Tutoriel : LEDs et Arduino

De Wikidebrouillard.

Sommaire

À propos de ce tutoriel

Ce tutoriel traite de ces magnifiques petites choses lumineuses que sont les LED. Nous en avons déjà parlé dans la leçon n°3 quand nous nous sommes amusés à faire clignoter des LED, mais aussi à jouer avec des LED multicolores pour former une orbite lumineuse à variation de couleur dynamique. Si vous n'avez pas encore abordé cette leçon, nous vous invitons à la suivre jusqu'au bout, d'accord ? Ainsi, nous pourrons commencer par quelques expériences.

Ce tutoriel sera utile pour approfondir vos connaissances sur les LED. Nous apprendrons à calculer le courant qui passe à travers une LED et dans le même temps, à comprendre deux lois essentielles de l'électronique : la loi des tensions de Kirchhoff et la loi d'Ohm. Nous commencerons par effectuer quelques expériences qui serviront à démontrer comment la tension et la résistance agissent sur le courant, puis nous prouverons ces résultats en suivant un raisonnement mathématique simple.

Aucun codage n'est employé pour les besoins de l'exercice et bien que les images soient en Arduino, vous n'en avez pas besoin pour suivre la leçon. Nous vous suggérons un autre type d'alimentation électrique pour tester ces expériences, mais vous pouvez même utiliser les piles contenues dans un chargeur de batteries.

Les LED !

Qui n'aime pas les LED ? Elles brillent et clignotent, elles sont élégantes et douces. Elles sont festives ! Elles sont colorées ! Très amusantes, on en trouve partout autour de nous. Nous adorons rédiger des tutoriels sur les LED car une grande part du bidouillage informatique intervient au niveau des puces, qui permettent d'agir rapidement et restent indétectables (sauf recours à un équipement coûteux). Les LED, en revanche, sont facilement identifiables par tous. De cette manière, nous pouvons contrôler visuellement ce qui se passe à l'intérieur de notre microcontrôleur.

C'est parti pour une leçon d'anatomie... Les composants d'une LED !

Les composants d'une LED

Fichier:rB5UDI.jpg

Les LED sont très courantes dans la vie de tous les jours et se déclinent en dizaines de tailles et de formes différentes. Les diodes que vous êtes les plus susceptibles d'utiliser sont celles à deux pattes. Nombre d'entre elles sont petites et dures à souder mais leurs longues pattes facilitent leur montage sur platines d'expérimentation. L'ampoule transparente ou semi-transparente sert de protection à l'émetteur lumineux (où s'opère la magie). En anglais, les deux premières lettres de LED signifient d'ailleurs Light Emitting (émission lumineuse).

Ce qu'il y a de bien avec les LED, c'est leur simplicité. À l'inverse de certaines puces équipées de douzaines de broches aux noms et aux usages variés, elles sont simplement dotées de deux contacts. L'un d'eux est l'anode (positif) et l'autre est la cathode (négatif). Ces deux contacts portent des noms différents car les LED ont un sens, qui nécessitent d'identifier chaque patte. L'un sert à la tension positive, l'autre à la tension négative. Les composants électroniques qui ne fonctionnent dans une seule « direction », comme ceux-ci, sont appelés diodes, comme l'indique la dernière lettre du mot LED (en anglais).

Fichier:anode_catode.png

  • Le contact le plus long va sur la borne positive.
  • Le courant circule dans une seule direction, de l'anode (positif) à la cathode (négatif).
  • Les LED branchées « à l'envers » ne fonctionneront pas, mais ne seront pas détériorées pour autant.

Tout cela est un peu déroutant et nous force souvent à bien repérer le sens. Pour faire simple, il n'y a qu'une chose dont il faut vous rappeler : la diode ne s'allumera pas si vous la branchez dans le mauvais sens.

Si une LED ne s'allume pas, essayez d'abord de l'inverser.

Il est très rare d'endommager une diode en l'insérant dans le mauvais sens. N'ayez pas peur de tester.

Si cela peut aider, référez-vous à ces photos et à ces diagrammes, ou imprimez-les pour vous y référer.

Éventail des tailles et couleurs

LED de 5 mm ! verte, rouge, bleue (à lentille transparente) et infrarouge (à lentille bleutée)

L'une des meilleurs avantages des diodes modernes est leur panel de couleurs. Autrefois, on trouvait seulement des LED rouges ou parfois jaunes et orange. Dans les années 70 et 80, toutes les LED utilisées en électronique étaient rouges. La couleur émise par une LED dépend du matériau dans lequel elle est fabriqué. Ainsi le rouge, par exemple, est constitué d'arséniure de gallium. Aujourd'hui, les progrès de la science ont permis l'obtention d'autres couleurs telles que le vert et le bleu, ou encore le violet et le blanc. (La page Wikipédia comprend un grand tableau des matériaux utilisés pour les différentes LED).

