[FT] intégrer des LEDs, petit cours de base en électronique

[FT] intégrer des LEDs, petit cours de base en électronique
Comme la question reviens de plus en plus, voici un petit cours d'électronique pour comprendre comment utiliser des LEDs, ces petites loupiotes qui consomment très peu de courant et qui sont très pratiques à intégrer en raison de leur petite taille et leur robustesse. Pour commencer nous n'aborderons que la théorie.
La pratique viendra un peu plus tard.
 

1. C'est quoi l'électricité ?
Je ne vais pas trop m'étaler.
Imaginez que l'électricité c'est de la flotte ; elle coule d'un point A à un point B. Remplacez les molécules d'eau par des électrons, c'est le même principe ; conventionnellement ils vont d'un pôle "+" à un pôle "-" (merci aux puristes de ne pas relever qu'en fait c'est l'inverse, ici on s'en cogne :wink: ).
Pour l'eau, si elle tombe de haut ou qu'on la pousse, il y a plus de pression dans le jet d'eau. Pour l'électricité, on parle de potentiel, et donc de tension (U) , mesuré en Volts [V].
Pour l'eau, si elle va très vite, on parle de débit. Pour l'électricité, ça s'appelle le courant (I), mesuré en ampères [A].
Si on réduit la taille du canal d'eau, les valeurs de pression et de débit vont changer. Pour l'électricité, ce rétrécissement du passage des électrons est une résistance (R), mesurée en ohms [Ω].
Ces trois valeurs, tension, courant et résistance sont liés entre elles dans ce qu'on appelle la loi d'Ohm : U = R * I (Apprenez ce mantra par cœur si vous voulez vous en sortir en électricité. :mrgreen: )
 

2. circuit électrique
Avec l'électricité, c'est pas trop compliqué.
Comme pour l'eau, il vous faut une source d'énergie, le plus couramment une pile, une batterie ou une prise secteur. Cette source possède toujours deux pôles ; "+" et "-" pour les piles et batteries (courant continu), phase et neutre pour le secteur (courant alternatif).
Nous n'allons n'utiliser que le courant continu pour notre application ; plus simple, plus transportable, et moins dangereux :P
Pour faire fonctionner n'importe quoi d'électrique (moteur, radiateur, ampoule, LED, générateur de fumée, etc), il faut toujours faire une boucle entre les deux pôles de la pile. Les électrons circuleront d'un pôle à l'autre. C'est pour cela qu'il y a toujours deux fils minimum qui vont sur un composant qui utilise l'électricité.
Si la boucle du circuit est coupée, par un interrupteur par exemple, les électrons n'ont nulle part où aller et donc restent sur place, comme si vous pinciez un tube dans lequel l'eau circule. Notez qu'un interrupteur peut être placé n'importe où dans la boucle, ça marche !
Les diodes sont des composants un peu spéciaux ; ils agissent comme des anti-retour : si vous les mettez dans un sens le courant circule normalement. Mais si vous les mettez dans l'autre, le courant est stoppé comme si on avait interrompu la ligne. Et les LED sont des diodes ! Light-Emitting Diods, ou diodes électro-luminescentes ; des diodes qui font de la lumière quoi.
Dans le cas ci-dessous, on a mis un moteur en série avec une résistance. Si on inverse les pôles de la pile, le moteur tournera dans l'autre sens. Si on change la valeur de la résistance en série, le moteur tournera plus ou moins vite. Magique, non ?

3. Circuit LED classique
Tout d'abord, une petite mise au point de symbolique des schémas : 
Une pile, une résistance, une diode.
 
