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(c) R.LEGAT |
SOMMAIRE:
01 - Introduction - Présentation - Généralités
02 - Alimentation des LEDs - Calcul de R - Chutes de tension en fonction des couleurs - Programme de calcul
03- LED alimentée directement en 220 V ! Réactance (Impédance) d'une capacité
04 - Rendement des éclairages: Lumens/Watt pour filaments, halogènes, fluos, LED.
05- Normalisation des composants CMS - SMD - SMT
06- Trouver le code de couleur universel ou le code RAL (RGB to RAL) d'une couleur analysée sur une photo
07- Affiner une couleur par son code NCS (RGB to NCS)
08- Longueur d'antenne optimale
09 - Stabilisation de tension par Zener: Calcul de la résistance de chute RZ
10 - x
| Introduction - Présentation - Généralités |
Cette page reprend quelques infos glanées de-ci, de-là, en vue d'exploitation future ... ou tout simplement pour me permettre de remettre rapidement la main dessus ;)
Représentation physique et schématique de la LED
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Une diode éctroluminescente, abrégée sous les sigles DEL ou LED (de l'anglais Light-Emitting Diode),
est un composant optoélectronique capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique.
Sur le composant, l'anode (+) est le côté où la patte du composant est la plus longue.
La cathode(-) est donc la patte la plus courte.
Vu du dessus, la LED n'est pas totalement circulaire, il y a toujours un côté plat. Ce méplat représente la cathode(-).
Cette astuce est indispensable pour reconnaitre la cathode(-) lorsque les pattes sont coupées.
Remarquez aussi que la cathode (-) aboutit à l'enclume, dans le bulbe. L'enclume étant la partie métallique présentant le plus de surface.
Sur un schéma électrique, la cathode(-) est représenté par le côté où il y a le bord plat, à l'extrémité du triangle.
Point important à retenir :
Ne jamais brancher une LED à l'envers sous peine de la détruire car la tension inverse est relativement faible ! |
Différents types de LED
Ce composant est très courant en électronique. Dès lors il est composé de plusieurs familles définies selon la puissance ou selon le spectre d'émission de lumière.
Puissance
Il y a des LED qui émettent plus ou moins de lumière. Les petites LED de faible voltage sont amplement utilisées comme voyants témoin de veille des appareils électriques, ...
Les LED puissantes sont quant à elles de plus en plus connues du grand public pour servir d'ampoules, de lampe de poche ou encore de phares de voiture.
Couleur de la lumière
Les LED peuvent être d'une couleur bien définie par exemple être rouge, verte, bleu ou blanche.
Mais il y a aussi des LED qui peuvent présenter plusieurs couleurs différentes. Celles-ci présentent alors une anode ou une cathode commune.
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A l'aide d'une LED particulière dite "RGB" ou "RVB" on peut contrôler la couleur d'une LED.
R: Red / Rouge
G/V: Green/Vert
B: Blue/Bleu
Elle est en fait composée de 3 LEDs de couleurs différentes enfermées dans un seul et même composant.
Les meilleures LEDs RGB seront les LEDs dite à diffusion (LEDs tricolores diffuses). |
Il existe également des LED infrarouges qui permettent d'émettre une lumière qui ne sera pas vue par l'oeil humain.
Ces LED infrarouges sont par notamment utilisées dans les télécommandes IR.
Alimentation d'une LED
La valeur critique à respecter est le courant (exprimé en milliAmpère)qui va la traverser en fonction de la tension d'alimentation (exprimée en Volt) qui lui sera appliquée.
Ce courant, ainsi que la tension de chute, seront obtenus en placant une résistance en série, de valeur correcte.
D'une manière générale, pour les Leds conventionnelles, on considèrera que le courant max est de 20mA mais qu'il est préférable de calculer la résistance pour obtenir un courant de 10 à 15mA.
Attention cependant, certaines Led à haut rendement, dites "High Brightness LED", demandent bien moins de courant pour une luminosité pourtant bien plus importante.
