Projet 2 : Lampe de poche à LED

Mes seconds pas en Électronique

L'électronique offre de nombreuses possibilités amusantes : contrôler les lumières.

Vous pouvez allumer et éteindre des lumières, les programmer uniquement lorsque la pièce est sombre, les faire clignoter, modifier leur durée d'éclairage, et bien plus encore.

Pour votre premier projet, vous fabriquerez votre propre lampe torche à l'aide d'une ampoule électronique spéciale appelée LED (abréviation de diode électroluminescente. DEL).

Alors, commençons à fabriquer une lampe torche à LED !

Rassemblez les pièces de la lampe torche LED

Les principaux composants de votre lampe torche LED sont une pile, une LED et une résistance. Ce sont les composants de votre circuit.

Chaque composant est comme une pièce de puzzle : il a une fonction précise et s'associe aux autres composants pour former le circuit complet.

À l'aide de ruban isolant et de mousse plastique, vous pouvez transformer votre circuit à trois composants en un appareil portable et coloré que vous pourrez montrer, voire vendre, à vos amis.

Consultez le Projet 1 pour savoir où acheter des pièces, des outils et d'autres fournitures.

Munissez-vous d'une paire de ciseaux et d'une pince à bec effilé, puis rassemblez les éléments de la liste suivante (illustrée à la figure 2-1) :

Une pile de 9 volts

Une LED ultra-lumineuse et transparente de 5 mm

Un rouleau de ruban isolant de 19 mm de large (vous aurez besoin d'environ 10 cm de long de ce rouleau)

Une feuille de mousse adhésive de 23 x 30 cm (de n'importe quelle couleur)

Avant de commencer à construire votre lampe de poche, vous devez connaître quelques éléments sur les trois principaux composants du circuit (la pile, la LED et la résistance).

Une résistance de 470 Ω

recherchez un motif rayé

4 bandes (jaune-violet-marron) ou 5 bandes (jaune, violet, noir, noir)

Vous pouvez utilisez un multimètre pour trouver la valeur de la résistance:

Elle devrait être entre 445 et 495 Ω.

Comment tester une résistance

1. Branchez les cordons de test dans les prises de test appropriées. Sur la plupart des multimètres, un cordon de test est noir et l'autre rouge.

Un multimètre possède souvent plusieurs prises de test, selon qu'il est utilisé pour tester la résistance, la tension ou l'ampérage (courant).

Généralement, les prises appropriées pour tester la résistance sont étiquetées « COM » (pour commun) et une autre porte la lettre grecque oméga, Ω, symbole d'« ohm ».

Branchez le cordon noir dans la prise étiquetée « COM » et le cordon rouge dans la prise étiquetée « ohm ».

2. Allumez le multimètre et sélectionnez la plage de mesure la plus adaptée.

La résistance d'un composant peut varier de 1 ohm à 1 000 000 ohms.

Pour obtenir une mesure précise de la résistance, vous devez régler le multimètre sur la plage adaptée à votre composant. Certains multimètres numériques règlent automatiquement la plage, tandis que d'autres nécessitent un réglage manuel.

Si vous avez une idée générale de la plage de résistance, réglez-la simplement sur cette plage. En cas de doute, vous pouvez la déterminer par essais et erreurs.

Si vous ne connaissez pas la plage, commencez par la plage intermédiaire, généralement 20 kilo-ohms (kΩ).

Connectez un fil à l'extrémité de votre composant et l'autre fil à l'extrémité opposée.

La valeur affichée à l'écran sera soit 0,00, OL, soit la valeur réelle de la résistance.

Si la valeur est nulle, la plage est trop élevée et doit être abaissée.

Si l'écran affiche OL (surchargé), la plage est trop basse et doit être augmentée à la plage supérieure. Testez à nouveau le composant avec le nouveau réglage.

Si l'écran affiche un nombre spécifique, tel que 58, il s'agit de la valeur de la résistance.

N'oubliez pas de tenir compte de la plage appliquée. Sur un multimètre numérique, le coin supérieur droit devrait vous rappeler votre réglage de plage.

Si un kΩ apparaît dans le coin, la résistance réelle est de 58 kΩ (58 000 ohms).

Une fois la plage correcte atteinte, essayez de la diminuer une fois de plus pour obtenir une mesure plus précise. Utilisez le réglage le plus bas pour obtenir des mesures de résistance plus précises.