Lorsque nous avons commencé à faire de l'électronique vers la fin des années 90, nous avons acheté quelques LED bleues de 5 mm à 3 $ l'unité. Aujourd'hui, on peut en acheter une douzaine pour le même prix. La vie est belle !

Les LED se déclinent aussi dans toutes les tailles. Voici une photo montrant des diodes de 3 mm, 5 mm et 10 mm. La taille exprimée en « millimètres » correspond au diamètre de la LED. Par exemple, si vous avez besoin de percer un trou dans un boîtier pour votre diode clignotante de 5 mm, le diamètre du trou sera de 5 mm, et vous aurez besoin d'un foret de 5 mm pour le percer. Les diodes de 5 mm sont les plus répandues, vous verrez, et elles peuvent être extrêmement brillantes !

LED verte de 3 mm, rouge de 5 mm et blanche de 10 mm

  • Les LED de 5 mm peuvent atteindre une luminosité telle qu'elles sont souvent utilisées comme éclairage (pour illuminer quelque chose, à la manière d'une lampe torche, mais nous y reviendrons bientôt).
  • Les LED de 3 mm ne sont pas aussi lumineuses mais sont plus petites et utiles comme indicateurs(comme un voyant lumineux indiquant le fonctionnement d'un objet). Elles ne sont pas aussi efficaces pour l'éclairage car leur surface éclairante est réduite.
  • Les LED de 10 mm sont un peu plus rares. Énormes et volumineuses, il s'agit généralement de LED de 5 mm dans un boîtier plus large, et ne sont donc pas plus lumineuses. Elles peuvent être de bons indicateurs mais sont rarement utilisées comme éclairage.

À quoi servent les LED ?

Les LED sont principalement utilisées dans deux cas : comme éclairage et comme indicateurs. Ces usages sont distincts et font appel à deux types de LED différents. Si vous achetez la mauvaise LED, vous serez bien embêté.

Les phares doivent être lumineux !

L'éclairage est par exemple utilisé dans une lampe torche ou des phares. Les phares doivent être aussi lumineux que possible.

Les feux de stop doivent être suffisamment lumineux pour être visibles mais n'ont pas besoin d'éclairer la route !

Les indicateurs servent à pointer quelque chose, à la manière d'un clignotant ou des feux de stop d'une voiture. Le clignotant de votre voiture ne doit en aucun cas éblouir les gens ! Si vous achetez la mauvaise LED, vous risquez de vous retrouver avec une lampe torche bricolée de faible intensité, ou un pupitre de commande aveuglant !

Les LED à diffusion sont excellentes comme indicateurs. Leur lumière est douce, uniforme et visible à tous les angles.

Les LED transparentes sont excellentes pour l'éclairage, leur lumière est directe et puissante, mais diffusée uniquement vers l'avant, ce qui gêne leur visibilité à certains angles.

Passons à la pratique.

J'ai connecté deux LED à cette platine d'expérimentation, une rouge à diffusion et une bleu vif transparente. Toutes deux sont branchées sur la même résistance (ce qui signifie qu'elles consomment en gros la même énergie). Faites de même, en connectant une LED de chaque type. Placez une résistance de 1,0 K environ entre la cathode (petite patte) et la borne neutre, puis connectez l'anode (longue patte) au pôle +5 V.

Une fois le dispositif allumé, la LED à diffusion brille faiblement, en revanche la LED bleue brille vivement.

Si vous regardez de côté, vous verrez que la LED à diffusion reste quasi-identique. Par contre, vue de côté, la LED bleue n'est plus tout à fait aussi vive. Une observation plus attentive permet de voir un fin 'cône' de lumière intense sortir de la coupe qui maintient la pièce en silicone hors de la lentille.

Pour connaître l'intensité de votre LED avant de l'acheter, vous pouvez vérifier sa puissance nominale en millicandela, parfois abrégés en mcd. Il est difficile de rendre compte de l'intensité d'un objet par des mots ou même des photos (elle sera toujours différente en réalité). Nous allons plutôt vous donner quelques chiffres approximatifs qui donnent une indication de l'intensité des LED.


