Ecran d'ampoules piloté avec des LED photodiodes

Nina67 - Mis à jour: mercredi 20 avril 2022 14:53

Un ensemble d'ampoules 6 Volts permet de créer un véritable écran artistique. Chaque ampoule est pilotée par un circuit individuel qui mesure la luminosité reçue par une photodiode. Un ensemble de photodiodes permet ainsi de créer une sorte de capteur de luminosité dont chaque capteur retranscrit ce qu'il reçoit sous forme de lumière vers l'ampoule. L'écran d'ampoules est ainsi une réalisation artistique qui, d'un point de vue électronique, est un ensemble de circuits identiques fonctionnant simultanément. Point de multiplexage de signaux ni de numérique.

Une LED utilisée en photodiode permet de graduer la luminosité une ampoule 6 Volts ou tout autre type d'ampoule. Cet article présente le schéma et la réalisation d'un montage de LED qui commandent des petites ampoules 6 V 300 mA.

Schéma d'un ensemble capteur photodiode, amplificateur et ampoule 6 Volts

Ci dessous, le schéma de la photodiode, de l'amplificateur et de la commande de l'ampoule 6 Volts :

ecran ampoule 6V 300mA photodiode led

Schéma du montage LED (photodiode), ampoule 6 V, alimentations 6 V et 8 V

La LED fonctionne en photodiode et crée un tout petit courant. Une tension de 50 mV à 100 mV environ apparaît aux bornes de D1 lorsque la LED est tournée vers une surface lumineuse homogène (plafond éclairé fortement par exemple). Cette tension est amplifiée par l'ampli op TL072 ou TL082 (montage non inverseur).

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Tension aux bornes de la LED et de la résistance de 10 Mégohms

Pour piloter l'ampoule 6 V 300 mA, il faut ajouter un transistor qui fournit le courant nécessaire. Un transistor NPN fait l'affaire : il fonctionne en émetteur suiveur. Il doit supporter au moins 300 mA en continu et des pointes de courant supérieures (le filament froid va créer un appel de courant jusqu'à environ 5 à 10 fois le courant nominal). Un BD139 fait l'affaire et son prix est très économique et dissipe suffisamment de chaleur dans le cas d'une ampoule allumée à moitié (c'est là que le transistor chauffe le plus).

Alimentations de l'écran d'ampoules et ses capteurs : 6 V et 8 V

Les ampoules sont des 6 V 300 mA. La tension de sortie de l'ampli op plafonne environ 1,3 V en dessous de sa tension d'alimentation. Avec la chute de tension supplémentaire égale à Vbe du transistor (0,7 V), la chute de tension totale atteint environ 2 V.

Il est judicieux d'alimenter l'ampli op avec 2 V de plus que le collecteur du transistor. Cela permet de diminuer de 2 V la tension Vce du transistor, et ainsi de diminuer son échauffement et la consommation du montage.

Pour créer les alimentations 6 V et 8 V, on peut utiliser un montage basé sur un LM317 (régulateur de tension ajustable).

Alimentations de l'écran d'ampoules

L'alimentation repose sur une alimentation continue 6 V et un transfo fournissant une tension unique : transfo facile à trouver ou à récupérer. L'astuce consiste à prendre comme borne commune des alimentations non pas la masse, mais le +6 V, ce qui permet de créer le +8 V à partir des 2 V issus du LM317. L'essentiel est d'avoir un écart précis (égal à 2 V) entre le +6 V et le +8 V.

Le LM317 doit être monté sur radiateur ! Le boitier du LM317 est au potentiel de sa sortie ("tab is output" d'après datasheet). Il faut donc isoler le radiateur ou isoler le LM317 du radiateur.

ecran ampoule 6V alimentation

Schéma de l'alimentation de l'écran d'ampoules

R4 et R5 servent à créer la tension de 2 V (= 1,25 V x (1 + R4 / R5)) en sortie du LM317 :

D1 sert de sécurité si le transfo 12 V ne fonctionne pas ou n'est pas branché (ou que le LM317 est absent ou défectueux, elle assure un passage du courant non destructeur au LM317.