A noter qu'une petite Led "classique" en technologie SMD est déjà très visible avec un courant de 0,5 mA !
Calcul de la résistance
Pour calculer cette résistance, il faut savoir qu'en fonction des couleurs émises, les Leds présentent des chutes de tension très différentes !
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Il faut aussi tenir compte du fait que la chute de tension aux bornes d'une diode, et donc d'une Led, augmente en fonction du courant qui la traverse !
Les tableaux présentés ci-dessous donnent une indication de la chute de tension pour une intensité maximale de 15 mA.
Comme un courant de 0,5mA est parfois largement suffisant pour éclairer une led SMD témoin, la chute de tension à ses bornes sera bien moindre.
Il faudra en tenir compte pour le calcul de la résistance Série.
Tableau des spécifications des LED SMD, format 1206 (Metric 3216) |
Il va donc falloir impérativement tenir compte des spécificités d'alimentation relatives aux couleurs.
Ainsi, dans le cas d'un circuit présentant plusieurs leds devant s'allumer en même temps, il est préférabe d'adjoindre une résistance propre et spécifique à chaque Led.
La valeur de la Résistance se calcule avec la formule suivante: 
V.Alim: Tension d'alimentation du circuit (V)
Delta V: Chute de tension de la Led (V)
i: Courant désiré dans la Led exprimé en Ampère.
Exemple:
Soit une Led Rouge qui présentera une chute de tension moyenne de 1,8V, alimentée par une batterie de 4,5V pour 15mA.
R = (4,5 - 1,8) / 0,015 = 820 Ohms.
Remarques:
Vous aurez remarqué que, à courant égal, les LEDs Vertes et Bleues présentent une très large plage de leur chute de tension en fonction des matériaux qui les composent !
Si vous ne possédez pas le DataSheet de votre composant, jouez la prudence en calculant avec la chute de tension la plus basse , ce qui vous donnera une Résistance plus importante.
Procédez alors à un test sur une platine d'essai et modifez les valeurs au besoin.
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Feuille de calcul automatisée
Feuille de calcul Excel pour déterminer la valeur d'une Résistance ainsi que sa puissance.
Tableau des valeurs des Résistances normalisées
Chutes de tensions en fonction des diverses couleurs et types de Leds |
Code des couleurs sur 4, 5 ou 6 bandes d'identification
Pas toujours évident de repérer la première bande !
Spécificité des LED blanches
Du fait que ces LED sont construites sur la base de plusieurs puces qui émettent sur des longueurs d'onde différentes, il n'est plus de bon ton de parler de longueur d'onde pour une LED blanche.
Par contre, on parlera volontier de "température de couleur équivalente", le terme "température de couleur" est bien connu des professionnels de l'image vidéo et photo, qui indique si une lumière est plutôt chaude (valeur basse) ou froide (valeur élevée).
L'unité de mesure n'est plus le nanomètre (nm) mais le Kelvin (K).
Pour faire assez rapide, un eclairage xénon ou LED de 3000K offrira une lumière jaune dite "chaude", contraitement à un 8000K qui affichera une couleur d'eclairage bleue, dite "froide".
3000K = jaunâtre
4300K = jaune / blanc
5000K = blanc de jour / blanc neutre
6000K = blanc reflets bleutés
8000K = bleuté
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Pour donner un exemple d'application, le photographe ou le vidéaste qui souhaite effectuer un appoint lumineux avec un petit projecteur à LED blanches cherchera un ensemble
dont la température de couleur est comprise entre 5000K et 6000K pour un effet lumière du jour (bien sûr le rendu ne sera pas le même si on combine la vraie lumière du soleil
avec celle de l'appoint, et si on n'utilise que la source artificielle). D'un point de vue commercial, on peut aussi trouver les appellations suivantes :
Cool white (froid) - température couleur entre 5600K et 6500K (éclairage plutôt bleuté)
Warm white (chaud) - température couleur voisine 3100K (éclairage plutôt jaunâtre)
Neutral white (neutre) - température couleur voisine 4100K (éclairage blanc ou presque blanc)
Source: https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_led.html |
| LED alimentée directement en 240V |
Nous avons vu, ci-dessus, la manière de calculer la résistance chutrice pour alimenter correctement une LED.