Millicandela
Luminosité
10
Voyant-indicateur de faible intensité, comme un petit voyant diffus sur un jouet électronique bas de gamme. Probablement pas visible à la lumière du jour. Peut être regardée directement sans éblouissement
200
Voyant-indicateur de relativement faible intensité, correspondant en gros à celle de la LED rouge diffuse dans l'exemple ci-dessus. Pas visible à la lumière du jour. Peut être regardée directement sans éblouissement
500
« relativement lumineuse ». Correspond plus ou moins à la luminosité de la LED rouge diffuse alimentée à pleine intensité (on le fera plus tard), Vous pouvez la regarder directement si vous vous trouvez à plusieurs centimètres, sinon vous serez ébloui et verrez des taches sombres.
1000
« Assez vive », à peu près la même intensité que la LED transparente dans l'exemple précédent, correspondant plus ou moins à celle d'une petite lampe de poche porte-clé bon marché. Vous pouvez la regarder directement si vous vous trouvez à plusieurs centimètres, sinon vous serez ébloui et verrez des taches sombres.
5 000
«Lumineux !» - Elles ont une intensité comparable à celle des LED de 5 mm. Correspond à la LED transparente utilisée à pleine intensité (nous y viendrons plus tard). C'est aussi l'intensité d'une lampe-torche à LED de 5 mm, haut de gamme. La regarder directement est désagréable.
20 000
« Extrêmement lumineux !» - les LED de 5 mm ne peuvent atteindre une telle intensité, contrairement aux LED d'1 Watt, qui offrent une intensité de 20 candela. Elles sont, entre autres, appropriées aux phares de vélos et aux grosses lampes-torches lumineuses. Ne les regardez pas directement : vous pourriez dégrader votre vue.

Sur l'emballage d'une LED ultra-lumineuse, on peut donc lire « 5 000 Millicandela ! », qui correspond à son intensité maximale. En règle générale, plus son intensité est forte, plus une LED est chère.

Variation de l'intensité en fonction de la résistance À présent que nous en savons plus sur les LED transparentes et diffuses et sur l'intensité, il est temps de vous dire que si vous avez acheté un kit Arduino Starter ou ARDX, les LED diffuses verte et rouge ont une intensité équivalente à 500 mcd et que celle des LED transparentes brillantes est de 5 000 mcd. Il s'agit d'une approximation car toutes les LED ne proviennent pas de la même usine.

Revenons à notre installation de départ : une LED et une résistance alimentées par une tension de 5 V et reliées à la terre. Cette fois, nous allons reproduire ce processus pour obtenir trois LED, mais chaque résistance sera différente. La LED n°1 sera reliée à une résistance de 100 ohms (Marron Noire Marron), la LED n°2 reliée à une résistance d'1,0 K (Marron Noire Rouge) et la LED n°3 reliée à une de 10 K (Marron Noire Orange).

Fichier:montage1.gif

Branchez l'Arduino et observez les différences d'intensité des LED.

C'est l'heure d'un quizz rapide !

  • Quelle est la LED la plus intense (avec quelle résistance) ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Celle couplée à la résistance de 100 ohms


  • Quelle est la LED la plus faible en intensité (avec quelle résistance) ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Celle couplée à la résistance de 10 ohms

  • Si on couplait une LED à une résistance de 5 K, quelle LED surpasserait-elle en intensité ? Quelle LED aurait une intensité supérieure ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Couplée avec une résistance de 5K, elle serait plus lumineuse que le couple résistance-LED de 10 K mais moins que le couple résistance-LED d'1 K.

Cette expérience démontre bien que la résistance couplée à la LED influe sur son intensité. Plus la résistance est grosse, plus faibleest l'intensité de la LED. Une petite résistance (plus faible) donne une LED plus lumineuse.

Variation de la luminosité en fonction de la tension

Maintenant que nous en savons un peu plus sur la variation de luminosité d'une LED en fonction de la résistance, nous allons tenter l'expérience n°2. Cette fois-ci, nous n'utiliserons que des résistances d'1 K mais utiliserons différentes tension pour l'alimentation des anodes. Une anode de la LED sera branchée sur la tension 3,3 volt, une autre sur la tension 5,0 volt , et la dernière sur Vin (qui, si vous possédez l'un de nos kits pour débutants, se branche sur un petit adaptateur mural de 9 V, donc 9,0 volt.

Fichier:montage2.gif

Branchez l'Arduino et observez l'intensité de chaque LED.

C'est l'heure du quizz rapide !

  • Quelle est la LED la plus intense (avec quelle tension) ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Celle connectée sur Vin (9 volt)

  • Quelle est la LED à la plus faible intensité (avec quelle tension) ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Celle connectée sur 3,3 V

  • Si on couplait une LED à une résistance de 1,0 K, avec une tension de 4,2 V, quelle LED surpasserait-elle en intensité ? Quelle LED aurait une intensité supérieure ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Connectée à un courant de 4 V, elle serait plus lumineuse que celle de 3,3 V mais plus faible que celle de 5 V

Cette expérience démontre bien que la tension utilisée pour alimenter la LED influe sur l'intensité. Plus la tension est forte, plus l'intensité de la LED augmente. Une tension plus faible diminue l'intensité de la LED.

Et l'intensité maximale !?

