LED
Clemens Valens

Comment calculer la résistance talon d'une LED [1]

18 décembre 2019, 08:18
Comment calculer la résistance talon d'une LED [1]
Comment calculer la résistance talon d'une LED [1]
Une diode électroluminescente produit de la lumière lorsqu'un courant la traverse. Très populaires, les LEDs tombent entre des mains malhabiles, elles-mêmes commandées par des cervelles incomplètement informées des rudiments de l'électronique. C'est ainsi qu'on voit ces composants pourtant fragiles alimentés parfois directement par une source de tension (une pile, p. ex.) ; tout le monde devrait pourtant avoir remarqué (au moins vaguement) la présence, dans les schémas convenables, d'une résistance en série avec toute LED. Mais qui sait exactement à quoi ça sert ?

Profitant d'une ignorance largement partagée, certains coquins vendent sur l'internet des résistances prétendument "pour LED 5V, 9V et 12V", avec lesquelles ils attrapent les nigauds. Ceux-ci préfèrent apparemment jeter leur argent par la fenêtre plutôt que d'apprendre qu'il n'existe pas de "résistance de LED12V" ni rien d'approchant. C'est un peu de jugeote qu'il faut.

 
LED current limiting resistor calculation
Calcul de la valeur d'une résitance de limitation de courant dans une LED (cf. la légende ci-dessous).
Légende :
Vsupply : tension d'alimentation générale du circuit
Fforward : la tension aux bornes de la LED dans le sens conducteur
Iled : le courant qui circule à travers la LED
Rled : la résistance de limitation du courant à travers la LED
VRled : la tension aux bornes de la résistance de limitation

Calcul de la valeur (en ohms) de la résistance-talon 

La fonction de cette résistance est la limitation du courant à travers la LED à une intensité telle que la LED ne risque pas la destruction par un excès de courant. La valeur (en ohms) de cette résistance dépend d'une part de la tension d'alimentation (en volts) et d'autre part du courant (en ampères) acceptable pour la LED. Un calcul facile à faire :
  1. Déterminez la tension d'alimentation du circuit de la LED, et appelez-la Vsupply. Voir le schéma et la légende.
  2. Choisissez l'intensité du courant max. à travers la LED, appelez-là Iled. Plus l'intensité du courant qui passe à travers une LED est forte, plus celle-ci sera lumineuse. Pour les LED courantes de 3 et 5 mm, on retient généralement une intensité de 10 mA.
  3. Pour le courant choisi, déterminez la tension directe (Vforward) de la LED, soit la tension entre ses bornes dans le sens passant. Cette tension augmente un peu avec l'intensité du courant et avec la longueur d'onde de la lumière émise, elle-même liée à couleur de la LED. Pour une LED rouge, la tension directe est souvent donnée à environ 1,8 V, mais cette valeur varie d'une LED à l'autre. Pour les LED rouges, oranges, jaunes et vertes, vous partir d'une tension de 2 V, pour les LED bleues et blanches ce sera environ 3,2 V.

Un peu de magie

Supposons que vous souhaitez alimenter une LED verte à partir d'une pile de 9 V, et y faire circuler un courant de 15 mA (soit 0,015 A). La loi d'Ohm vous donne donne la valeur de résistance :

VRled [V] = Vsupply [V] – Vforward [V] = 9 – 2 = 7 V
Rled [Ω] = VRled [V] / Iled [A] = 7 / 0,015 = 466,7 Ω

(souvenez-vous que, pour ce calcul, ce seront toujours des ohms, volts et des ampères, et pas des multiples ni des sous-multiples comme les milliampères ou les kΩ plus pratiques). Et que les valeurs en ohms sont «arrondies» en pratique. Ici, pour 466,7 Ω, on adoptera la valeur normalisée de 470 Ω (±5%).

Vérifions ça sur une plaque d'essais, avec une vraie LED verte choisie au hasard, et une résistance-talon mesurée à 468 Ω. La tension Vforward réellement mesurée est de 2,16 V (2,06 V pour une LED rouge, et 2,04 V pour une LED jaune). En inversant le calcul, nous trouvons :

Iled [A] = (Vsupply [V] – Vforward [V])/Rled [Ω] = (9–2,16)/468 = 0,0146 A = 14,6 mA.

Ça colle ! Si l'intensité du courant à travers votre LED mesurée en pratique est trop éloignée  de la valeur souhaitée, ajustez la valeur de la résistance. Une résistance de plus faible valeur verra l'intensité du courant augmenter, tandis qu'avec une résistance de plus forte valeur, cette intensité sera moindre.

 
LED resistors in parallel
Deux résistances en paralléle de valeur appropriée se partagent la puissance à dissiper

L.H.O.O.Q.

Le courant qui traverse une LED traverse aussi la résistance de limitation, dite résistance-talon. Or, qui dit courant (I) et résistance (R) dit forcément chaleur, ou puissance (P en watts) à dissiper. Le composant résistif doit être capable d'évacuer ou de dissiper cette chaleur engendrée par le passage du courant (les électrons, ça frotte). En d'autres termes, le choix de la résistance doit tenir compte de la chaleur (nombres de watts) qu'elle aura à dissiper. Voici comment la calculer :

PR [W] = Iled [A] × VRled [V]

Soit, pour notre exemple, une puissance à dissiper par la résistance qui sera de l'ordre de :

0,015 × 7 = 0,105 W = 105 mW

Une résistance courante à couche de carbone, dite «1/4 de watt» ou 0,25 W, et à branches traversantes, pourra très bien supporter cette dissipation de puissance. En revanche, pour bien des modèles de composants montés en surface, une telle intensité serait mortelle. La solution consiste à répartir cette puissance à dissiper. On monte en parallèle plusieurs résistances identiques dont il faut multiplier la valeur par le nombre de résistances en parallèle. Ainsi, une résistance de 470 Ω pourra-t-elle être remplacée par deux résistances de 940 Ω en parallèle. C'est tout.

Non, ce n'est pas tout

Nous reviendrons sur ce sujet dans un prochain article. Mais vous en savez assez maintenant sur l'importance de la résistance talon et la manière d'en calculer la valeur, pour ne plus participer au LEDicide.
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