Il est possible de connecter directement une LED sur le secteur (220//240 ACV).
Mais nous allons ici utiliser un Condensateur en guise de résistance chutrice.
Condensateur = Résistance ???
OUI, nous allons ici nous pencher sur la notion d'impédance du condensateur lorsqu'il est utilisé sous tension alternative de fréquence donnée.
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Z représente l'impédance que nous devons calculer.
Dans le cas d'un Condensateur, 
La fréquence "f" étant ici égale à 50Hz.
Si nous reprenons la formule classique de la Loi d'Ohm: I = V/R, soit R = V/I
et que nous remplacons R par Z, on obtient:
et on obtient finalement: avec (2 x pi x f = 314,159265...)
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Si on veut ainsi alimenter une LED sous un courant de 10 mA: (La tension réseau annoncée à 220V est généralement plus proche de 240VAC !)
C = 0,010 / (314 x 240) = 0,010 / 75.360
C (en Farad !) = 0,000 000 132 Farads = 132 nF
Il faudra alors utiliser une capa de valeur normalisée et recalculer le courant avec la formule finale:
Et ainsi, si on prend une capa normalisée de 220nF, on obtiendra un courant d'alimentation de :
220 nF x 314 x 240 = 16,6 mA
220 nF x 314 x 220 = 15,2 mA
Et pour une capa normalisée de 100nF, le courant sera de:
100 nF x 314 x 240 = 7,5 mA
100 nF x 314 x 240 = 6,9 mA
Variante:
Mettre en serie un condensateur de 0.1µF à 0.01µF / 275 volts, une résistance de 2Kohms (1/2 watt) et la LED.
Pas besoin de diode.
La résistance sert à limiter le pic de courant lors de la charge du condensateur.
Elle ne chauffe quasiment pas.
La LED est aussi traversée à chaque demi-alternance par un courant inverse de environ 10 mA qui ne la fait donc pas griller.
CALCULATEUR DE REACTANCE CAPACITIVE
Tableau comparatif.
Les LED sont énergétiquement très efficientes.
Leur bilan favorable d'énergie et de puissance est le résultat d'un long développement technique.
La première LED atteignait en 1962 un rendement lumineux de 0,1 lumen par watt (lm/W), soit moins qu'une flamme de bougie qui est de 0,2 à 0,4 lm !
Actuellement, les HighPower LED, utilisée en service quotidien, fournissent de 100 à 120 lm/W.
En laboratoire, on atteint aujourd'hui des valeurs de 200 lm/W et plus !
A titre de comparaison: une lampe halogène 230V arrive à environ 20 lm/W, et 14 à 30 lm/W pour une halogène 12V.
Les lampes à fluorescence atteignent 40 à 100 lm/W.
Pour une comparaison raisonnable et fiable de la luminosité désirée, la valeur des Lumens est une bon indice.
Les Leds, comme la plupart de tous les autres composants électroniques se trouvent au format CMS/SMD/SMT:
CMS: Composants Montés en Surface
SMD: Surface Mount Device
SMT: Surface Mount Technology
Il s'agit de composants dépourvus de pins traversantes et qui sont donc soudés à la surface du circuit imprimé.
Le circuit imprimé ne doit alors plus être foré. Avantage pour la production: solidité accrue et réalisation plus rapide.
En outre, ils ont l'avantage d'être miniaturisés. Cela permet d'optimiser au maximum une platine en terme d'encombrement.
Pour les boîtiers à deux bornes, la référence contient en fait la dimension, en 1 /100 de pouce OU en millimètres
Par exemple, un boîtier 1206 a pour dimensions 12 x 6 centièmes de pouces, soit 3,04 x 1,52 mm, que l'on arrondit de façon standard à 3,2 x 1,6 mm .
