Рис. 2.27. Светодиод размером 5 мм, 3 мм, светодиод для поверхностного монтажа (SMD) и символ компонента. На модели размером 5 мм катод имеет более короткий вывод, вместе со скосом и особой формы
Трехцветные RGB-светодиоды имеют три светодиода в одном корпусе: красный, зеленый и синий, таким образом, образуя четыре вывода. Путем изменения интенсивности света трех светодиодов вы можете создать практически любой цвет.
За последние несколько десятков лет в продаже появились светодиоды, способные производить лазерное излучение. Для их применения требуются специальные меры и специальные цепи питания.
Рис. 2.28. Двухцветный светодиод с тремя выводами, RGB-светодиод с четырьмя выводами и их электронные символы
Точечные матрицы – это блоки, образованные несколькими светодиодами, соединенными в сетку или матрицу. Дисплей, имеющий семь сегментов, состоит из семи светодиодов, с помощью которых можно показать любую цифру Дисплей имеет один общий вывод, который может быть анодом или катодом, в зависимости от модели, семь выводов, соответствующих сегментам, плюс один вывод для отображения точки. Есть и более сложные модели индикаторов, имеющие более семи сегментов или позволяющие отобразить большее количество символов.
Рис. 2.29. Массив светодиодов и семисегментный дисплей
Для простоты использования такие сложные индикаторы управляются с помощью специальных контролирующих интегральных схем, которые получают на входе знак для отображения, а затем включают соответствующие светодиоды, позволяя выводить многозначные числа. Для отображения более сложной информации, а также графиков используются устройства с другими технологиями, такие как жидкокристаллические (ЖК) дисплеи, образованные большими точечными матрицами. В этом случае управление каждым выводом отдельно немыслимо, поэтому они контролируются путем отправления команд по последовательному каналу или в виде последовательности цифровых сигналов. Эти элементы могут показаться очень сложными, но при помощи современных микроконтроллеров управление дисплеем становится очень простой операцией.
ШИМ-сигналы
Для изменения интенсивности света, производимого с помощью светодиода, мы могли бы использовать резистор, уменьшающий ток. Однако для включения светодиоды требуют определенного напряжения и тока, работая по принципу «ВКЛ-ВЫКЛ», они включены или выключены. С добавлением сопротивления можно варьировать ток, протекающий через них, изменяя таким образом яркость свечения. Для изменения интенсивности света мы должны прибегнуть к одной уловке, которая состоит во включении и выключении светодиода несколько раз в секунду. Это напоминает то, что происходит в кино, где движущаяся картина состоит из множества кадров в быстрой последовательности. Представьте, что у нас есть стопка с сотней фотографий нашего включенного светодиода, теперь быстро пролистаем эти фото: мы увидим фильм со светящимся светодиодом.
Теперь представим стопку с сотней фотографий выключенного светодиода и пролистаем ее: мы увидим выключенный светодиод. Что произойдет, если мы заменим один из снимков включенным светодиодом? Нам покажется слабое свечение. Заменим большее количество снимков: если бы мы имели пятьдесят снимков включенного светодиода и пятьдесят фото выключенного светодиода, тогда нам казалось бы, что светодиод горит наполовину.
Рис. 2.30. ШИМ-сигналом легко регулировать интенсивность света светодиода
Этот эффект в электронике получают с помощью сигнала, называемого ШИМ-сигнал (широтно-импульсная модуляция). Это электрический сигнал, который принимает либо значение 0 В, либо максимальное, то есть сигнал либо «включен», либо «выключен». Последовательность повторяется очень быстро в течение одной секунды, эффект не замечается человеческим глазом так же, как и в кино!
ШИМ-сигналы легко создать при помощи микроконтроллеров или с помощью интегральных схем.
Конденсаторы
Конденсаторы – это компоненты, способные накапливать электрические заряды. Они изготовлены в форме «сэндвича», сделанного из двух слоев проводящего материала, пластин, вмещающих изолирующий слой (иногда это просто воздух), называемый диэлектриком. В этом элементе нет контакта между частями и, следовательно, через него не протекает ток! Так и происходит в рабочем режиме, при постоянном токе. При использовании транзисторов либо при переменном токе конденсаторы ведут себя как специальные резисторы. На пластинах, из-за действия приложенных токов и напряжений, накапливаются заряды, положительные на одной стороне и отрицательные на противоположной. «Странное» поведение обусловлено изменением зарядов на пластинах. Способность удерживать заряд на пластинах называется емкость и выражается в фарадах (Ф), в честь английского физика Майкла Фарадея, жившего в начале XIX века. Емкость конденсаторов имеет очень широкий диапазон значений, начиная от тысяч микрофарад (мкФ) в конденсаторах, используемых в крупных источниках питания или усилителях, до пикофарад (пФ) в компонентах, используемых для радио и компьютеров. Конденсатор можно сравнить со стаканом, способным накапливать небольшое количество воды. На самом деле конденсатор больше похож на стакан с небольшим отверстием, через которое вода постепенно вытекает из стакана. Отверстие представляет собой потери заряда, которые неизбежно присутствуют в элементе.