LED
(18 333)Principe de fonctionnement des diodes LED
Les diodes sont des éléments semi-conducteurs dont la structure est basée sur l’utilisation de la jonction p-n. Il se caractérise par une résistance pratiquement nulle lorsqu’il est polarisé dans le sens de la conduction – à condition qu’une petite valeur de tension, appelée tension de diffusion, soit dépassée. Dans le cas de la polarisation inverse de la jonction p-n, elle présente une résistance presque infiniment grande, et la faible quantité de courant pouvant traverser la jonction polarisée en inverse est appelée courant inverse ou courant de dérive. La propriété de la jonction p-n décrite est définie comme une conduction de courant asymétrique. Parmi tous les types de ces éléments, l’un des plus courants est la diode électroluminescente, également appelée LED (ang. Light-Emiting Diode).
Caractéristiques de la LED
La LED (Light-emitting diode), en tant qu’élément optoélectronique semi-conducteur émettant de la lumière, est largement utilisée en électronique. Cet élément contient dans sa structure une jonction « p-n », c’est-à-dire une jonction de deux semi-conducteurs non autonomes avec différents types de conductivité (p-cathode, n-anode). La diode LED, après avoir fourni de l’électricité, émet de la lumière dans le domaine visible, infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) à la suite du phénomène d’électroluminescence. Ce phénomène est basé sur la recombinaison d’électrons avec des trous d’électrons, qui se traduit par la libération d’énergie sous forme de photons (électroluminescence). La couleur de la lumière dépend du matériau utilisé pour fabriquer le semi-conducteur. Cela peut être, entre autres l’arséniure de gallium, le phosphure de gallium ou l’arsénophosphure de gallium. Ce type de diode se caractérise par un rendement élevé, une longue durée de vie et une valeur de luminance élevée. Beaucoup d’entre elles se distinguent également par une faible consommation d’énergie, bien que, par exemple, les diodes COB (Chip on Board) constituent ici une exception. Parmi les applications il y a la signalisation, par exemple, la présence de courant ou le fonctionnement de l’appareil, l’éclairage spécial pour les magasins ou l’éclairage public, et bien d’autres. Lors de la sélection, il convient de suivre les principaux paramètres des LED – efficacité lumineuse, puissance ou courant maximal. Le courant nominal est essentiel. Il convient également de considérer la couleur de la diode ou la méthode d’assemblage.
L’utilisation de LED
Les diodes LED sont une source lumineuse de plus en plus courante qui est utilisée, entre autres, pour la signalisation, par exemple sous la forme de lampes de contrôle, en tant que pixels individuels dans divers types d’afficheurs, mais aussi en tant que sources lumineuses qui remplacent les ampoules traditionnelles ou les lampes halogènes, et elles remplacent même l’éclairage automobile standard, y compris ce que l’on appelle xénon. Cela est principalement dû à leur durabilité élevée et à leur faible consommation d’énergie, mais également à leur rendement élevé, à leur faible tension d’alimentation, à leurs faibles pertes d’énergie et à leurs petites dimensions avec une valeur de luminance élevée.
Construction de la diode LED
Les diodes électroluminescentes, comme leur nom l’indique, sont basées sur le phénomène de luminescence. Contrairement aux ampoules à incandescence traditionnelles, où l’éclairage est provoqué par un filament chauffé à haute température, dans les LED l’énergie du courant électrique est directement convertie en lumière, et en fait en énergie sous forme de quantum de rayonnement électromagnétique. Les diodes LED peuvent émettre, en plus de la lumière visible de différentes couleurs, des rayonnements infrarouges ou ultraviolets. Des LED spécifiques émettent un rayonnement électromagnétique dans une plage de longueurs d’onde étroite, ce qui signifie qu’elles brillent avec une couleur définie. La couleur de la lumière de la diode dépend du type de semi-conducteur, et plus précisément du matériau semi-conducteur qui a été utilisé pour construire son connecteur.
