Créer de la lumière avec des leds

Mes premiers pas en Électronique

Les lumières, et plus particulièrement les LED, sont omniprésentes en électronique.

Parfois, ce ne sont que de simples indicateurs indiquant si un appareil est allumé ou éteint, mais elles peuvent aussi faire partie d'appareils plus complexes, comme les écrans d'ordinateur.

En réalité, certains écrans sont composés de milliers de minuscules LED.

Dans cette section, vous découvrirez le fonctionnement de deux des composants électroniques de base les plus courants : la résistance et la LED.

Je vous montrerai comment désactiver une LED, mais rassurez-vous : vous apprendrez également à utiliser des résistances pour maintenir les LED en fonctionnement.

Dans les projets de cette section, vous découvrirez également un nouvel outil, la plaque d'essai (Breadbord), pour connecter des circuits.

voir aussi : Breadboard

De nombreux projets de Mes premiers pas en Électronique utilisent des plaques d'essai, et vous pouvez également les utiliser pour réaliser de nombreux projets intéressants par vous-même.

Découvrez la résistance

Rappelons que la résistance limite la libre circulation du courant dans un circuit. Une résistance est un composant qui ajoute de la résistance à un circuit. Plus votre circuit a de résistance, moins le courant le traverse.

Résistance	Symbole Électronique

Codes couleurs des résistances

Lorsque vous observez une résistance, vous remarquerez qu'elle comporte plusieurs bandes colorées. Ces couleurs indiquent sa valeur.

La résistance se mesure en ohms, mais nous utiliserons le symbole oméga, Ω, pour la décrire.

Plus d'ohms signifie plus de résistance.

La plupart des résistances ont quatre bandes de couleur.

En partant de la gauche, la première bande indique le premier chiffre de la valeur de résistance.

Dans cet exemple pour la résistance 4 bandes, la première bande est verte, le premier chiffre est donc 5.

Le deuxième chiffre est donné par la deuxième bande, qui est violette pour 7.

L'ensemble nous donne la valeur de base de 57.

On multiplie ensuite 57 par la valeur de la troisième bande, le multiplicateur.

Dans cet exemple, la bande orange représente 1000 Ω, on multiplie donc 57 par 1000 :

57 × 1000 Ω = 57 KΩ

REMARQUE :

Si une résistance a cinq bandes au lieu de quatre, les trois premières bandes sont des chiffres et la quatrième est le multiplicateur.

Mais la résistance réelle d'une résistance ne correspond généralement pas à la valeur inscrite !

C'est un peu fou, non ?

Il est difficile pour les fabricants de créer des résistances avec une valeur de résistance très exacte.

Ils s'assurent donc que les résistances se situent quelque part autour de cette valeur et vous indiquent à quel point la valeur réelle pourrait être éloignée.

C'est là qu'intervient la tolérance.

Notre exemple de résistance est étiqueté 57 KΩ avec une tolérance de 10 %.

Cela signifie que la résistance réelle de la résistance pourrait être n'importe quelle valeur supérieure ou inférieure de 10 % à 470 Ω.

Comme 10 % de 57 KΩ équivaut à environ 5.7 KΩ, la résistance réelle pourrait se situer entre 51.3 KΩ  et 62.7 KΩ.

En général, les trois bandes indiquant la valeur de résistance sont regroupées, et celle indiquant la tolérance est légèrement plus éloignée.

Cependant, les bandes sont parfois si proches qu'il est difficile de distinguer les trois bandes qui donnent la résistance.

 Heureusement, la quatrième bande est généralement dorée ou argentée ; si vous voyez une bande dorée ou argentée, vous pouvez supposer qu'il s'agit de la bande de tolérance.

Comment écrire de grandes valeurs

Notre nuancier de résistances présente des valeurs de résistance écrites avec k et M devant le symbole Ω.

Ces symboles facilitent l'écriture de valeurs très importantes.