Le seul revers de la médaille des composants CMS serait la difficulté qu'éprouveront certains amateurs pour souder ces mini-composants.
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SMD0402 de 1mm x 0,5 mm ! |
A ce sujet, le Web regorge de conseils et videos instructives.
Pour ma part, j'utilise une loupe grossissante 3x et un bon flux liquide.
Une panne creuse peut être un avantage pour les circuits intégrés de type DIL/DIP.
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La taille des composants CMS est très variable en fonction du type de composants.
On ne peut donc pas vraiment parler de normalisation de la taille.
Elle s'exprime en mesures impériales (inch) ou métriques (mm) suivant les producteurs !
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Quelques exemples de tailles (extrait)
Les Leds existent en type SMD sous des formats spécifiques
(Extrait)
Certaines LED de puissance se trouvent en format SMD.
Elles nécessitent cependant une surface de refroidissement, parfois importante,
pour dissiper la chaleur dégagée.
Comparatif des tailles usuelles
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Il arrive que vous cherchiez à reproduire sur vos modèles une couleur vue sur une photo publiée sur le Web.
Pour cela, un programme d'analyse de couleurs facilitera idéalement le travail.
Il s'agit d'un programme présentant une "pipette" à l'aide de laquelle vous saisissez la zone couleur qui vous intéresse sur l'écran de votre PC.
Notez ici que le réglage Gamma de votre écran n'aura aucune influence sur le résultat !
Pour ma part j'utilise ColorPix, mais il en exite une multitude d'autres, et je le place dans la barre d'outil au bas de l'écran pour l'activer à la demande.
Sélectionnez alors la zone la plus appropriée en tenant compte des éventuelles ombres à éviter ou autres zones plus exposées à la saturation de lumière.
Une fois le code RGB exact connu, il peut être intéressant de savoir si une proche teinte voisine existe dans le nuancier RAL.
Pour le savoir... rien de plus simple !
Ouvrez votre navigateur Internet préféré et tapez: rgb.to/115,149,125 (115,149,125 étant les valeurs R, G et B données par l'analyseur de couleur)
La réponse la plus approchante dans la norme RAL sera RAL6021 
En outre, si vous trouvez que le RAL proposé n'est pas suffisament approchant, vous obtiendrez également le code de la couleur exacte en divers autres formats..
Ces format (HSL, HSB, CMYK, CSS, Hex, WebSafe) pourront être exploités par les machines à mélanger les peintures utilisées par vos fournisseurs habituels.
Notez que la plupart de ces formats nous étaient déjà donnés par l'analyseur ColorPix ici utilisé.
Définition des codes de la couleur exacte
Enfin, vous obtiendrez également la valeur correspondante de sa couleur complémentaire (inverse négatif), et d'autres combinaisons harmoniques.
Quelques RAL usuels:
Si la valeur RAL ne vous convient pas vraiment, on peut affiner exactement la définition de la teinte et de la nuance désirée par son code NCS (Natural Color System).
Le système NCS est utilisé par la plupart des machines à mélanger les couleurs.
Ce code vous permettra donc de définir et d'acheter la couleur que vous désirez exactement.
Le NCS défini d'abord la TEINTE de base par l'indication de la proportion du mélange de 4 couleurs pures de base, dans les combinaisons suivantes: Yellow/Red, Red/Blue, Blue/Green et Green/Yellow.
Dans le cercle chromatique NCS, représenté ci-dessous, G70Y, par exemple, indique un mélange composé de 70% de jaune et 30% de vert.
De même, R30B indique un mélange composé de 30% de bleu pour 70% de rouge.
Cercle chromatique NCS des TEINTES de base
A cette teinte de base, il faut alors ajouter la NUANCE.
Celle-ci est composée de la teinte, définie ci-dessus, à laquelle on ajoute du blanc et du noir en proportion précise.
Toute la gamme des couleurs peut alors être représentée par une sphère qui est composée de plusieurs roues chromatiques de base.
