Électricité (1)

Page créée le 11/10/2013.

Chassez le naturel, il revient au galop ! L’électricité, c’est mon métier de base, et je trouve parfois sur le web disons des imprécisions… Vous trouverez ici quelques notions ou astuces sur des sujets qui m’ont fait réagir. Mon but est d’être assez rigoureux, en restant aussi simple que possible.

Donc, pour le moment, ces pages vont traiter un peu de tout et sans plan précis.

Remarque : j’utilise, pour les schémas, la représentation internationale normalisée actuelle, publiée par la Commission Électrotechnique Internationale (CEI). J’espère que vous ne serez pas trop perturbés si vous avez l’habitude d’utiliser les vieilles normes des années 60 ou la représentation américaine, qui perdure à cause des logiciels de circuit imprimé d’origine US pour la plupart.

Les diodes électroluminescentes

Qu’est-ce qu’une DEL, ou LED ?

Les DEL, diodes électroluminescentes, ou LED en anglais pour Light Emitting Diodes, sont d’abord effectivement des diodes, c.-à-d. qu’elles ne conduisent que dans un sens, mais la comparaison s’arrête là. Ce n’est pas cette propriété qui nous intéresse ici, mais bien leur capacité à émettre de la lumière. Comme une diode normale, une LED a une tension directe (c.-à-d. lorsqu’elle conduit, notée V_F dans les data books), et qui varie de 1,5 à 3 V selon le type de la LED et la couleur de la lumière. Typiquement, la tension croît lorsqu’on passe de l’infrarouge (télécommande TV) au violet en passant par le rouge et toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Cela tient à ce que les plus courtes longueurs d’onde (vers le violet) nécessitent plus d’énergie que les plus longues, et cela explique que les LED bleues et encore plus les violettes ne sont apparues que récemment (pour la plus grande satisfaction des amateurs de petits trains !).

Si on inverse la polarité (on échange les bornes + et −), la diode est bloquée. Elle supporte alors une tension dite inverse qui, pour une diode normale, est d’au moins 50 V. Mais, pour une LED, c’est beaucoup moins (5 V environ). Il faudra donc prendre des précautions si la tension peut s’inverser (cas du courant alternatif par exemple). Si on dépasse le maximum, c’est le claquage assuré (très discret, sans feu d’artifice !). Voir page suivante comment connaître le sens d’une diode.

La lumière émise par les LED est pratiquement monochromatique, c.-à-d. d’une seule longueur d’onde. Avant que les LED blanches existent, on employait souvent des LED jaunes pour l’éclairage des voitures (de chemin de fer miniature, je précise), et le rendu visuel était très mauvais, car les objets d’une couleur ne contenant pas de jaune devenaient gris ou noirs !

Le cas des LED blanches est un peu particulier, puisqu’elles émettent à la source une lumière bleue qui est convertie en lumière blanche par une couche de phosphore. Voir un article intéressant sur le site led-fr.net. C’est un peu le même principe que pour les tubes fluorescents (ceux appelés tubes au néon, à tort car ils ne contiennent pas de néon !). C’est ce qui explique aussi les problèmes de température de couleur rencontrés : en aucun cas, on n’aura une lumière riche de toutes les longueurs d’ondes comme celle du soleil.

Remarquons qu’il existe des LED tricolores, composées en fait de trois LED dans le même boîtier, une rouge, une verte et une (ou deux) bleue. En faisant varier l’intensité lumineuse de ces trois couleurs, on peut en théorie reconstituer n’importe quelle couleur. C’est le principe de la synthèse additive des couleurs utilisée entre autre sur les écrans de TV. Mais ces LED sont par nature plus difficiles à miniaturiser que les autres. Elles ont quand même un grand intérêt pour la signalisation d’arrière des trains aux époques II (et III ?), où de multiples couleurs étaient utilisées en fonction du type de train (régulier, supplémentaire, dernier de la journée, etc.)

Câblage des LED

On l’a vu, une LED a une tension directe de quelques volts. Nos sources ont une tension allant disons de 9 V (pile) à 20 V (DCC réglé au maximum). Si on branche une LED comme une lampe normale (à incandescence), elle va être instantanément détruite par surintensité. Il faut donc lui adjoindre une résistance qui va permettre de limiter le courant et aussi de le régler pour obtenir l’intensité lumineuse voulue.

Comment calculer cette résistance ? C’est très simple, rassurez-vous, même pour un non-électricien. Il y a deux lois (ouille !) à connaître, et encore, en petite partie seulement : la loi d’Ohm et la loi des mailles.

Note aux spécialistes : je simplifie exprès pour ne pas décourager !

V_R n’est pas connue. C’est justement cette valeur que nous cherchons. Il est facile de la trouver :

V_R = 12 V − 3 V = 9 V

Appliquons maintenant la loi d’Ohm qui dit que le rapport entre la tension appliquée à une résistance et le courant qui la traverse est constant, et s’appelle justement résistance. Ici, la tension appliquée est V_R, et le courant est I_F. En effet, le courant I_F de la LED traverse aussi la résistance. Donc :

R = V_R / I_F

Si le courant de LED est de 5 mA (ou 0,005 A), cela donne :

R = 9 V / 0,005 A = 1800 Ω, soit 1,8 kΩ

Remarque : si vous faites le calcul en gardant les milliampères, vous obtenez directement le résultat en kiloohms, mais ne le faites que si vous êtes sûrs de vous :

R = 9 V / 5 mA = 1,8 kΩ

Bon. Il se trouve que 1,8 kΩ fait partie des valeurs standardisées que l’on trouve dans le commerce (voir page 4). Que faire si cela n’est pas le cas ? Eh bien, il suffit de prendre la valeur la plus proche. La faible différence ne changera pratiquement rien. Si vous prenez la valeur supérieure, vous aurez un courant légèrement plus petit, et inversement, mais la différence d’intensité lumineuse sera insensible. Dans notre exemple, si nous avions trouvé 1650 Ω, nous aurions pu choisir soit 1500 Ω (valeur par défaut), soit 1800 Ω (valeur par excès).