Niveles de brillo LED RGB

Sin un esquema, según su pregunta, ¿tiene LED de cátodo común con transistores TIP120? Supongo que los tienes conectados al revés de lo normal.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El TIP120 es un transistor de par darlington NPN. Normalmente espera estar en el lado bajo de la carga. Los está utilizando para el cambio de lado alto, que no funcionará. Si su led fuera un ánodo común, podría intercambiarlos y funcionaría (CON LAS RESISTENCIAS).

Pero en este caso, tiene 1) un nivel de señal diferente del nivel de potencia del LED (3,3 V frente a 5 V), por lo que el transistor PNP directo no funcionará, y 2) el Raspberry PI GPIO no puede generar mucha corriente. 16mA a máx. Entonces necesita transistores NPN y PNP. Algunos transistores npn y pnp comunes 2n3904 y 2n3906, pero cualquier similar funcionaría

^{simular este circuito}

Solo muestro el blueled (voltaje de fuente de 5v - voltaje directo de 3.2v - caída de VCE de 0.2v / 20mA = 80Ω), hago lo mismo para el led verde y uso una resistencia de 140Ω o más para el led rojo.

El rojo, el verde y el azul de los LED RGB tienen diferentes intensidades luminosas percibidas, por varias razones. Algunos de ellos se enumeran a continuación, no en orden de importancia:

1. Sensibilidad al color de los ojos

   • El ojo humano es sensible a diferentes colores en diferentes niveles, y esta relación también varía según la intensidad de la luz: tanto la intensidad de la luz ambiental (habitación brillante versus habitación oscura) como la intensidad de emisión (LED brillante versus LED tenue).
   • En condiciones de visión fotópica, es decir, en condiciones de buena iluminación en las que los conos del ojo son los mediadores principales, normalmente somos más sensibles a la luz verde, con una longitud de onda de aproximadamente 555 nanómetros ( fuente )
     En condiciones escotópicas
     (poca luz), esto se reduce a alrededor de 507 nm color aguamarina como el más sensible.
   • Estos patrones de sensibilidad cambian con la edad, difieren según el género y varían de persona a persona. Además, los traumas, incluso los traumas puramente psicológicos, pueden cambiar el perfil de visión.

2. Emisión de energía LED

   • Este es fácil: tomemos esta hoja de datos de LED RGB como ejemplo. _{Antes de tener en cuenta las diferencias de eficiencia en la conversión de energía eléctrica en luz en diferentes químicas de empalmes de LED, la potencia expresada en un empalme de 2,0 voltios ( Vf}
     típico para rojo en el LED de ejemplo) a 20 mA es claramente diferente de la potencia en un empalme de 3,2 Unión de voltios (para azul y verde) a 20 mA .= 40 mW= 64 mW
   • Por lo tanto, la cantidad de luz emitida por cada unión en la misma corriente debe ser diferente: no proporcionalmente, ya que las eficiencias son muy diferentes, pero diferentes sin embargo.

3. Coincidencia de colores entre uniones de LED:

   • En realidad, esta es una tarea bastante compleja en sí misma, incluso si todo lo demás es ideal. Algunos enlaces útiles para darle una idea de lo complejo que es hacer coincidir R, G y B en los LED:
   • Este artículo calcula una proporción de valores actuales R:G:B estimados de 2,77:5,79:1 o alrededor de 3:6:1, para lograr un blanco uniforme, utilizando una combinación específica de LED RGB. Por supuesto, sus resultados serán muy diferentes debido al uso de un LED diferente.
   • Este artículo aborda algunos de los aros que uno tiene que atravesar para lograr una salida RGB uniforme (nuevamente, para obtener una luz blanca) y luego mantener la coincidencia a medida que los LED envejecen y pierden luminosidad a diferentes velocidades.

     Se podría seguir enumerando otros factores...

4. Específico a la pregunta: corriente a través de cada LED

   • El V _{CE (sat)} del TIP120 a 20 mA es de aproximadamente 0,75 voltios ( Figura 2 en la hoja de datos ). Por lo tanto, el voltaje disponible para los LED y cualquier resistencia limitadora de corriente debe ser 5.0 - 0.75 = 4.25 Volts
   • Suponiendo que el riel de suministro es de 5 voltios sólidos con capacidad de corriente ilimitada y no cae bajo carga, todos los LED deberían haberse apagado cuando se operaron sin resistencias limitadoras de corriente, en estas condiciones. Eso no sucedió, lo que significa que está en juego otra limitación de corriente.
   • El riel de 5 voltios del RPi no puede soportar el requisito de corriente de, digamos, 60 mA para el funcionamiento nominal de las 3 uniones de LED (poco probable, pero posible), o hay alguna otra resistencia en juego: ¿cables largos y delgados? ¿Cable USB largo que alimenta el RPi? ¿RPi ya se está acercando a la corriente máxima disponible? ¿Una corriente de base demasiado baja en el TIP120? Solo usted puede decirlo, mediante un polímetro juicioso con un multímetro.
   • De cualquier manera, si el suministro, en los ánodos LED, no puede mantener la corriente necesaria para los 3 LED y, por lo tanto, el voltaje cae, esta caída caerá por debajo de los 3,2 voltios antes de que caiga por debajo de los 2,0 voltios. En algo alrededor de 3,0 voltios, todavía trabajando en la hoja de datos de LED de ejemplo, los LED verde y azul verán una conducción reducida, disminuyendo hasta no conducir, por lo que la corriente demandada se reducirá. En algún lugar de esa vecindad, el riel de suministro alcanzará un equilibrio con verde y azul apenas iluminados y, sin embargo, habrá mucho margen de voltaje para que se encienda el LED rojo.

   • Esto coincide con nuestro comportamiento observado.

   • O eso, o el voltaje de suministro del RPi no es de 5 voltios como se supone, sino de 3,3 voltios, lo que nuevamente dará exactamente el comportamiento observado: un multímetro podría confirmar esto.

Ahora, sobre el cálculo de resistencia para los LED:

Tomando los voltajes típicos de la hoja de datos, para una corriente de 20 mA cada uno, y un voltaje de suministro de 4,25 voltios calculado anteriormente:

• R _rojo = 112,5 ohmios, ~ 120 ohmios
• R _verde = 52,5 ohmios, ~ 56 ohmios
• R _azul = 52,5 ohmios, ~ 56 ohmios

Esos 3 valores deberían dar aproximadamente 20 mA de corriente a través de cada unión de color, si el suministro es realmente de 5 voltios.