RGB-LEDs sind Dreifach-LEDs: sie enthalten eine rote, eine grüne und
eine blaue LED in einem gemeinsamen Gehäuse. Die drei Grundfarben
addieren sich: lässt man durch alle drei LEDs gleichzeitig den
gleichen Strom flißen, kriegt man weißes Licht heraus.
Durch Mischen der drei Farben kann man also jede beliebigige Farbe erzeugen.
Fließt Strom durch die rote und blaue, kriegt man violett als
Mischfarbe. Oder genauer: Magenta, denn es gibt dutzende Varianten
von violett.
Von den RGB-LEDs gibt es zwei verschiedene Bauformen: entweder sind die
drei Einzeldioden an den Kathoden oder an den Anoden zusammengeschaltet.
Auf jeden Fall hat die RGB-LED aber vier Anschlüsse nach außen.
Der längste Pin ist die gemeinsame Kathode oder Anode, der Einzelpin
links daneben die rote, rechts daneben die grüne und ganz rechts die
blaue LED.
Wie üblich bei LEDs im 5 mm-Gehäuse vertragen diese einen
Strom von bis zu 20 mA. Sollen alle drei Dioden voll ausgesteuert
werden, braucht es das drei Mal. Damit wären wir bei einem zentralen
Nachteil von RGB-Dioden: ihrem ziemlich hohen Strombedarf. Da man die
RGBs auch nicht stapeln kann wie andere Leuchtdioden, braucht halt jede
LED ihre maximal 60 mA.
Spannungen von RGB-LEDs
So sehen die Strom-Spannungskurven der drei Leuchtdioden aus. Links ist
eine andere Sorte abgebildet als rechts. Die rote LED braucht die
geringste Spannung (ca. 1,9 V), die blaue und die grüne
deutlich mehr (ca. 2,7 V). Die angegebenen Steilheiten
gelten links für 10 bis 30 mA und rechts im Bereich um
20 mA (I in beiden Formeln mA).
RGB-LEDs arbeiten folglich erst ab mindestens drei Volt. Rechnet
man die Sättigungsspannung eines Treibers (Transistor: 0,2 V,
CMOS-Prozessor-Ausgang 0,4 V) hinzu, reichen auch 3,3 V
Betriebsspannung nicht mehr aus. Zwei AA oder AAA-Batterien sind
um ein weiteres Exemplar zu ergänzen. Li-Zellen mit 3,7 V
gehen ohne Weiteres.
Ansteuern von RGB-LEDs
Wer nur sein Zimmer mit einer ganz bestimmten Lieblingsfarbe beleuchten
will, kommt mit drei Potis zur Stromregelung hin: er kann den Rot-,
Grün- und Blau-Anteil seiner Lieblingsfarbe per Stromkomposition
zusammenstellen und ist glücklich. Wer allerdings mehr als drei
RGB-LEDs so ansteuern will: die Potis mit weniger als 100 Ω
sind schwer zu kriegen.
Für alle anderen Anwendungen sind Potis eher ungeeignet. Um die
Farbmöglichkeiten der RGB-LED voll auszunutzen werden sie in
Pulsweitenmodulation angesteuert. Bei der Pulsweitenansteuerung
werden zu Beginn einer Periode alle LEDs voll eingeschaltet, die
an der Farbgebung beteiligt sein sollen. Je nach Farbanteil werden
dann die LEDs zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeschaltet. Soll
der Farbanteil der Farbe rot sehr hoch sein, bleibt die rote LED
dauernd an. Die grüne LED wird in Periode 193 von 256
abgeschaltet. Die blaue LED ist nur kurz an und wird schon in
Periode 37 von 256 abgeschaltet.
Durchläuft man dieses Schema sehr schnell, z. B. 100 mal
in der Sekunde, dann sieht man das Schalten nicht mehr. Die
mit unterschiedlicher Dauer beteiligten drei Einzelfarben mischen
sich entsprechend ihrer Einschaltdauer im Sehorgan zu der Farbe, in
diesem Fall zur Farbe namens goldenrod1, einer Abart von gold.
Wer alle Farbschattierungen sehen möchte, geht
hierhin.
Aber Obacht: das 100-Hz-Geschalte ist zwar für das menschliche
Auge nicht zu sehen, aber für Videokameras schon. Die flimmern
dann wie Hund.
Warum nun gerade 256? Nun, weil das mit einem 8-Bit-Zähler
noch zählen geht. Der Zähler wird mit 256 * 100 =
25.600 Hz getaktet und drei 8-Bit-Vergleicher stellen Ein-
und Ausschaltzeitpunkte für rot, grün und blau fest.
Mit einer einzigen LED lassen sich so 256 * 256 * 256 = 16.777.216
Farben darstellen.
Eigenbau
Wer jetzt einen Bauplan für ein CMOS-Grab erwartet, hat sich
geschnitten. Ich habe keinen Bock darauf, drei binäre
8-Bit-Stufenschalter mit zwei 4-Bit-Binärzählern und sechs
4-Bit-Vergleichern sowie drei Flipflops zu verdrahten, nur um eine
einzige LED in 16 Millionen Farben leuchten zu lassen. Der Herr macht
so was mit einem Mikrocontroller, das spart viel Draht und ganz viel
Ärger.
Wer Baupläne mit RGB-LEDs und mit AVR-Prozessoren sucht, wird
hier fündig:
Von den RGB-LEDs gibt es zwei verschiedene Bauformen: entweder sind die
drei Einzeldioden an den Kathoden oder an den Anoden zusammengeschaltet.
Auf jeden Fall hat die RGB-LED aber vier Anschlüsse nach außen.
Der längste Pin ist die gemeinsame Kathode oder Anode, der Einzelpin
links daneben die rote, rechts daneben die grüne und ganz rechts die
blaue LED.
So sehen die Strom-Spannungskurven der drei Leuchtdioden aus. Links ist
eine andere Sorte abgebildet als rechts. Die rote LED braucht die
geringste Spannung (ca. 1,9 V), die blaue und die grüne
deutlich mehr (ca. 2,7 V). Die angegebenen Steilheiten
gelten links für 10 bis 30 mA und rechts im Bereich um
20 mA (I in beiden Formeln mA).
Wer nur sein Zimmer mit einer ganz bestimmten Lieblingsfarbe beleuchten
will, kommt mit drei Potis zur Stromregelung hin: er kann den Rot-,
Grün- und Blau-Anteil seiner Lieblingsfarbe per Stromkomposition
zusammenstellen und ist glücklich. Wer allerdings mehr als drei
RGB-LEDs so ansteuern will: die Potis mit weniger als 100 Ω
sind schwer zu kriegen.
Für alle anderen Anwendungen sind Potis eher ungeeignet. Um die
Farbmöglichkeiten der RGB-LED voll auszunutzen werden sie in
Pulsweitenmodulation angesteuert. Bei der Pulsweitenansteuerung
werden zu Beginn einer Periode alle LEDs voll eingeschaltet, die
an der Farbgebung beteiligt sein sollen. Je nach Farbanteil werden
dann die LEDs zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeschaltet. Soll
der Farbanteil der Farbe rot sehr hoch sein, bleibt die rote LED
dauernd an. Die grüne LED wird in Periode 193 von 256
abgeschaltet. Die blaue LED ist nur kurz an und wird schon in
Periode 37 von 256 abgeschaltet.