Les alimentations 6 V peuvent être des cartes modifiées d'alimentations ATX :

ecran ampoule alimentation 6V

Alimentation 6 V 15 A pour les ampoules

Dissipation du transistor BD139 de l'écran d'ampoules

Le pire cas est quand l'ampoule voit 3 V et que Vce = 3 V. Le courant est alors de 0,20 A environ. La puissance dissipée dans le transistor vaut :

P = Ic x Vce = 0,2 x 3 = 0,6 W

En pratique, la dissipation moyenne est plus faible parce que l'ampoule n'est pas tout le temps allumée à moitié.

Le transistor BD139 n'a pas besoin de radiateur.

Montage d'ampoules 6 V pour un écran d'ampoules

On peut réaliser ce montage à plusieurs dizaines d'exemplaires : des dizaines de LED pilotent en même temps les dizaines d'ampoules correspondantes.

L'alimentation 6 V doit fournir un courant suffisant (300 mA x nombre d'ampoules). L'ampli op TL072 a l'avantage d'être double : il permet de piloter 2 ampoules avec 2 LED. On peut aussi utiliser un TL074 qui contient 4 ampli op.

On a intérêt dans ce cas à trier les LED en fonction de leurs caractéristiques en tant que photodiodes :

Tri de LED utilisées en photodiodes

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Tri de LED en fonction de leur gain tension / luminosité (valeurs lues en mV)

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Utilisation du banc de test : lire la tension sur le voltmètre...

Montage de 100 ampoules 6 V

Voici un petit exemple de dimensionnement pour 100 ampoules 6 V:

Pour 100 ampoules, l'alimentation doit fournir :

250 mA sur -Vcc
600 mA sur +8 V (attention au LM317, c'est lui qui fournit 600 mA)
30 A sur +6 V (possibilité d'utiliser plusieurs alimentations 6 V séparées pour un nombre réduit d'ampoules). Leur connexion commune doit alors être le +6 V. Leurs masses respectives doivent être reliées aux masses respectives des amplis op correspondants. Cela permet de faire une alimentation positive commune (+8 V) pour tous les amplis op.

Le transfo 12 V devra alors faire au moins 20 VA.

Il faudra donc :

100 ampoules 6 V 300 mA
100 douilles
50 TL072 ou 25 TL074
100 résistances 100 k
100 résistances 2,2 k à 3,3 k variées pour s'accorder au "gain" de la photodiode LED
nappes de fil (type HE10 par exemple) et connecteurs pour aller des sorties d'amplis op jusqu'aux bases des transistors (côté ampoules)
150 à 200 LED qu'on triera et dont on gardera les plus proches en caractéristiques "photodiode"...

Défauts d'alimentation, pannes et symptômes

Comportement capricieux des ampoules

Lorsqu'on diminue l'éclairage reçu par les LED photodiodes, il se peut que la luminosité de l'ampoule ne réagisse pas correctement et fasse un "saut". Cela peut être dû à une instabilité de l'ampli op TL072 à cause d'une charge capacitive trop grande (capacité parasite entre la sortie de l'ampli op et la base du BD139 qui peut être à plusieurs mètres). Dans ce cas, il faudra ajouter une résistance de 47 ou 100 Ohms environ en série avec la sortie de l'ampli op.

Luminosité fixe sur toutes les ampoules

Si le transfo 12 V n'est pas branché ou a grillé, les amplis op fournissent une tension de 4 V environ et toutes les ampoules brillent à moitié (environ 3,5 V). La luminosité des ampoules est brusquement homogène et fixe (ne dépend plus de la luminosité incidente sur les LED).

Si une seule alimentation des amplis op est absente, il se peut qu'on voie briller les LED qui servent de photodiodes ! Pas de panique, il faut alors vérifier la présence des alimentations sur les TL072 (patte 4 : -Vcc et patte 8 : +Vcc).

Ampoules qui rougeoient quand elles devraient être éteintes

Si le condensateur C1 est absent ou en circuit ouvert, il se peut que les ampoules de vélo ne soient pas tout à fait éteintes lorsque les capteurs (LED) ne sont pas du tout éclairés. Il ne s'agit pas de boucles de masses, mais de parasites liés au réseau 50 Hz environnant. Si quelques ampoules rougeoient faiblement alors qu'elles devraient être parfaitement éteintes, il faut remplacer C1 (4,7 nF).

Ampoules qui ne s'allument pas

Un faux contact est probable dans ce cas. Vérifier l'état de l'ampoule, de la douille, des connexions du transistor BD139, et des connexions vers l'ampli op TL072.

ecran geant ampoules 6V