Procédons à une expérience rapide. Imaginons une résistance magique dotée d'un bouton permettant d'ajuster la résistance entre zéro (comme s'il s'agissait d'un simple câble) jusqu'à une résistance infinie (un matériau non conducteur comme du caoutchouc).

==Quizz !==
  • Couplons notre LED et notre résistance : que se passe-t-il quand on passe de l'infini à une valeur nulle ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Quand la résistance diminue, de l'infini vers zéro, la LED brille de plus en plus intensément. De la même manière, admettons que, grâce à un appareil quelconque, nous puissions moduler la tension de sortie entre 0 volt et l'infini.

  • connectons notre LED à une résistance d'1 K, que se passe-t-il quand on passe d'une tension de 0 V à une valeur infinie ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

À mesure que la tension monte, la LED devient plus lumineuse.

Alors, il semblerait que pour obtenir une LED extrêmement lumineuse, il faille simplement utiliser une résistance de 0 ohm et l'alimenter avec une tension la plus forte possible, n'est-ce pas ? Et qui ne souhaiterait pas avoir une DEL aussi lumineuse que possible ?

Concevons un circuit LED couplée avec une résistance de 0 ohm (un fil électrique) connecté sur Vin. Veillez donc à brancher l'Arduino sur une prise murale à l'aide d'un bloc d'alimentation/d'un adaptateur. Pour des raisons complexes abordées dans un autre tuturiel, l'utilisation de broches d'alimentation de 3,3 V et 5 V n'est pas adaptée ici, il nous faut utiliser Vin.

Attention ! Danger ! L'expérience qui suit va probablement détruire votre LED, alors n'utilisez pas les belles LED transparentes. Si vous trouvez une LED inutilisée dans un coin, c'est le moment de vous en servir. Si vous n'êtes pas prêt à sacrifier une LED, contentez-vous de regarder la vidéo !

Insérez la LED dans l'Arduino de telle sorte que la longue broche soit raccordée à Vin et la plus petite à la terre

* Que s'est-il produit ?

Sélectionnez le texte pour voir la réponse

La LED a clignoté pendant une fraction de seconde avant de s'éteindre.

La LED est irrémédiablement détruite. Y a-t-il une leçon a en tirer ? Oui : la tension et la résistance sont limitées et si ces limites sont dépassées, la LED est morte !

Lecture de la fiche technique

À présent que nous savons qu'une LED possède des limites, nous devons nous assurer de ne jamais les dépasser. Prendre de soin de ses LED, c'est leur assurer une longue durée de vie et garantir leur intensité !

Examinons la notice d'une LED de 5 mm, les notices sont aussi appelées fiches techniques. Les fiches techniques sont très pratiques car elles offrent des renseignements précis sur un composant électronique. Vous pouvez télécharger la fiche technique que nous allons aborder ici.

Vous allez tout d'abord remarquer les informations sur le contenu de l'emballage. Ici, le contenu, c'est la LED.

Fichier:schéma1.gif

Comme vous pouvez le voir, le diamètre principal de la LED est de 5 mm (c'est une LED de 5 mm), porté à environ 6 mm en raison du rebord, qui peut s'avérer pratique si vous souhaitez coller la LED dans un trou percé pour éviter qu'elle ne tombe. La fiche technique indique également la broche correspondant à la cathode ainsi que les autres longueurs et tailles. Remarquez que les chiffres sont en indiqués en mm, suivis de leur conversion en pouces entre parenthèses. OK, passons à la suite. Ensuite vous trouvez ce petit tableau, qui indique l'intensité de la LED en mcd. Puisqu'il s'agit de LED destinées à une utilisation générale, l'intensité est susceptible de varier un peu. Ces LED offrent une intensité d'environ 250 mcd, mais certains fabricants en proposent de 180 mcd. Cet écart reste assez classique.

Fichier:tableau1.gif

Plus bas sur la même page, vous trouvez le tableau des caractéristiques électriques.

Fichier:tableau2.gif

Les deux premières lignes concernent la longueur d'onde, qui est une manière de définir la couleur. 'Rouge ultra lumineux' est une description tout à fait subjective. La longueur d'onde indique la couleur exacte mise.

La troisième ligne indique l'écart entre la couleur et la longueur d'onde.

La quatrième ligne n'étant pas importante, nous n'allons pas en parler.

Le point qui nous intéresse est celui indiqué à la cinquième ligne...