3. Touchez les bornes du multimètre aux extrémités du composant à tester. Comme pour le réglage de la plage, touchez une borne à une extrémité du composant et l'autre à l'extrémité opposée.

Attendez que les valeurs cessent de monter ou de descendre et notez-les. Il s'agit de la résistance de votre composant.

Par exemple, si votre mesure est de 0,6 et que le coin supérieur droit indique MΩ, la résistance de votre composant est de 0,6 mégaohm.

4. Éteignez le multimètre. Une fois tous vos composants mesurés, éteignez-le et débranchez les cordons pour le ranger.

Alimenter votre lampe de poche

Vous connaissez probablement les piles 9 volts, comme celle de la figure 2-1. Leur rôle est de fournir l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation de la LED du circuit de votre lampe de poche.

Explorez votre pile

Chaque pile possède deux bornes : les pièces métalliques qui dépassent du haut d'une pile 9 volts (voir figure 2-2) ou les extrémités métalliques d'une pile AA, AAA, C ou D.

L'une des bornes est positive et marquée d'un +. L'autre est négative et n'est pas marquée. Repérez les bornes positive et négative de votre pile 9 volts. Notez que les deux bornes sont différentes.

Lorsque vous branchez votre pile dans un circuit, vous connectez la borne positive à une partie du circuit et la borne négative à une autre.

La tension de la pile est une forme d'énergie (plus précisément, l'énergie potentielle) qui existe entre les deux bornes. La tension est mesurée en volts, dont l'abréviation est V.

Tension et courant

Lorsque vous connectez une batterie à un circuit, la tension de la batterie force les électrons à sortir de la batterie, à traverser le circuit, puis à y retourner.

Mais que sont les électrons, vous demandez-vous ?

Les électrons sont de minuscules particules dotées d'une propriété particulière appelée charge négative. Les électrons existent à l'intérieur des atomes, qui sont les éléments constitutifs de la matière.

Lorsqu'un groupe d'électrons se détache de leurs atomes et se déplace ensemble dans la même direction, ce flux d'électrons est appelé courant électrique, ou simplement courant.

Dans le circuit de votre lampe torche LED, le courant électrique fournit à votre LED l'énergie nécessaire à son allumage. La pile de 9 volts fournit l'énergie (tension) nécessaire pour faire circuler le courant dans le circuit.

Les piles sont un type de source de tension, fournissant la tension nécessaire pour forcer le courant à circuler dans les composants du circuit.

Techniquement, ce qu'on appelle une pile est en réalité une cellule. Une pile est en réalité constituée de deux ou plusieurs cellules connectées électriquement.

C'est bon à savoir, mais j'utilise encore le terme pile pour désigner une cellule (comme la plupart des gens).

Découvrez votre LED

Vous connaissez peut-être les LED si vous possédez une lampe de poche LED ou utilisez des ampoules LED chez vous.

Une LED, ou diode électroluminescente, est un dispositif fabriqué à partir d'un matériau spécial appelé semi-conducteur. Une diode est le type de semi-conducteur (c'est-à-dire de composant) le plus simple.

Les diodes, les LED et autres semi-conducteurs possèdent des propriétés uniques qui les rendent utiles.

Par exemple, ils ne laissent pas toujours passer le courant. Ils sont sensibles au courant dans le circuit et ne permettent le passage du courant que dans certaines conditions.

Diodes et pneus de vélo (Voir aussi Diode)

Avez-vous déjà gonflé un pneu de vélo ?

Le pneu contient une valve qui permet à l'air d'entrer, mais pas d'en sortir.

Il faut appliquer une pression suffisante sur la pompe pour forcer l'air à travers la valve.

Une diode agit comme une valve pour le courant électrique.

Le courant ne circule que dans un seul sens à travers une diode (comme les voitures dans une rue à sens unique), et uniquement lorsque vous appliquez une tension (une pression) suffisamment élevée à la diode.

Voir la lumière des LED

Une diode électroluminescente est un type de diode qui émet de la lumière visible.

La lumière émise par une LED peut être rouge, orange, jaune, verte, bleue, violette, rose ou blanche, comme illustré à la figure 2-3.

La couleur dépend des matériaux et des procédés de fabrication de la LED.

Les LED existent en plusieurs formes et tailles.

Les LED que vous utilisez dans les projets de Mes seconds pas en Électronique ont des boîtiers ronds et bombés de 5 mm (millimètres) ou de 3 mm de haut.

