LED et calcul de la résistance série

LED et calcul de la résistance série

La plupart du temps, on ne peut pas brancher directement une LED sur une source de tension (pile, adaptateur, etc). Il faut mettre en série une résistance de limitation de courant, mais comment la calculer ? Est-elle toujours indispensable ?

Caractéristiques électriques d'une LED

Une LED fonctionne en courant et tension continus. Comme une diode classique, la LED ne conduit que dans un sens. Dans l'autre sens, elle est bloquée mais ne supporte pas des tensions inverses élevées (souvent 5V max). Lorsqu'une LED est passante, il s'établit à ses bornes une tension assez indépendante du courant : on peut appeler cette tension la tension de seuil. Elle dépend du matériau utilisé dans la LED, et donc de sa couleur.

Diverses couleurs de LED

LED rouge, orange, jaune (ambre) : 1.8V à 2V
LED verte standard (vert clair) : 1.8V à 2.2V

Caractéristique typique pour une LED rouge, une LED verte et une LED bleue

La tension aux bornes de la LED rouge ne varie que de 1.55V à 1.93V quand on fait varier le courant de 1mA à 20mA. Si on dispose d'une alimentation stabilisée réglable fixée à 1.93V, on pourrait y brancher directement une LED rouge. Il faut éviter de faire ainsi parce qu'une petite variation de tension entraîne une grande variation de courant.
En passant de 1.93V à 2.20V, le courant dans la LED est multiplié par 2 !

Rôle de la résistance série avec la LED

La résistance série est justement là pour éviter ce phénomène fâcheux ! L'électronicien n'a toujours sous la main une alimentation parfaitement stable en tension. Pour pouvoir utiliser facilement une LED avec une alimentation standard (pas forcément des plus stables), il faut insérer en série une résistance :

Résistance série avec la LED

Mais comment calculer cette résistance ?

Calcul de la résistance série pour la LED

Prenons un exemple : à partir d'une alimentation 12V, on souhaite allumer une LED rouge qui supporte 20mA. Sa tension de seuil est de 1.8V.

L'additivité des tensions s'écrit : ULED + UR = 12V

ULED est égale à la tension de seuil (supposée indépendante du courant).

La tension UR vaut donc : UR = 12V - ULED = 12V - 1.8V = 10.2V

Or, le courant dans la résistance est égal à celui de la LED, c'est-à-dire 20mA.

La valeur de la résistance se déduit à partir de ces deux informations :

R = 10.2V / 20mA = 10.2V / 0.02A = 510 Ohms

Cette valeur correspond à une valeur standard. On retiendra donc R = 510 Ohms.

Si la valeur trouvée n'est pas standard, choisir la valeur standard supérieure la plus proche (exemple : pour 637 Ohms, on choisit 680 Ohms).

La formule générale pour calculer la résistance s'écrit donc :

Avec quelques remarques utiles au débutant :

Calcul de la résistance en série avec la LED (et ses commentaires en vert)

Calcul du pire cas

Pour ne jamais risquer de griller la LED, le courant ne doit pas dépasser le courant maximal admissible dans la LED (souvent 20mA). On peut souvent se contenter d'un courant réduit de moitié.

Le pire cas est obtenu avec la tension d'alimentation la plus grande. Si l'alimentation risque de fluctuer entre 11V et 15V, il faut faire le calcul avec 15V.

Le pire cas est obtenu avec la tension de seuil de la LED la plus faible. Si la tension de seuil n'est pas connue précisément (entre 3V et 3.6V), il faut faire le calcul avec 3V.

Dissipation dans la résistance

La dissipation de chaleur est à considérer pour des tensions d'alimentations élevées comme 24V. La puissance dissipée vaut :

Il faut choisir un modèle de résistance au moins capable de supporter la puissance, ou mettre en série ou parallèle plusieurs résistances pour répartir la dissipation.

Maquette d'ensembles de 4 LED en série avec leur résistance

Si on souhaite utiliser plusieurs LED en même temps, on peut réduire le courant consommé et la dissipation en mettant plusieurs LED en série. Il faut alors recalculer la résistance, comme nous le verrons dans l'article suivant.