La tension directe et la LTK

Pour utiliser correctement chacune des LED, il nous faut connaître la tension directe. Qu'est-ce que la tension directe ? Une image valant mieux que des mots :

Fichier:fwd_voltage.gif

Notre circuit en trois parties comprend la pile (qui génère la tension), la résistance et la LED (qui sont alimentées par cette tension). Je vais à présent vous révèler une loi absolument essentielle en électronique :

dans toute boucle d'un circuit, les tensions doivent s'équilibrer : tension générée = tension utilisée

Cette loi de la « boucle de tension » a été découverte par un certain Kirchhoff, dont elle porte aussi le nom Loi des Tensions de Kirchhoff (LTK). Nous pouvons nous en rendre compte en regardant la boucle ci-dessus, constituée pour moitié de la pile +9 V. L'autre moitié doit utiliser la tension de +9 V (la transformant en -9 V pour équilibrer les deux moitiés de la boucle).

Quel est le lien avec la tension directe d'une LED ? Eh bien, la tension directe correspond à la tension négative d'une LED allumée. Elle fonctionne en quelque sorte comme une pile négative ! Modifions légèrement notre diagramme. Fichier:fwd_voltage2.gif

Lorsque la LED est allumée, la tension qu'elle utilise est comprise entre 1,85 V et 2,5 V environ. Nous allons dire 2,2 V en moyenne. Si on soustrait cette tension aux 9 V, il reste donc environ 6,8 V. Voilà la tension à « absorber » par la résistance.

Quizz rapide !

  • Imaginons un circuit identique à celui ci-dessus, mais cette fois avec une pile de 5 V et une LED avec une tension directe de 2,5 V. Quelle sera la tension « absorbée » par la résistance ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Tension générée = tension utilisée, donc 5 V = 2,5 V + tension de la résistance. La tension qui traverse la résistance est de 2,5 V

  • Imaginons un circuit identique à celui celui présenté ci-dessus, mais cette fois avec une pile de 5 V et une LED avec une tension directe de 3,4 V. Quelle sera la tension « absorbée » par la résistance ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Tension générée = tension utilisée, donc 5 V = 3,4 V + tension de la résistance. La tension qui traverse la résistance est de 1,6 V

La loi d'Ohm

Dans la loi que nous venons d'aborder (LTK), il faut noter qu'à aucun moment nous n'utilisons la résistance à proprement parler. Elle n'entre jamais dans l'équation. Pourtant, de notre précédente expérience nous savons de source sûre qu'un changement de résistance affecte l'intensité de la LED. Il doit sûrement se passer autre chose, tentons d'y voir un peu plus clair...

Nous allons maintenant aborder une autre loi essentielle : la loi d'Ohm, qui décrit le fonctionnement d'une résistance

Tension d'une résistance (en volt) = intensité du courant qui la traverse (en ampères)*La Résistance (en ohms)

Il existe une formule plus courante que vous verrez très souvent

  • U = R * I

Ou deux autres méthodes de formulation pour calculer l'intensité ou la résistance :

  • I = U / R
  • R = U / I

U correspond à la tension, R à la résistance et I à l'intensité. Yeah, that I is a little annoying isn't it, since theres not even a single I in the word current? Unfortunately, there are 100 years working against us here, so just bear with us on that one

Quizz rapide !

  • Prenons une résistance (R) de 3 ohms traversée par un courant d'une intensité de 0,5 ampères (I). Quelle est la tension (U) qui traverse la résistance ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous utiliserons la formule U = R * I de la loi d'Ohm. U = 0,5 A * 3 ohms = 1,5 Volt

  • À présent, j'ai une résistance (R) de 1 000 ohms traversée par une tension de 6,8 V (V), quelle est l'intensité du courant (I) qui traverse la résistance ?

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Nous utiliserons la formule I = U / R de la Loi d'Ohm. Intensité = 6,8 V /1000 = 6,8 milliAmps

La loi d'Ohm est essentielle et mérite d'être approfondie un peu . Nous vous proposerons un certain nombre de nouvelles résistances, d'intensités et de tensions, et allons les utiliser pour résoudre l'inconnue. Si vous travaillez en binôme avec un ami, questionnez-vous l'un l'autre et vérifiez vos réponses ! Il existe également des 'calculatrices' en ligne contre lesquelles vous pouvez vous mesurer.

Calculer l'intensité

Nous allons maintenant combiner la LTK et la loi d'Ohm avec notre diagramme. Notre LED est couplée à une résistance de 1 000 ohms (veuillez vous en assurer en vérifiant les couleurs des bagues !), et la tension qui traverse cette résistance doit être de 6,8 V (la LTK), l'intensité traversant la résistance doit donc être 6,8 V / 1000 ohms = 6,8 mA (Loi d'Ohm)

Fichier:voltage.gif

Notre diagramme s'en retrouve un peu chargé, mais nous avons presque terminé. L'intensité de la résistance est de 6,8 mA et celle-ci passe également par la LED, donc l'intensité de la LED est de 6,8 mA. Vous êtes en train de vous dire : «Ca me fait une belle jambe !» «Qu'est-ce que cela peut bien me faire de connaître l'intensité d'une LED?» Si elle est importante, c'est parce que :

L'intensité (I) traversant la LED est directement proportionelle à sa luminosité

Haha ! Enfin, la dernière pièce du puzzle. Si nous augmentons l'intensité, la LED sera plus lumineuse. Idem, si vous la diminuez, la LED sera moins lumineuse. Choisir la bonne résistance, c'est avoir le contrôle absolu sur l'apparence de la LED.