Roues auxquelles on ajoute du blanc et du noir, en partant du haut ou du bas et de l'intérieur vers l'extérieur de la sphère.
Sphère des NUANCES
Les nuanciers triangulaires NCS
Toutes les couleurs, dans le système NCS, sont donc définies par un pourcentage de couleurs de base (la chromaticité), de blanc et de noir.
Pour obtenir plus facilement un nuancier complet au format 2D, le Système NCS se normalise alors sous la forme de nuanciers présentés sous forme de triangles.
Le NCS Color Triangle caractérise ainsi les nuances d'une teinte du cercle chromatique.
Un triangle est d'abord répertorié et qualifié par sa teinte de base. Exemple G30Y (30% de Yellow et 70% de Green)
On établi alors les nuances de cette teinte en faisant varier le pourcentage de ce mélange de base (la chromaticité) , le % de noir et le % de blanc.
La désignation 3020, par exemple, correspond à une nuance composée de 30% de noir pour 20% de couleur de base, reste alors 50% de blanc pour obtenir les 100%.
Ainsi, une nuance allant de claire à foncé et de achromatique à chromatique peut être parfaitement définie.
Le code nuance d'une couleur désigne alors sa position exacte sur le triangle des couleurs.
Sur un triangle des nuances NCS, C signifie intensité maximale de la couleur ou chromaticité, W signifie blanc et S pour noir.
Les échelles de chromaticité, de blancheur et de noirceur sont chacune divisées en cent parties qui peuvent être interprétées comme des pourcentages.
Explication du Code NCS
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Triangle des nuances de la teinte de base G30Y
(G30Y = 30% de jaune + 70% de vert) |
Pour en revenir à notre analyse d'une couleur à reproduire, nous avons pu déterminer son code RGB. (115, 149, 125)
On trouve alors aisément, sur le Web, des convertisseurs RGB / NCS. (RGB to NCS converter)
Exemple: http://www.idecolor.com/es/conversor-de-color-ncs
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RGB (115, 149, 125) = NCS S 3020-G
Convertisseur RGB / Code NCS
Le code nuance NCS obtenu est donc 3020 G.
Soit une couleur constituée de 30% de noir, 20% de vert pur et 50% de blanc. |
Nuances du vert pur (100% de vert)
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Autre exemple d'analyse:
Tapez rgb.to/109,162,175 . La réponse la plus approchante dans la Norme RAL sera ici RAL6034
Définition des codes de la couleur exacte
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RGB (109, 162, 175) = NCS S 3020-B30G
Le code nuance NCS obtenu est donc 3020-B30G.
Soit une couleur constituée de 30% de noir, 20% de (30% vert+70% Bleu) et 50% de blanc. |
Teinte de base: 30% de Vert + 70% de Bleu |
Une fois le code trouvé, les triangles du nuancier NCS voisins vous permettront d'affiner encore un peu plus la définition de votre teinte finale !
Vous pouvez aussi regarder les triangles les plus proches pour affiner votre choix si nécessaire.
Teinte de base plus bleue: 20% de Vert + 80% de Bleu Teinte de base plus verte: 40% de Vert + 60% de Bleu
Dans un ensemble de radiocommande, la longueur des antennes de l'émetteur comme du récepteur est primordiale.
En effet, utiliser une antenne non accordée pour l'émetteur ou raccourcir la longueur de l'antenne souple du récepteur conduira à une perte certaine de portée et de fiablité de votre ensemble de contrôle !
Vous trouverez ci-après un fichier Excel vous permettant de calculer la longueur idéale de vos antennes en fonction de votre fréquence d'émission.
De même, en mesurant la longueur d'une antenne quelconque, ce fichier vous indiquera dans quelle plage de fréquence cette antenne est la plus efficace.
CALCULATEUR DE LONGUEUR D'ANTENNE
| Stabilisation de tension par Zener: Calcul de la Résistance de chute RZ |
CALCULATEUR RZener
Voir aussi: https://www.eclecticsite.fr/elec/zener.htm
http://extremetracking.com/open?login=rglalpmn
