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jeudi 19 janvier 2017

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Fonctionnement et pilotage d’une DEL

. Par : Dominique, Guillaume, Jean-Luc

Bien qu’une DEL   ressemble à une ampoule, la manière dont ce dispositif génère de la lumière est très différent. DEL   est un acronyme qui signifie Diode Électro-Luminescente ; LED, pour Light Emitting Diode est son équivalent en anglais.

Comme une diode classique, et d’ailleurs vous devriez lire l’article « Les diodes classiques » avant de lire celui-ci, la LED ne laisse passer le courant que dans un sens. Le passage du courant engendre l’allumage de la DEL. Plus le courant est fort ; dans les limites de ce que la DEL peut supporter, et plus la lumière est intense.

En revanche, l’intensité des courants mis en œuvre et la tension inverse que la DEL peut supporter sont beaucoup plus faibles.

Tension de seuil

La tension de seuil est la tension en deçà de laquelle, le courant ne circule pas dans la DEL ; celle-ci reste donc éteinte. La tension de seuil d’une DEL dépend de sa couleur et est supérieure à celle d’une diode silicium classique. Les DEL rouges et infrarouges ont la tension de seuil la plus faible. Les DEL blanches ont la tension de seuil la plus élevée. Le tableau suivant donne la tension de seuil en fonction de la couleur de la DEL pour quelques modèles disponibles chez TME.

Couleur Tension de seuil (V) Modèle exemple
Ambré 2,1 OptoSupply OSO5PA3131A
Blanc 3,3 LuckyLight 304WC4B-W2-1PD
Bleu 3,3 Kingbright L-7104QBC-F
Jaune 2,1 Huey Jann HB3B-144
Orange 2 LuckyLight LL-304UAC-2E-4AC
Rose 3.1 OptoSupply OSC84L3131A
Rouge 1.85 Kingbright L-424SRDT
Vert 2.2 Kingbright L-934GT
Violet 3.1 OptoSupply OSK64L3131A

Ce sont des exemples. D’une part, pour un même modèle de DEL, la tension de seuil exacte varie. D’autre part selon la cuisine du fabricant et le modèle, on observe également d’importantes variations. Ici aussi la datasheet   fait loi. Par conséquent, on évitera d’acheter des DEL chez des fournisseurs qui ne mettent pas la datasheet   en ligne ou ne donnent pas au moins la référence exacte de la DEL (fabricant, modèle comme donné dans le tableau).

Sur la datasheet, la tension de seuil est désigné par Forward Voltage.

Intensité

L’intensité lumineuse dépend de deux facteurs. Le premier est le courant électrique qui traverse la DEL. Plus le courant est fort et plus la DEL va éclairer vivement. Pour quasiment toutes les DEL standard, le courant nominal est de 20mA (c’est le courant utilisé pour donner la tension de seuil). Le courant maximum, c’est à dire celui qu’il ne faut pas utiliser sous peine de détruire le composant, est de 25 à 30mA (DC Forward Current dans la table Absolute Maximum Rating). Une fois de plus il faut absolument consulter la datasheet pour connaître les caractéristiques exactes.

Le second facteur est la luminosité intrinsèque du modèle de DEL. Cette luminosité est donné en mcd. Pour milli-candela. Le candela est l’unité de mesure de l’intensité lumineuse perçue par l’œil et qui correspond approximativement à la luminosité d’une bougie. Selon les modèles de DEL, l’intensité varie de quelques mcd à plusieurs milliers de mcd. Si vous achetez des DEL pour, par exemple, fabriquer des signaux, faites très attention à ce paramètre pour assurer une intensité équivalente pour tous les feux.

La tension inverse

Comme une diode ordinaire, une LED a également une tension inverse admissible maximum. Pour une diode ordinaire, cette tension inverse va de plusieurs dizaine de volts à plusieurs milliers de volts car c’est son rôle de supporter de telles tensions. Ce n’est pas du tout le cas pour une DEL. La plupart des DEL ont une tension inverse maximum de 5V. Ceci permet de garantir qu’un mauvais branchement à un microcontrôleur comme l’Arduino ne la grillera pas. Mais si vous l’utilisez dans un circuit avec une tension plus élevée, il faut faire attention au sens de branchement sous peine de griller la DEL.

Une DEL s’utilise pratiquement toujours avec une résistance en série

Quelques principes avant de détailler la connexion. Une broche de notre Arduino fournit du 5V. Or, comme on vient de le voir, Il est nécessaire de limiter le courant. Si on branche cette DEL dans le bon sens sous 5V, elle va s’allumer mais griller rapidement, sans parler du fait que l’Arduino va également souffrir, rappelez vous qu’il ne peut fournir que 20 mA en permanence sur une broche.

Il faut donc limiter le courant. Pour cela, on connecte une résistance en série. Si on veut être rigoureux, il faut utiliser le datasheet de la DEL. Prenons un courant de 20mA. La chute de tension dans la résistance est de 5V moins la tension de seuil de la DEL. Prenons par exemple la DEL ambrée du tableau. Sa tension de seuil est de 2,1V. Par conséquent la chute de tension dans la résistance doit être de 5V - 2,1V = 2,9V. En appliquant la loi d’Ohm :

et connaissant U (2,9V) et I (20mA ou plutôt 0,02A), on a :

En pratique, la valeur fréquemment utilisée est de 220Ω.

Mise en pratique

Le matériel nécessaire

  1. un ordinateur avec l’IDE d’Arduino installé ;
  2. une carte Arduino et le câble USB correspondant ;
  3. une carte de prototypage ou breadboard (plus facile) ;
  4. des fils ;
  5. une DEL ;
  6. une résistance de 220Ω.

Comment la connecter à l’Arduino ?

Comme nous l’avons vu, ce composant a un sens de branchement. Le courant doit entrer par l’anode et sortie par la cathode. Donc l’anode est reliée au + et la cathode au –.
La DEL comporte 2 pattes, une plus longue que l’autre. La plus longue correspond à l’anode et doit être connectée au + et l’autre à la cathode et doit être connectée au –.

Le câblage de la résistance se fait dans n’importe quel sens et à n’importe quelle place par rapport à la LED : avant ou après étant donné que le courant dans des composants branchés en série est le même partout.

On peut soit connecter l’anode de la DEL à la broche choisie, par exemple la 2, la cathode à une patte de la résistance et l’autre patte de la résistance à la broche GND (soit la masse) de l’Arduino : 0V, comme présenté à gauche de la figure suivante. Soit connecter la cathode de la LED à la broche et la 2e patte de la résistance au 5V de l’Arduino comme présenté à droite :

Pour la suite nous choisissons le branchement de gauche.

Les DEL sont à connecter généralement sur les broches numériques. Il existe des exceptions que nous verrons au cas par cas. Ces broches ont 2 états : l’état haut (HIGH) correspond à 5V et l’état bas (LOW) correspond à 0V. Donc quand la broche 2 est à l’état haut du courant circule et la DEL s’allume. Quand la broche est à l’état bas, on a la même tension, 0V, de part et d’autre du couple DEL/résistance et aucun courant et donc pas d’allumage.

Voici le montage :

Un exemple de programme pour allumer et éteindre la LED est présent dans « La programmation, qu’est ce que c’est ». Il suffira de changer le numéro de broche pour adapter le programme à vos branchements.

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