Il existe deux types de LED :

Les LED diffuses ont des boîtiers en plastique coloré (comme des vitres teintées) pour diffuser la lumière et la rendre plus visible. La couleur du boîtier en plastique est généralement identique à celle de la lumière.

Les LED transparentes ont des boîtiers en plastique transparent, mais émettent tout de même une lumière colorée.

Toutes les LED de la figure 2-3 sont des LED transparentes de 5 mm.

La figure 2-4 présente un assortiment de LED, dont une LED transparente de 5 mm émettant une lumière orange.

(Il s'agit de la version non éclairée de la LED, deuxième en partant de la gauche sur la figure 2-3.)

Il est impossible de déterminer la couleur émise par une LED transparente simplement en la regardant si elle n'est pas connectée à un circuit.

Si vous achetez des LED transparentes, veillez à les conserver dans un contenant ou un sac étiqueté avec la couleur qu'elles émettent.

Examinez votre LED

Observez attentivement votre LED et comparez-la aux LED illustrées à la figure 2-5.

La diode semi-conductrice est minuscule et se trouve sur une pièce métallique à l'intérieur du boîtier en plastique.

Les deux fils rigides fixés au boîtier en plastique sont des conducteurs qui vous permettent de connecter la minuscule diode à un circuit.

Comme les LED ne conduisent le courant que dans un seul sens, il est important de savoir comment les connecter à votre circuit.

Un côté de la LED est le pôle négatif (appelé cathode) et l'autre côté est le pôle positif (appelé anode).

Le courant électrique circule de l'anode à la cathode d'une LED, mais pas l'inverse.

Il existe trois façons de distinguer le côté d'une LED :

Comparez la longueur des fils

Le fil le plus court est la cathode (côté négatif) et le fil le plus long est l'anode (côté positif). (Voir la figure 2-5, à gauche.)

Regardez à l'intérieur du boîtier en plastique

Le fil relié à la plus grande pièce métallique à l'intérieur du boîtier est la cathode (côté négatif) ;

le fil relié à la plus petite pièce métallique est l'anode (côté positif). (Voir la figure 2-5, à gauche.)

Cherchez (ou palpez) un bord plat sur le boîtier en plastique

Ce bord plat se trouve sur la cathode (côté négatif) de la LED. (Voir la figure 2-5, à droite.)

Observez les fils de votre LED.

Pouvez-vous identifier le fil le plus court ?

Regardez maintenant à l'intérieur du boîtier. Vous devrez peut-être éclairer le boîtier avec une lampe de poche pour mieux voir à l'intérieur.

Repérez-vous les morceaux de métal, grands et petits ?

Enfin, passez votre doigt sur le bord inférieur du boîtier en plastique. Sentez-vous un bord plat ?

Être capable de distinguer l'anode de la cathode en regardant à l'intérieur du boîtier ou en trouvant le bord plat peut s'avérer utile pour certains projets, car vous pourriez avoir besoin de couper ou de raccourcir les fils d'une LED pour créer un circuit plus net.

Une fois les fils coupés, il est impossible de déterminer quel côté est lequel en comparant leurs longueurs.

Orientation d'une LED dans un circuit

Lorsque vous connectez une LED à un circuit, vous devez l'orienter de manière à ce que le courant provenant de la borne positive de la pile passe par le côté positif (anode) de la LED.

Si vous placez la LED à l'envers, le courant ne circulera pas.
(Je vous indique dans quel sens orienter les LED que vous utilisez dans vos projets.)

Pour conduire le courant et émettre de la lumière, la plupart des LED nécessitent une tension comprise entre 2,0 et 3,4 volts sur leurs bornes.

La tension exacte nécessaire dépend de la couleur de la LED.

Une pile de 9 volts est suffisamment puissante pour faire passer le courant dans n'importe quelle LED, mais une pile de 1,5 volts, comme une pile AA ou AAA, n'est pas suffisante.

Note: Une pile bouton de 3V est suffisamment puissante.

C'est pourquoi vous utilisez une pile de 9 volts plutôt qu'une pile AA ou AAA pour votre circuit LED.

Ne connectez jamais une pile de 9 volts directement à une LED.

Vous risqueriez de l'endommager.

Les LED ne supportent qu'une certaine quantité de courant avant de fondre, et une connexion directe avec une pile de 9 volts fait passer beaucoup trop de courant à travers la LED.

Il est probable que la LED s'allume brièvement puis s'éteigne définitivement, mais elle peut aussi fondre, créer des dégâts et empester votre maison.

Protégez votre LED avec une résistance