Lorsque vous utilisez une LED, veillez à toujours prévoir une résistance ! La résistance limite l'intensité et empêchera donc la LED de griller !

La plupart du temps, vous souhaiterez que votre LED soit vraiment lumineuse alors vous devrez calculer la résistance la plus faible pour ne pas l'endommager. Mais notez que plus la LED utilise de courant, plus vite la batterie s'épuisera. Il y a donc de bonnes raisons pour souhaiter contrôler la luminosité si vous possédez une pile faible mais que vous souhaitez en même temps économiser la lumière. Puisque nous avons vu que trop de courant détruisait la LED, quelle serait la meilleure intensité de courant à utiliser ? Pour quelques LED très puissantes, le courant peut atteindre une intensité de 1 à 2 ampères, mais pour la quasi-totalité des LED de 3 mm, 5 mm ou 10 mm, l'intensité du courant ne dépassera pas 20 mA. La fiche technique mentionnée plus tôt vous le montre bien. Vous voyez la colonne la plus à droite ? IF correspond au courant (I) direct et les tests utilisent un courant de 20 mA.

Fichier:tableau2.gif

99% des LED que vous rencontrerez sont alimentées par un courant optimal de 20 milliAmpères (0,02 A) mais n'hésitez pas à la pousser jusqu'à 30 mA pour plus d'intensité

Revenons aux résistances

Remontons le temps et remémorons-nous ces jeunes années où nous connections différentes résistances aux LED bon gré mal gré. Peut-être vous rappelez vous de cette platine d'expérimentation sur laquelle nous avions utilisé trois LED et une résistance de 100 ohms, une de 1 000 ohms et une de 10 000 ohms pour ajuster la luminosité. Fichier:montage1.gif

Il est essentiel d'utiliser les lois que vous venez d'apprendre dans la mise en pratique, et c'est pour cela que nous allons répondre à un nouveau quizz. Veuillez résoudre les problèmes à l'aide des diagrammes ci-dessus. Il existe effectivement des calculateurs en ligne qui sauraient vous aider, seulement le but de l'apprentissage de l'électronique est d'être capable d'effectuer les calculs même sur une île déserte.

Quizz rapide !

  • Sur la platine d'expérimentation ci-dessus, le générateur de tension est de +5 V, la tension directe des LED, de 2,2 V. Quelle est la tension traversant la résistance de 10 000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

C'est une question relevant de la LTK. 5 V = 2,2 V + Tension de la résistance donc Tension de la résistance = 2,8 V

  • Maintenant que vous connaissez la tension, quelle intensité (I) traverse la résistance (R) de 1000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension (V) à 2,8 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 2,8/10000 = 0,00028 Amps = 0,28 milliAmps

  • Sur cette même platine, le générateur de tension produit +5 V, la tension directe 2,2 V, quelle est la tension traversant la résistance de 1 000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Vous ne vous êtes pas fait avoir, quand même ? La tension est exactement la même et la résistance n'a aucune incidence sur la LTK, elle est toujours de 2,8 V

  • Maintenant que vous connaissez la tension, quelle intensité (I) traverse la résistance (R) de 1 000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension (V) à 2 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 2,8/1000 = 0,0028 Amps = 2,8 milliAmps

  • Quelle intensité (I) parcourt la résistance (R) de 100 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension (U) à 2,8 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 2,8/100 = 0,028 Amps = 28 milliAmps

À présent vous voyez que la variation de la résistance affecte l'intensité et qu'une plus petite résistance engendre une LED plus lumineuse.

Revenons aux Volts

Nous allons maintenant revenir sur l'une de nos précédentes expériences, avec cette fois la platine de LED à triple tension. Cette platine d'expérimentation était alimentée par 3 différentes tensions (3,3 V5,0 V et 9,0 V) et utilisait la même résistance. Vous vous en souvenez sûrement, plus la tension est élevée, plus la LED brille intensément, même à résistances identiques. Fichier:montage2.gif

Je suis sûr que vous savez ce qui va tomber !

Quizz rapide !

  • Commençons par les LED de 9 V. La tension directe de la LED est 2,2 V, quelle est la tension qui traverse la résistance ?

