Un circuit clignotant universel pour LED bleues


Ce clignotant tout simple et universel, étudié dans cette application pour allumer des diodes LED “flash” de couleur bleue, peut également être utilisé avec n’importe quel type de LED. L’article vous explique en détail comment calculer la résistance à appliquer en série avec la diode, en fonction de la tension d’alimentation.

Bien que les LED à forte luminosité, c’est-à-dire de type “fl ash”, bleues ou blanches, soient disponibles depuis longtemps dans le commerce, nous n’avons jamais proposé un montage les mettant en oeuvre.
En effet, nous savons que n’importe quelle LED rouge-verte-jaune peut être remplacée par une bleue ou une blanche sans avoir à apporter la moindre modifi cation au circuit, pourvu qu’on utilise une tension minimale de 4,5 V et qu’on mette en série une résistance correctement calculée afi n de limiter le courant consommé à 10 ou 15 mA.
À l’égard des LED “fl ash” bleues ou blanches, il n’y a que le problème du prix qui puisse se poser ! En effet, ces composants coûtent onze ou douze fois plus cher qu’une LED ordinaire.

Notre réalisation
Mais comme le prix n’est pas déterminant pour tout le monde, en particulier pour une utilisation privée n’impliquant que quelques unités, nous nous sommes enfi n décidés à vous proposer un montage à quatre LED “fl ash” bleues constituant un mini clignotant. Les cyclistes pourraient fi xer ces LED sous la selle de leur vélo afi n d’être vus, la nuit ou par temps gris, par les automobilistes.
Certains d’entre vous pourront monter une seule LED bleue dans la chambre du petit qui a peur de l’obscurité.
Vous pourrez également avantageusement remplacer votre veilleuse 7 ou 15 W de couloir par un tel montage.
Les demandes de montages utilisant des LED blanches sont moins nombreuses mais, parfois, leur utilisation est indispensable.
Par exemple, il suffi t d’une seule LED blanche montée sur une pince pour réaliser un mini réfl ecteur à utiliser pour éclairer les pages d’un livre lu dans le lit sans déranger la personne dormant à côté. Ou alors, comme le montre la fi gure 10, on peut en monter 5 ou 6 dans une torche pour fournir une lumière blanche très intense.
Sans compter, en bleu comme en blanc, ou avec toute autre couleur, les décorations corporelles et/ou de vêtements, ou encore d’une voiture (sur la plage arrière, si cela n’éblouit pas, la police fermera les yeux !). À vos fers, donc, mais aussi à vos imaginations. Le circuit que nous vous proposons dans cet article est vraiment universel.




Figure 1 : Le boîtier des diodes “fl ash”, de couleur bleue comme de couleur blanche, est transparent comme le verre et c’est seulement à l’allumage que l’on peut savoir de quel type de LED il s’agit.

La tension sur les LED
Avant de poursuivre, ouvrons une brève parenthèse concernant la chute de tension des diverses LED : nous voulons vous donner toutes les indications vous permettant de calculer la valeur de la résistance qu’il est absolument nécessaire de mettre en série pour limiter le courant consommé et éviter ainsi de détruire la LED immédiatement.
La chute de tension apparaissant aux extrémités d’une LED varie en fonction de sa couleur, comme le montre le tableau ci-dessous (rappelons que, comme pour tous les composants, des tolérances existent) :


Étant donné que toute LED a une chute de tension caractéristique, il est possible de calculer approximativement la valeur de la résistance à monter en série avec la LED, par rapport à la tension d’alimentation, en utilisant cette formule simple :
ohm = (Vcc – Vd) : 0,01  
ohm = la valeur de la résistance à monter en série avec la LED ou les LED, Vcc = la valeur de la tension d’alimentation, Vd = la chute de tension aux extrémités de la LED (si nous en montons deux en série, nous devons doubler la valeur de la chute de tension et si nous en montons trois en série, tripler la valeur de la chute de tension, etc.), 0,01 = soit 10 mA nécessaires pour éclairer une LED avec une luminosité moyenne (pour augmenter la luminosité, vous pouvez lui faire consommer un courant de l’ordre de 0,015 à 0,02 ampère).

