La LED

Généralement une LED a un courant nominal maximum ( D.C Max Forward Current ) de 20mA. (Exemple : https://www.farnell.com/datasheets/2863875.pdf) Il ne faut donc pas dépasser cette limite pour cela on utilise une résistance en série pour protéger cette dernière qui peut être alimenté en 3.3V,5V, 12V ou plus.

Il faut aussi savoir que suivant la couleur la tension de seuil (Forward Voltage) n'est pas la même (ceci est dû à l'élement chimique qui compose la LED elle même) par exemple :

Alimentation en 5V

Pour expliquer les principes et les calculs de base nous allons travailler avec un cas très simple. Nous désirons faire fonctionner une led à partir d'une tension de 5 volts en courant continu.

Si nous alimentons cette led directement en 5 V, elle éclaire mais, le courant qui la traverse est excessif et elle finit par chauffer et griller. Pour limiter le courant, nous allons câbler une résistance en série avec la LED.

Par exemple pour la suite nous prendrons une LED connu : la led verte 703-0097 multicomp®.

Les documents techniques (datasheet) du constructeur de la led verte 703-0097 multicomp® nous indiquent une tension direct de 2,1 V pour un courant $If$ de $20 mA$ sachant que cette diode est prévue pour un courant de 30 mA maximum en mode continu (à $TA=25°C$).

Calcul de la résistance

Le calcul est une simple application de la loi d'Ohm et se fait en deux temps.

Nous calculons d'abord la chute de tension nécessaire pour que la diode led soit soumise à une tension direct de 2,1 V : $UR=U(Alim)−Vf$. Soit : $UR=5−2,1=2,9 V$. Cette tension de $2,9 V$ représente la tension qui sera présente aux bornes de notre résistance de limitation.

Nous calculons maintenant la valeur de la résistance en tenant compte de la valeur du courant qui traversera la LED (soit 20 mA). $R=UR÷If$. Soit : $R=2,9÷0,020=145 Ω.$ En pratique nous utiliserons une résistance de la série E24 de 160 Ω.

Circuit en 12V et 24V

Un élément de calcul à jusque là été ignoré : il s'agit de la puissance dissipée par la résistance de limitation. Pour alimenter un led en 12 ou 24 V, nous allons vite nous rendre compte de l'importance de ce paramètre.

L'effet Joule nous dit qu'un conducteur traversé par un courant électrique s'échauffe. Notre résistance de limitation va donc s'échauffer au passage du courant destiné à la LED.

Remarque : la résistance est un récepteur thermique qui dissipe toute son énergie sous forme de chaleur.

Ensuite, plus la chute de tension à obtenir est forte ($U(Alim)−Vf$) et plus la résistance doit être élevée (cette tension se reporte aux bornes de la résistance de limitation).

Il faudra donc tenir compte de cet échauffement et connaître la puissance dissipée par la résistance pour bien dimensionner notre composant.

Pour calculer cette puissance, la formule adaptée à ce cas est la suivante : $P=R×I2$ (en watt).

Exemple : Pour une alimentation en 24V et un If de 30mA max :

$R=(24−2,2)÷0,030=726 Ω$. $P=726×0,032=0,65 watt$. Il faudra utiliser une résistance de 750 ohms en 1 watt de dissipation.

Les résistances d'un quart de watt (0,25 W) sont couramment utilisées dans les circuits classiques d'électronique (avec une tendance croissante vers 1⁄8 de watt soit 0,125 W). Il faudra donc bien spécifier la puissance requise si nous n'utilisons pas cette valeur courante.