Le but, pour faire marcher une LED, c'est de mettre l'ensemble en série dans le bon sens ;

Maintenant arrive la partie un peu agaçante ; les calculs.
Sur le schéma ci-dessus, la LED et la résistance sont placés en série. Ce qui signifie que le courant I est constant pour tout le circuit et que la tension Utot (tension totale) se divise en deux ; Ur (tension aux bornes de la résistance) et Ud (tension au bornes de la LED).
Donc, notre but est de déterminer la valeur de la résistance à placer pour éviter que la LED ne grille à cause d'un courant trop élevé.
Une LED rouge classique fonctionne entre 2 à 3 volts (On va choisir pour l'exemple une tension de 2.5V) et consomme 20 mili-ampères (mA) soit 0,02 A.
La pile utilisée pour l'exemple sera une pile carrée 9V. Soit on a : Utot = 9 V Ud = 2.5 V I = 0,02 A sachant que Utot = Ur + Ud on trouve donc que Ur = Utot - Ud et donc Ur = 9 - 2,5 = 6.5V
Si on reprend la loi d'ohm, U = R * I et qu'on la transforme : R = U / I R = Ur / I R = 6.5 / 0.02 = 325 Ω
Donc idéalement, on a besoin d'une résistance de 325 Ω pour allumer une LED rouge avec une pile 9V.
Mais les valeurs des résistances sont normalisées et donc vous ne trouverez pas exactement la bonne valeur.
Dans ce cas, la valeur la plus proche est de 332 Ω, ça ira très bien, on ne va pas chipoter pour quelques dizaines d'ohms.
Les plus pointilleux d'entre vous remarqueront que la LED est placée à l'envers, et qu'en théorie le courant ne devrait pas circuler. Mais en fait, une LED doit être placée ainsi sinon elle ne s'allumerait pas et laisserait passer le courant comme si elle n'existait pas. Bref pour ne pas se tromper dans le sens de la LED, retenez cette simple règle ; la patte la + longue de la LED va vers le +. 8-D Equivalent du schéma en circuit, avec un interrupteur à bascule en plus :

4. Deux LEDs ?
Si vous voulez utilisez deux LEDs, pour faire de méchants yeux rouge à votre créature par exemple, rien de plus simple ; avec la même pile, mettez vos deux LEDs en série ;

Pour le calcul de résistance ; Ur = Utot - Ud - Ud = 9 - 2,5 - 2,5 = 4V R = Ur / I = 4 / 0.02 = 200 Ω
Pour le coup, coup de bol, les résistances de 200 Ω existent tel quel.
 

5. Choisir et trouver les composants
Il existe plein de sorte de LED et de résistances
Choisissez celles qui sont le plus pratique à manipuler pour nos applications, celles dites "pour print", celles qui ont des pattes quoi.
Pour les résistances, il en existe des grosses pour les grosses puissances, dans notre cas c'est rarement nécessaire, contentez-vous de celles qui ressembles à peu prêt à ça. Elles font entre 6 et 10mm de long. Faites toujours bien attention aux valeurs de courant et de tension d'utilisation des LEDs que vous utilisez ; les calculs dans cette fiche technique ne sont que des exemples !!!
 

6. Câblage et sécurité
Pour que votre circuit soit sûr et pour éviter les courts-circuit, je recommande d'utiliser des fils électriques avec une isolation, de souder les fils et les composants à l'aide d'un fer à souder et de soudure étain/plomb ou sans plomb, c'est plus écolo, et de recouvrir toute partie non isolée (typiquement, les soudures) avec de la gaine thermo-rétractable ou du scotch d'électricien (toile isolante adhésive).
Il existe une foule de sortes de supports pour les piles, c'est bien plus pratique pour changer vos piles plutôt que de souder directement sur les pôles de celles-ci. Vous ne risquez rien si vous touchez les fils nus de votre circuit avec des tensions pareilles, comme dans notre exemple.
Par contre, un court-jus entre fils à certains endroits peut provoquer l'échauffement de votre pile, et celle-ci peut se mettre alors à couler ; risques d'incendie, risques dus aux produits chimiques contenus dans les piles !
Pour la suite, je mettrai quelques photos pour expliquer comment souder sans se cramer les doigts, et comment faire un peu propre le tout dans un exemple pratique.