управляет всеми цветами трехцветного светодиода Broadcom ASMT-YTB0. Изменяя токи, проходящие через синий, красный и зеленый светодиоды, можно создать широкую цветовую палитру.

Рисунок 1.	С помощью потенциометров P1 и P2 можно регулировать цвет излучаемого света.

Выходы коллекторов биполярных дифференциальных каскадов образуют источники тока. Классический симметричный дифференциальный каскад с двумя одинаковыми биполярными транзисторами является основой практически всех биполярных аналоговых микросхем. В данном случае, однако, дифференциальный каскад асимметричен; токи его коллекторов распределены в соотношении 2:1 вместо обычного соотношения 1:1 при разности базовых напряжений 0 В. За счет подключения третьего одинакового транзистора Q₃ параллельно Q₁ токи плеч этой схемы относятся как 2:1. Общий коллектор параллельной пары транзисторов подключается к общему эмиттеру дифференциального каскада Q₄/Q₅. Таким образом, разности базовых напряжений обоих каскадов равны 0 В, и коллекторные токи I_R, I_G и I_B практически равны.

Дифференциальные каскады позволяют регулировать токи I_R, I_G и I_B в диапазоне от 0 до I_O, где

I_R + I_G + I_B ≈ I_O = 4.43 мА.

Это значение является приблизительным, поскольку истинная сумма I_R + I_G + I_B ниже на относительную величину 3/β, где β – коэффициент усиления тока биполярных транзисторов. Относительная ошибка составляет менее 1%. Транзистор Q₆ уравнивает коллекторное напряжение Q₂ с напряжением на коллекторах Q₁ и Q₃. Такое решение сохраняет согласованность напряжений база-эмиттер транзисторов Q₁, Q₂ и Q₃. Но базовые токи биполярных транзисторов в этом случае могут достигать 100 мкА. По этой причине управляющие цветом и оттенком напряжения V_A и V_B, которые берутся с резистивных потенциометров P₁ и P₂, подаются на базы Q₂ и Q₅ через включенные повторителями напряжения операционные усилители IC_3A и IC_3B – две половины микросхемы ADA4091-2, выпускаемой Analog Devices. ADA4091-2 потребляет низкую мощность и имеет входное напряжение смещения менее 500 мкВ с типовым значением 80 мкВ.

Максимальный входной ток ADA4091-2 равен 65 нА, что не создает существенного падения напряжения на резисторах R_BA и R_BB. Это падение составляет менее 130 мкВ. Можно достичь еще большей точности, вставив одинаковые резисторы с такими же сопротивлениями, как у R_BA, между инвертирующими входами и выходами обоих повторителей A и B. Благодаря этому ошибки, создаваемые входным током смещения, уменьшатся до одной шестой от наихудшего случая, то есть, до 1/600.

Потенциометр P₁ управляет интенсивностью синего светодиода. В крайнем верхнем положении движка этого потенциометра, когда цвет свечения светодиода на 100% синий, транзисторы Q₂ и Q₃ закрыты, из-за чего Q₄ и Q₅ также отключены. Таким образом, I_O протекает только через Q₂ и Q₆. Поэтому красный и зеленый светодиоды выключены. Когда движок P₁ находится в положении 0 В, выходной ток идет только через параллельные транзисторы Q₁ и Q₃ и распределяется между Q₄ и Q₅ в пропорции, зависящей от положениям движка потенциометра P₂. При крайнем верхнем положении движка P₂ схема на 100% излучает зеленый свет. В положении 0 В цвет свечения полностью красный. Промежуточные положения движка дают смесь красного и зеленого цветов. При удалении позиции движка P₁ от земли схема формирует смесь красного, зеленого и синего.

Транзисторы Q₁, Q₂ и Q₃ следует точно подобрать по характеристикам. Разброс напряжений база-эмиттер должен быть менее 1.5 мВ. Такие же требования должны быть соблюдены в отношении пары транзисторов Q₄/Q₅. Требования, предъявляемые к Q₆, менее строги. В качестве Q₁ - Q₆ необходимо использовать согласованные пары биполярных NPN транзисторов. В крайнем случае, согласованными могут быть Q₁ - Q₅, а Q₆ может быть одиночным транзистором. В конце концов, вы можете использовать три пары согласованных транзисторов.

Материалы по теме