Projet 1 - LED Simple
Objectifs
L'objectif de ce projet est de comprendre comment allumer une LED en toute sécurité, de découvrir pourquoi lui associer une résistance est indispensable pour sa survie et quelle est la relation entre la valeur de la résistance et l'intensité lumineuse de la LED.
Composants utilisés
| Composant | Nombre |
|---|---|
| Arduino Uno | 1 |
| Fils de connexion | 2 |
| Résistance 75 \(\Omega\) | 1 |
| Résistance 300 \(\Omega\) | 1 |
| LED | 1 |
| Pile bouton 3V (optionnel) | 1 |
Pourquoi une résistance ?
Une LED est un composant à semi-conducteur qui ne suit pas la loi d'Ohm classique. Sa résistance interne n'est pas fixe et elle dépend de la tension qu'on lui applique :
- En dessous de 2 V : Sa résistance interne est immense, elle bloque totalement le passage de l'électricité.
- Au-dessus de 2 V : Sa résistance interne s'effondre brutalement pour devenir presque nulle. Elle se comporte alors comme un conducteur quasi-parfait (un simple fil).
Ainsi, si vous connectez directement cette LED à une alimentation de \(3,3 V\), la LED absorbe sa tension de seuil de \(2 V\), il reste un surplus de tension de \(1,3 V\) dans le circuit. Ce surplus ne rencontre alors que la résistance de vos fils de connexion (estimée à environ \(0,5\Omega\) ).
Une LED standard est physiquement dimensionnée pour supporter un courant maximal de \(0,02 A\). En subissant un courant de \(2,6 A\) (soit 130 fois sa limite), le flux d'électrons est beaucoup trop dense. Le minuscule cristal de silicium situé au cœur de la LED dépasse sa température de fusion et brûle en une fraction de seconde.
Calculer la bonne valeur de résistance
Le courant nominal d'une LED rouge est de \(0,02A\) 1 et sa tension de seuil est d'environ \(2V\) 2
Pour calculer, nous utilisons la loi d'Ohm :
La valeur de résistance critique permettant d'atteindre le point de fonctionnement nominal de la LED est donc de \(65\Omega\). En dessous, la LED rentre en situation de surintensité et risque de se détruire.
Résistance, devant ou derrière la LED ?
Dans un circuit avec une LED et sa résistance sont branchées en série, le courant (l'intensité) est le même en tout point de la boucle. La résistance est là pour limiter le passage des électrons pour éviter que la LED ne grille. Qu'elle soit placée avant ou après la LED, elle freinera le courant de la même manière dans tout le circuit, en d'autres termes, le courant \(I\) ne peut ni se perdre, ni s'accumuler. Il est mathématiquement contraint d'être uniforme en tout point de la boucle
Ce principe est formalisé par la première loi de Kirchhoff : La somme algébrique des intensités des courants qui convergent vers un nœud est nulle. \(\sum_{i=1}^{n} I_i = 0\)
Donc avant ou après, la position d'une résistance en série n'a pas d'importance.
Le schéma de montage
Faire clignoter la LED
Jusqu'à là, l'Arduino ... n'a servi à rien ! Il a simplement été utilisé comme source d'alimentation \(3.3V\) mais aurait très bien pu être remplacé par une pile pour un coût 100 fois moindre :
L'intérêt de l'Arduino réside dans le contrôle et l'intelligence que vous ajoutez au circuit. Vous pouvez ainsi programmer une LED pour la faire clignoter et faire varier sa luminosité à votre guise (de manière aléatoire, pour faire du morse, selon la valeur d'un autre capteur ...).
En ce moment, la LED est branchée directement sur la broche 5V (Alimentation continue). Cela signifie qu'elle reçoit du courant en permanence, sans que votre code ne puisse la contrôler. Pour reprendre le contrôle, vous devez utiliser une broche numérique (Digital PIN). Pour rappel : Les broches numériques (0 à 13) sont programmables. Elles agissent comme des interrupteurs électroniques que vous pouvez piloter avec votre code. Les valeurs possibles sont :
- HIGH (\(5V\)) : L'Arduino applique une tension de 5V sur la broche.
- LOW (\(0V\) ou Ground) : L'Arduino coupe la tension sur la broche.
- Toutes autres valeurs entre 0 et 255 pour les broches notées
~(pour PWM (Pulse Width Modulation) ou Modulation d'Impulsion en Largeur), mais nous verrons cela plus tard.
Le nouveau schéma
Warning
Les broches numériques de l'Arduino Uno fournissent une tension de \(5V\) lorsqu'elles sont configurées à l'état HIGH (et non du \(3,3V\)). Assurez-vous que la valeur de votre résistance est correctement calculée pour cette tension de \(5V\) afin de protéger efficacement votre LED et d'éviter de la griller.
Une fois le fils déplacé sur la broche 2, voici le code minimal que vous devez téléverser dans votre Arduino :
#define LED_PIN 2
void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
delay(500);
}
Vous êtes passé d'un circuit électrique passif (où la LED subit l'alimentation) à un système embarqué programmable. La broche numérique devient le point de contrôle où votre code décide d'injecter ou de couper les 5V. C'est la base de projets plus complexes !