Si votre résistance mesure 300 000 Ω, on l'abrège généralement à 300 kΩ, où k signifie kilo, soit mille.

M signifie méga, soit un million.

Ainsi, au lieu d'écrire 3 000 000 Ω, vous pourriez écrire 3 MΩ.

Dans les circuits électronique le symbole Ω n'est pas écrit.

Souvent des résistances on une valeur avec une des décimales.

Ex. 51.3 K

Alors pour évité la confusion entre 51.3 K et 513 K on peut écrire 51K3

Lorsque qu'il n'y a qu'une valeur comme par exemple 45 cela signifie que 45 Ω

et 5R4 signifie 5.4 Ω

Grosseur de la résistance

La résistance a aussi une valeur de puissance exprimées en W.

Pour nos projet utilisez des résistances de 1/4 W.

De quoi sont faites les résistances ?

Pour fabriquer une résistance, vous pouvez simplement utiliser un très long morceau de fil standard.

Les fils ont une certaine résistance, et plus le fil est long, plus la résistance est importante.

Cependant, utiliser des kilomètres de fil pour réduire le courant n'est pas très efficace. Il est préférable d'utiliser un matériau plus résistant, comme le carbone.

Les résistances du commerce sont souvent en carbone (ou métallique) enveloppé dans un matériau isolant.

Résistances pour contrôler le courant et la tension

Au début, vous pourriez trouver la résistance un peu ennuyeuse.

Si vous la connectez à une pile, vous ne verrez probablement rien se passer ; la résistance pourrait juste chauffer, et vous pourriez vous demander où est le problème.

En revanche, si vous utilisez une résistance de très faible valeur, comme 10 Ω, elle pourrait chauffer énormément, au point de vous brûler, et la pile pourrait se décharger assez rapidement.

AVERTISSEMENT

Connecter une résistance de faible valeur directement entre les points positif et négatif peut être dangereux sur certains types de piles. Certaines piles sont suffisamment puissantes pour enflammer votre résistance.

Soyez prudent !

Mais l’avantage des résistances, c’est qu’elles permettent de modifier les tensions et les courants de votre circuit !

Vous êtes ainsi maître de votre circuit et décidez de son comportement.

Présentation de la loi d’Ohm

La clé pour contrôler le courant et la tension dans votre circuit est une formule appelée loi d'Ohm.

La loi d'Ohm relie la résistance, la tension et le courant comme suit :

E = I × R

Voici la signification de ces lettres :

E Tension, mesurée en volts (V)

I Courant, mesuré en ampères (A)

R Résistance, mesurée en ohms (Ω)

Compte tenu de ces définitions, en anglais, la loi d'Ohm s'écrit :

« La tension est égale au courant multiplié par la résistance.»

Vous pouvez également écrire la formule de la loi d'Ohm sous les deux formes suivantes :

R = E / I et I = E / R

Appliquons la loi d'Ohm

Imaginez que vous avez une résistance et une pile de 9 V, et que vous souhaitez un courant de 0,05 A dans la résistance.

Quelle résistance faut-il pour obtenir le courant adéquat ?

Utilisez la loi d'Ohm pour déterminer :

R = E / I = 9V / 0.05A = 180ΩΩ

Après avoir divisé la tension par le courant, vous constaterez que pour obtenir un courant de 0,05 A dans la résistance, il vous faut une résistance de 180 Ω.

Projet n° 7 : Détruisons une LED !

Presque tous les appareils électroniques sont équipés de LED.

Qui dit LED, dit résistances.

Regardez autour de vous dans une maison, et vous en verrez probablement quelques-unes.

Par exemple, vérifiez un ordinateur, une machine à laver, une télévision ou un routeur Wi-Fi.

Voyez-vous des lumières clignotantes lorsque vous appuyez sur des boutons ?

Il s’agit très probablement de LED en série avec des résistances.