La lumière blanche constitue la somme de toutes les couleurs vues par l’œil humain, résumées ensemble, donc la construction d’une diode qui brille avec une lumière de cette couleur nécessite des solutions spéciales. L’un d’eux est le placement de trois LED rouges, vertes et bleues dans un seul boîtier, qui, avec une intensité lumineuse sélectionnée de manière appropriée de chacune d’entre elles, permet d’obtenir une couleur blanche. Le prix élevé constitue l’inconvénient de cette solution, tandis que le rendement lumineux élevé est l’avantage de ce type de LED. Une autre solution utilise des diodes électroluminescentes ultraviolettes et un phosphore qui, excité par ce type de lumière, brille en blanc. Cette solution est moins chère, mais les diodes utilisant le phénomène décrit ont un rendement plus faible. Le problème dans ce cas est également l’élimination complète des rayons UV nocifs. La dernière méthode consiste à utiliser une diode bleue et un phosphore jaune. Le phosphore est excité par le rayonnement LED et émet une lumière d’une longueur d’onde différente (lumière jaune). La proportion du rayonnement de la LED et du phosphore détermine la couleur de la lumière que les gens perçoivent. De cette manière, une lumière chaude ou froide peut être obtenue, selon le type spécifique de phosphore utilisé.
Sélection de LED
Les diodes peuvent être trouvées dans de nombreux boîtiers différents et sont disponibles pour un montage en surface (SMD) et traversant (THT). La première de ces méthodes est largement utilisée principalement dans l’électronique de petite taille, mais pas seulement. Les exemples incluent les diodes de contrôle montées sur des cartes de développement de microcontrôleurs, les diodes de notification dans les smartphones et les commandes de divers appareils ménagers et même dans les appareils industriels.
Connexion des diodes LED, tension directe et alimentation
Il y a plusieurs aspects à prendre en compte lors de la connexion des LED dans le système. L’un des plus importants consiste à limiter le courant qui traversera la diode, ce qui est essentiel pour ne pas la surchauffer et la brûler. Cela peut être fait en utilisant une résistance connectée en série, dont la valeur de résistance doit être choisie en fonction de la tension d’alimentation et du courant qui doit traverser la diode. Cela peut être calculé en utilisant la loi d’Ohm, qui dit que le courant traversant dans un conducteur est proportionnel à la tension entre ses extrémités et inversement proportionnel à la résistance de ce conducteur. En l’écrivant sous la forme d’une formule mathématique, nous obtenons R = U/I, la tension d’alimentation diminué par la chute de tension aux bornes de la diode, exprimée en volts [V], et I \ - l’intensité de courant sélectionnée, exprimée en ampères [A]. R est la valeur de résistance recherchée pour la résistance exprimée en ohms [Ω]. Plus la valeur du courant traversant la diode est élevée, plus elle brillera intensément. Cette dépendance est en grande partie linéaire, mais il faut tenir compte de la valeur du courant nominal de la diode, qui ne doit pas être dépassée. Cela pourrait l’endommager de façon permanente en générant trop de chaleur. Si l’utilisateur a l’intention d’utiliser un plus grand nombre de diodes connectées en série, il vaut la peine de se familiariser avec le sujet de l’alimentation de tels systèmes avec une source de courant constant, par exemple sous la forme d’une alimentation appropriée. Cela permet au courant de même intensité de traverser dans toutes les diodes, qui ne changera pas même en cas de court-circuit sur une ou plusieurs d’entre elles. Ce type de solution est utilisé, entre autres dans des bandes LED de plus en plus populaires qui servent comme éclairage ou décoration intérieure.
Puissance des LED
Selon l’application et les attentes, il faut également sélectionner la puissance de la diode, dont l’unité est exprimée en watts [W] et sa luminosité, qui est exprimée en lumens [lm] ou en candelas [cd]. Les diodes servant par exemple de commandes n’auront pas besoin d’une puissance et d’une luminosité élevées, mais les LED les plus puissantes pour les applications d’éclairage, par exemple dans les lampes de poche ou comme éclairage de pièce, devront avoir des paramètres beaucoup plus élevés.
Diodes électroluminescentes LED
Bien sûr, en sélectionnant une diode électroluminescente, il convient également de faire attention à son boîtier, ses dimensions ou son angle d’éclairage, qui peuvent être très étroits, par exemple 10°, mais aussi très large, atteignant même 175°. Parfois, la couleur de la lentille LED peut également être importante. Dans ce cas, il est préférable de faire attention à la longueur d’onde émise.
Diodes LED dans l’offre TME
L’entrepôt d’électronique TME propose des LED dans une large gamme de types et de paramètres. Dans les filtres du moteur de recherche, vous pouvez choisir le type de LED, la couleur de la lumière, la tension de fonctionnement ou le courant d’alimentation maximum (de 1 mA à même 6000 mA). TME propose à la fois des éléments individuels et des sources lumineuses prêtes à l’emploi sous forme de rubans, de bandes et de modules. Il est recommandé de vérifier la variante de montage – THT ou SMD.
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