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Diode électroluminescente — Une DEL (ou LED pour l'anglais light-emitting diode) est une diode qui a la propriété d'émettre de la lumière quand un courant la traverse. Si les premières LED étaient rouges, il en existe aujourd'hui des modèles capables de produire de la lumière sur toute l'étendue du spectre visible et même au delà (infrarouge, ultra-violet).
Les DEL sont des composants électroniques à semi-conducteur. Comme tels, ils sont sensibles aux décharges d'électricité statique et doivent être manipulées avec précaution.
Une diode électroluminescente (DEL – ou LED pour l'anglais light-emiting diode) est un composant électronique capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique.
Longtemps utilisées comme simples indicateurs lumineux, les DEL ont vu leurs domaines d'application s'étendre au cours des années. Pour n'en citer que quelques-uns: feu de circulation, signalétique, affichage lumineux. Mais aussi, avec les progrès de l'intégration, écrans plat. Ou, avec avec l'augmentation de la puissance des DEL, solutions d'éclairage.
Sommaire
Avantages et inconvénients
Les DEL cumulent beaucoup d'avantages par rapport à d'autres solutions émettrices de lumières (lampe à incandescence, tube au néon, etc.). Sans chercher à être exhaustif:
- Une plus grande durée de vie (on cite souvent un ordre de grandeur de quelques dizaines de milliers d'heures);
- Une plus grande intégration (nombre de « composants au centimètre carré »);
- Un faible dégagement de chaleur;
- Une faible consommation électrique (ce qui rend les DEL économiques à l'usage);
- Une grande vitesse de commutation (en général < 1µs pour passer de 10% à 90% de la luminosité).
Par contre, comme tous produits, les DEL ont aussi des points faibles. Les plus notables étant:
- Un coût initial élevé (achat et d'installation);
- Une grande sensibilité à la chaleur (avec pour effet un vieillissement prématuré et une baisse du rendement lumineux – ce qui nécessite des solutions de refroidissement pour les DEL forte puissance);
- Une fragilité aux surintensités (qui peuvent mener à un échauffement trop important de la DEL ou à la destruction de celle-ci);
- Une vulnérabilité aux décharges d'électricité statique.
Mise en œuvre
LED 5mm — Dans le cas d'une LED 5mm comme la LED infrarouge illustrée ci-dessus, il existe deux moyens d'identifier l'anode (+) de la cathode (−). Tout d'abord, on peut examiner la longueur des pattes: la plus courte étant la cathode. Par ailleurs, un méplat indique également la cathode. Ce dernier moyens permet notamment d'identifier la polarité d'une LED même après que les pattes aient été recoupées.
Principe
C'est le courant électrique qui fait s'illuminer une DEL. Comme la plupart des diodes, la DEL est un composant polarisé qui ne laisse passer le courant que dans une seule direction (du + vers le −, c'est à dire de l'anode vers la cathode). Quand le courant traverse la DEL, il apparait une tension aux bornes de celle-ci qu'on appelle la tension directe. La relation entre le courant et la tension directe est spécifique à chaque modèle de diode et est généralement fournie par le fabriquant sous la forme d'une courbe tension-intensité.
Idéalement, une DEL doit être alimentée à courant constant. Pour les application simples (voyant lumineux), la régulation de courant est souvent réalisée à l'aide d'une résistance en série qui, par application de la loi d'Ohm, permet de régler approximativement le courant circulant dans la DEL.
Pour les applications dans lesquelles une plus grande puissance ou précision est requise (éclairage), la régulation de courant est dévolue à un composant électronique spécialisé.
Représentation symbolique d'une diode électroluminescente — Comme la plupart des diode, la DEL ne laisse passer le courant que dans le sens anode→cathode. Vu simplement elle se comporte comme un sens unique pour le courant:
- Lorsque le courant circule dans le sens autorisé, la LED s'illumine;
- Quand le courant est bloqué parce qu'il est dans le sens interdit la LED reste éteinte.
Montage DEL de base — Pour s'illuminer sans être endommagée, la LED doit être traversée dans le sens anode→cathode par un courant compatible avec ses spécifications. Dans un montage de base, c'est une résistance qui limite ce courant à la valeur souhaitée.
Montage élémentaire
Dans les cas les plus simples comme celui de voyants indicateurs, les LED apparaissent dans des circuits alimentés à tension constante. Dans ce cas, la régulation de courant est effectuée par une simple résistance. Une démarche simple pour déterminer la valeur de cette résistance est illustrée ci-dessous.
Point de fonctionnement et calcul de résistance associé
Choix de l'intensité — Pour déterminer l'intensité à laquelle une LED doit fonctionner, on peut se baser sur la courbe courant / température ambiante que fournit généralement le fabriquant. Après avoir tracé la droite représentant la température maximale approximative dans l'environnement de la LED, il suffit choisir une intensité sur cette droite en se ménageant une marge raisonnable.
Point de fonctionnement de la LED — Sur la courbe Forward current vs. forward voltage que l'on trouve dans la documentation constructeur, on reporte l'intensité à laquelle on souhaite faire fonctionner la LED. L'intersection avec la courbe permet de lire sur l'échelle horizontale la tension aux bornes de le LED sous cette intensité. Le couple intensité/tension trouvé correspond au point de fonctionnement de la LED.
Déterminer la tension aux bornes de la resistance — À partir de la tension d'alimentation du montage qui est sensée être connue (ici 9V) et en y soustrayant la tension directe correspondant au point de fonctionnement de la diode (ici 3,1V), on trouve la tension aux bornes de la résistance.
Valeur de la résistance — Pour déterminer la valeur de la résistance connaissant la tension à ses bornes et le courant qui y circule, on peut directement appliquer la loi d'Ohm R=U/I. Sur le circuit illustré ici, le choix se portera sur une résistance de 330 Ω – ce qui correspond bien à 5,9 V divisés par 0,018 A (attention aux unités: 18 mA = 0,018 A).