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C'est une question relevant de la LTK. 9 V = 2,2 V + Tension de la résistance donc Tension de la résistance = 6,8 V

  • Maintenant que vous connaissez la tension, quelle intensité (I) qui traverse la résistance (R) de 1 000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension (U) à 6,8 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 2,8/1000 = 0,0068 Amps = 6,8 milliAmps

  • Ensuite, nous allons examiner la LED de 5 V. La tension directe de la LED est 2,2 V, quelle est la tension traversant la résistance ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Une autre question relevant de la LTK ! 5 V = 2,2 V + Tension de la résistance. Tension de la résistance = 2,8 V

  • Maintenant que vous connaissez la tension, quelle intensité (I) traverse la résistance (R) de 1 000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension (V) à 2,8 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 2,8/1000 = 0,0028 Amps = 2,8 milliAmps

  • Pour finir, nous allons examiner La LED de 3,3 V. La tension directe de la LED est 2,2 V, quelle est la tension traversant la résistance ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Une autre question relevant de la LTK ! 3,3 V = 2,2 V + Tension de la résistance. Tension de la résistance = 1,1 V

  • Maintenant que vous connaissez la tension, quelle intensité (I) traverse la résistance (R) de 1000 ohms ?

Sélectionnez le texte ci-dessous pour voir la réponse

Nous fixons la tension(V) à 1,1 V, nous utiliserons donc la loi d'Ohm I = U/R = 1,1/1000 = 0,0011 Amps = 1,1  milliAmps

Comme vous l'avez remarqué dans les calculs, une augmentation de la tension qui alimente en même temps la résistance et la LED augmente la tension traversant la résistance, ce qui engendre une intensité supérieure.

Quel paramètre ajuster ?

Puisqu'il existe deux façons d'ajuster l'intensité d'une LED, que choisir entre la résistance et la tension ? Autrement dit, devez-vous augmenter la tension (en ajoutant des piles) ou affaiblir la résistance, pour obtenir une LED plus intense ? La réponse réside dans l'utilisation du courant :

Fichier:voltage2.gif

La pile (ou l'alimentation) génère de l'énergie, et la LED et la résistance utilisent toutes deux du courant, seulement, d'une manière différente. La LED utilise l'énergie pour produire de la lumière (plus d'énergie, plus de lumière). La résistance, elle, ne produit pas de lumière mais de la chaleur (plus de courant, plus de chaleur). Et comme vous le savez depuis le dernier quiz, toute tension non utilisée par la LED l'est par la résistance. Ces tension et courant de la résistance sont perdus à jamais tout comme la chaleur, et s'avèrent inutiles dans notre circuit. Puisqu'il est inutile de brûler la pile pour la transformer en chaleur, nous devrions réduire autant que possible l'énergie consommée par la résistance et la meilleure manière d'y parvenir est de maintenir la tension basse. Résultat ? Si vous souhaitez rendre une LED plus intense, il est inutile d'ajouter des batteries : vous feriez mieux d'utiliser une plus petite résistance ! Si vous fabriquez une alimentation en imbriquant des piles AA, prévoyez une 'marge' de 0,5 à 1 volt au-dessus de la tension directe la plus forte, pour pouvoir utiliser une petite résistance, entre 100 et 200 ohms. Il n'est pas conseillé de descendre en dessous de ce seuil car la tension directe peut varier, les résistances et les piles également, et toutes ces petits écarts d'environ 0,2 volt s'ajoutent en empêchant l'obtention de l'intensité escomptée.

Ajuster la luminosité

Nous allons terminer par faire connaissance avec une autre partie qui figure dans votre kit. Il s'agit du potentiomètre. Rappelez-vous, il y a de cela plusieurs heures déjà, lorsque nous avions évoqué la possibilité d'une résistance magique que nous pourrions ajuster entre 0 ohm et l'infini, et l'avons utilisée pour démontrer à quel point les résistances faisaient varier l'intensité des LED ? Eh bien, ce n'était pas si imaginaire que cela après tout, c'est même très commun. Les potentiomètres agissent comme des résistances ajustables à l'aide d'un bouton. Nous évoquerons les potentiomètres en détail dans un prochain tutoriel alors considérez ceci comme une petite introduction !

Fichier:potar1.jpg

Les potentiomètres, à l'instar des résistances, possèdent une valeur en ohms. Par exemple, ce potentiomètre est de 2 Kohms (comme indiqué au-dessus). Les potentiomètres sont munis de trois contacts, deux à l'extérieur et un au centre. Le contact central, contact du curseur, est parfois appelé « wiper » en anglais.