Dans « Projet n° 6 : Allumer une lumière avec une pile citron » à la section Comment produire de l'électricité, vous venez de connecter une LED à votre pile citron maison, et c’est tout.

Cependant, dans la plupart des circuits, il faut faire plus attention à ne pas casser votre LED.

Si trop de courant traverse une LED, elle chauffe beaucoup et grille.

La pile citron était trop faible pour fournir suffisamment de courant pour casser la LED.

Bien sûr, je pourrais vous raconter tout ça indéfiniment, mais essayer des choses en vrai, c'est la meilleure façon d'apprendre !

 J'ai dû casser quelques LED.

J'ai moi-même compris qu'il était impossible de les connecter directement à une batterie sans résistance, et je veux que vous voyiez à quoi ça ressemble.

C'est pourquoi, dans ce projet, vous allez détruire une LED !

Liste de courses voir Fournitures utiles

Composante	Symbole Électronique
Une LED standard La barre sur le sommet du triangle est le côté Négatif
Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit La grande barre indique le posiif La petites barre indique le négatif

Étape 1 : Identifier les pattes de chaque LED

Observez attentivement votre LED : vous devriez constater qu’une patte est plus longue que l’autre.

Les LED sont polarisées, ce qui signifie que le courant ne les traverse que si vous les connectez d’une certaine manière dans votre circuit.

La patte la plus longue est appelée anode (A); c’est celle que vous connectez au pôle positif de la batterie.

La patte la plus courte est appelée cathode (K) et se connecte au pôle négatif de la batterie.

Sur certaines LED, les pattes ont la même longueur. Dans ce cas, repérez le côté plat en bas de la LED.

La patte du côté plat est la cathode.

Étape 2 : Cassez cette LED !

Pour éviter de vous brûler les doigts, tenez votre LED par l’un de ses pieds. Placez ensuite la pile 9 V sur la table et touchez les pieds de la LED directement aux bornes de la pile.

La LED devrait briller intensément pendant un court instant, chauffer, puis s’éteindre. Certaines parties peuvent même devenir noires.

Félicitations : vous venez de casser votre première LED !

REMARQUE :

Certaines LED cessent de fonctionner après une seconde lorsqu’elles sont connectées directement à une pile. D’autres peuvent émettre une faible lumière pendant quelques secondes.

Étape 3 : Que faire si la LED ne fonctionne pas ?

Si rien ne se passe, il y a trois causes possibles :

Vous avez branché la LED à l’envers.

Votre LED est déjà cassée.

Votre pile est morte.

Essayez d’abord de connecter votre LED à la pile dans l’autre sens.

Si vous êtes sûr qu’elle est correctement connectée, alors soit votre LED est déjà cassée, soit votre pile est morte.

Essayez d’abord de remplacer la pile ; si cela ne fonctionne pas, remplacez la LED.

Vous devriez maintenant pouvoir casser votre LED.

Une bonne façon de tester une LED est d'utiliser une pile bouton

Comme la tension de la pile est de 3V elle ne brulera aucune LED.

Insérez la pile entre les deux pattes de la LED, Anode côté Positif de la pile.

Si la LED s'allume tout est OK!

Comment utiliser correctement une LED

Même s'il est amusant de détruire des LED, mieux vaut savoir comment éviter de les détruire.

Votre LED a grillé à cause d'un courant trop élevé, mais vous pouvez éviter cela grâce à votre fidèle alliée : la résistance.

Les résistances résistent au courant, et si vous choisissez la bonne valeur, elles résisteront suffisamment pour fournir la quantité de courant nécessaire à votre LED.

Comment écrire de petites valeurs

Dans les projets électroniques, on est souvent amené à traiter de très petites valeurs, notamment pour mesurer ou calculer le courant.

Par exemple, la plupart des valeurs de courant dans les circuits de Mes premiers pas en Électronique sont inférieures à 0,1 A, et beaucoup sont plus proches de 0,02 A.