Fichier:potar2.jpg

On comprend pourquoi lorsque l'on ouvre le potentiomètre : il ressemble littéralement à un balai d'essuie-glace ! La bague marron et noire qui encercle les 3/4 de la pièce est le matériau de résistance, la résistance d'un bout à l'autre est, disons, de 2 Kohms dans le cas présent. Tandis que le contact du curseur (à trois doigts) passe d'un bout à l'autre, la résistance entre ce contact et celui de gauche ou de droite change. Plus le contact du curseur est proche du contact latéral, plus la résistance diminue. Lorsque le potentiomètre est tourné vers l'extrême gauche, la résistance entre le contact de gauche et le contact du curseur est de 0 ohm, tandis que la résistance entre le contact du curseur et le contact de droite est de 2 Kohms (soit la valeur maximale de ce potentiomètre). Lorsque le potentiomètre est tourné vers l'extrême droite, l'inverse se produit.

La résistance entre les deux contacts extérieurs est toujours identique. La résistance entre le contact du curseur et ceux de gauche et de droite change !

Quizz rapide !

  • Prenons le potentiomètre de 2 Kohms ci-dessus, si le bouton est centré, quelle est la résistance entre le contact de droite et celui de gauche ?

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Au centre, elle équivaut à la moitié du maximum, donc 1 Kohm.

  • Quelle est la résistance entre le contact du curseur et celui de droite ?

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D'1 Kohm également

Le symbole schématique du potentiomètre ressemble à une sorte de résistance munie d'une flèche centrale qui symbolise le contact du curseur. La petite flèche à gauche indique dans quel sens tourne le contact du curseur quand le potentiomètre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (ce n'est pas vraiment essentiel, si vous le placez dans le mauvais sens sur la platine d'expérimentation, il vous suffit de retourner le potentiomètre).

Fichier:pot_schema1.png

Évidemment, nous venons d'apprendre tout un tas de choses sur l'apprentissage des résistances dans le but d'ajuster l'intensité traversant une LED alors que nous pouvons utiliser le bouton du potentiomètre pour contrôler physiquement la LED.

Fichier:pot_schema2.gif

Utilisez un potentiomètre 10 K pour cet exercice, trouvez-en un sur lequel il est inscrit 103 ( les deux premiers chiffres pour 10 plus 3 zéros derrière = 10 000)

Fichier:montage5.gif

Notez bien que nous nous connectons qu'au contact du curseur et à une seule des deux extrémités. Une résistance de 100 ohms se trouve également placée entre le potentiomètre et la LED. Veuillez tenter de réaliser ce circuit et vérifiez les variations d'intensité de la LED lorsque le potentiomètre est tourné. Les 100 ohms s'ajoutent à la résistance du potentiomètre !

Quizz rapide !

  • Si le branchement de la résistance de 100 ohms comme sur le schéma signifie que les résistances sont cumulées, quelle est la résistance totale lorsque le potentiomètre de 10 K est réduit à fond ?

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Lorsqu'elle est réduite à fond, la résistance du potentiomètre entre le contact du curseur et le contact de gauche est de zéro ohm. 0 + 100 = 100 ohms

  • Quelle est la résistance totale lorsque le potentiomètre de 10 K est augmenté à fond ?

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Lorsque le potentiomètre est augmenté à fond, sa résistance est de 10 Kohms = 10 000 ohms. En y ajoutant 100 ohms, cela nous donne un total de 10 100 ohms

  • Et s'il est positionné au centre ?

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La moitié de 10 K est 5 K, donc 5 000 ohms + 100 ohms = 5 100 ohms

Mais d'abord, d'où viennent ces 100 ohms ? Ne pouvons-nous pas simplement nous contenter d'ajuster le potentiomètre pour obtenir la résistance souhaitée ?

Si, c'est possible mais pensez plutôt à ce qui se passerait sans la résistance de 100 ohms avec le potentiomètre réduit à fond... la résistance serait de zéro !

Une résistance égale à zéro équivaut à une absence de résistance, et nous savons que sans résistance, la LED sera endommagée car rien ne viendrait en limiter l'intensité. Nous avons donc la résistance supplémentaire de 100 ohms pour y remédier. Elle empêche la résistance de la résistance de passer sous la barre des 100 ohms

Dernier quizz rapide !

  • Quelle tension parcourt la LED lorsque le potentiomètre est réduit au maximum ?

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(5 V - 2,2 V) / 100 ohms = 28 milliamps

  • Et quelle est-elle lorsque le potentiomètre de 10K est poussé au maximum ?

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(5 V - 2,2 V) / 10 100 ohms = 0,27 milliamps

Waouuu, c'était un cours de maths bien intentif. Nous reviendrons sur les logiciels et ces petites diodes clignotantes dans de prochains tutoriaux. En attendant, nous espérons que celui-ci vous aura été utile pour comprendre quelques détails pour utiliser sciemment les LED !


Cette page a été traduite depuis http://www.ladyada.net/wiki/tutorials/learn/arduino/leds.html

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