Pour simplifier l'écriture de ces valeurs, j'utilise généralement le préfixe milli, qui s'écrit avec un m minuscule.

Il signifie un millième, donc 1 mA équivaut à 0,001 A.

1 000 mA étant égal à 1 A, 0,02 A équivaut à 20 mA et 0,1 A à 100 mA.

Protéger votre LED avec une résistance

Une LED dans un circuit doit toujours être équipée d'une résistance en série.

Bien sûr, les résistances existent en de nombreuses valeurs, et pour trouver celle qui convient à votre circuit, vous devez faire quelques calculs.

La plupart des LED standard nécessitent une tension d'environ 2 V et un courant d'environ 20 mA, soit 0,02 A, pour s'allumer.

Ces deux valeurs, associées à la tension de votre batterie, suffisent pour déterminer la résistance correcte.

Il suffit d'intégrer ces deux valeurs dans la formule suivante :

Si cette formule vous semble familière, c'est qu'il s'agit en fait d'une autre version de la loi d'Ohm.

Les deux V et I représentent toujours la tension et le courant, mais V_BAT correspond à la tension de la batterie, V_LED à la tension nécessaire à l'allumage de votre LED (souvent 2 V voir image de la LED ci-haut)

et I_LED à l'intensité nécessaire à votre LED (souvent 20 mA).

Cette formule se lit comme suit :

« Pour trouver la résistance, soustrayez la tension de la LED à la tension de la batterie et divisez le résultat par l'intensité de la LED. »

Calcul de la résistance nécessaire

Imaginez que vous ayez une pile de 9 V, une résistance et une LED standard.

Quelle doit être la valeur de la résistance ?

En utilisant la formule de la section précédente, vous devriez obtenir :

R = (V_BAT - V_LED ) / I_LED = (9V - 2V) / 20 mA = 7V / 0.02A = 350 Ω

Cela signifie qu'il vous faut une résistance de 350 Ω pour obtenir le courant adéquat dans le circuit.

Projet n° 8 : Alimentation d'une LED

Alimentons maintenant une LED standard avec une résistance de protection afin qu'elle ne grille pas. Nous venons de calculer que pour alimenter une LED avec une pile de 9 V, il faut une résistance de 350 Ω.

Mais comme je l'ai expliqué dans « Codes de couleur des résistances », les valeurs de résistance standard ne correspondent pas toujours exactement à la résistance nécessaire.

Si vous achetez une résistance de 350 Ω, ce n'est pas forcément 350 Ω, mais peut-être 370 Ω.

Et toutes les valeurs de résistance ne sont pas disponibles. Pour une résistance dans un circuit LED, la valeur exacte n'est pas importante.

C'est une chance, car vous ne trouverez pas de résistances de 350 Ω dans les packs de résistances standard. Vous pouvez plutôt utiliser une résistance de 330 Ω, qui est une valeur standard plus facile à trouver.

Liste de courses voir Fournitures utiles

Composante	Symbole Électronique
Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit La grande barre indique le posiif La petites barre indique le négatif
Une LED standard La barre sur le sommet du triangle est le côté Négatif
Une résistance de 330 Ω pour limiter le courant de la LED
Une clip pour pile 9 V pour connecter la pile au circuit.

Étape 1 : Torsadez la résistance et la LED

Tout d'abord, connectez la patte courte, ou cathode, de la LED à un côté de la résistance.

Peu importe le côté de la résistance connecté ; torsadez simplement la patte de la résistance autour de la patte de la LED. 

Étape 2 : Câblage de la clip de la batterie

Enroulez le fil rouge de la pince de la batterie sur la branche longue de la LED.

Enroulez ensuite le fil noir sur le côté non connecté de la résistance. 

Étape 3 : Que la lumière soit !

Maintenant, branchez votre batterie dans le clip et votre LED devrait s’allumer !