Quelques exemples.
Exemple 1 : Nous voulons alimenter une LED verte sous une tension de 9 V et, pour ce faire, nous devons calculer la valeur de la résistance à monter en série. Sachant que la LED verte a une chute de tension de 2 V, la valeur de la résistance à monter en série est de :
(9 – 2) : 0,01 = 700 ohms, soit 680
ohms (valeur normalisée la plus proche). Figure 4.
Avec une résistance de 560 ohms nous aurions une légère augmentation de la luminosité. Cela impliquerait un courant que la formule suivante permet de calculer :
courant en A = (Vcc – Vd) : ohm
(9 – 2) : 560 = 0,012 A, soit 12 mA.
Exemple 2 : Nous voulons alimenter une LED bleue sous une tension de 12 V et, pour ce faire, nous devons calculer la valeur de la résistance à monter en série. Sachant que la LED bleue a une chute de tension de 3 V, la valeur de la résistance à monter en série est de :
(12 – 3) : 0,01 = 900 ohms, soit 820 ohms (valeur normalisée la plus proche).
Avec une résistance de 680 ohms nous aurions une légère augmentation de la luminosité. Cela impliquerait un courant de :
(12 – 3) : 680 = 0,013 A, soit 13 mA.
Exemple 3 : Nous voulons alimenter deux LED bleues montées en série sous une tension de 9 V et, pour ce faire, nous devons calculer la valeur de la résistance à monter en série. Sachant que la LED bleue a une chute de tension de 3 V (et que donc pour deux LED bleues en série cela fait 3 + 3 = 6 V), la valeur de la résistance à monter en série est de :
(9 – 6) : 0,01 = 300 ohms, soit 330
ohms (valeur normalisée la plus proche). Figure 5.
Avec une résistance de 270 ohms, nous aurions une légère augmentation de la luminosité. Cela impliquerait un courant de :
(9 – 6) : 270 = 0,011 A, soit 11 mA.
Nous pourrions même descendre jusqu’à 220 ohms sans encourir le risque de détruire les LED.

Le clignotant à LED bleues
Même si ce circuit a été conçu pour des LED “fl ash” bleues, vous pourrez aussi bien l’utiliser, sans changer les valeurs des composants, avec n’importe quel type de LED, rouges, vertes, etc.
Comme le montre la fi gure 2, pour réaliser ce montage, il faut un circuit intégré IC1 LM358, contenant deux amplifi cateurs opérationnels, deux transistors TR1 et TR3 NPN BC547 et deux autres TR2 et TR4 PNP BC557.
C’est dire si, au cours de la réalisation, il ne faudra pas les confondre !
Les deux amplifi cateurs opérationnels IC1-A et IC1-B sont utilisés comme oscillateurs à très basse fréquence, capables de produire une onde carrée dont la fréquence peut aller de 0,5 Hz à environ 3 Hz. Leurs broches de sortie 7 et 1 pilotent en opposition de phase les deux paires de transistors NPN-PNP (TR1-TR2 et TR3-TR4) aux émetteurs desquels (points AA) vous devrez relier les LED que vous voulez voir clignoter. En tournant le curseur du trimmer R8 d’un bout à l’autre de sa piste, vous ferez varier la fréquence d’environ un éclair toutes les deux secondes à environ trois éclairs par seconde. Nous disons “environ”, car la fréquence dépend beaucoup de la tolérance du condensateur électrolytique de 10 μF C2 relié aux broches d’entrée des deux amplifi cateurs opérationnels. Remarquez bien que les quatre LED de ce circuit s’allument alternativement, c’est-à-dire que DL1 et DL3 s’allument d’abord, puis elles s’éteignent et DL2 et DL4 s’allument à leur tour.
Pour alimenter ce clignotant portatif, on peut utiliser une pile de 9 V ou une batterie fournissant 12 V.
Pour réaliser un clignotant domestique, vous pouvez monter une petite alimentation secteur 230 V capable de fournir une tension stabilisée fi xe comprise entre 9 et 12 V.

La couleur des diodes “flash”
Quand vous aurez en mains une de ces LED “fl ash” bleues, vous serez étonnés de constater que leur boîtier est transparent comme du verre et il en est également ainsi pour les LED “fl ash” blanches.
Par conséquent, c’est seulement en les allumant que vous saurez de quelle couleur elles sont (voir fi gure 1).
Pour en faire l’expérience, prenez une pile de 9 V (ou une tension identique sur une alimentation stabilisée) et une résistance de 560 ohms, puis reliez-les comme le montre la fi gure 4.

La réalisation pratique
Si vous suivez avec attention les fi gures 6a, 7 et 8, vous ne rencontrerez aucun problème pour monter ce clignotant à LED : procédez par ordre pour monter ces quelques composants, sans inverser la polarité des composants polarisés et sans faire en les soudant des courts-circuits entre pistes et pastilles ni des soudures froides collées. Quand vous êtes en possession du circuit imprimé simple face dont la fi gure 6b donne le dessin à l’échelle 1, montez tous les composants comme le montre la fi gure 6a. Placez d’abord les quatre picots d’entrées/sorties puis le support du circuit intégré et vérifi ez que vous n’avez oublié de souder aucune broche. Là encore, ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée. Ôtez l’éventuel excès de fl ux décapant avec un solvant approprié.
Montez alors les cinq résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord) et le trimmer R8.
Montez le condensateur polyester C3 et les trois électrolytiques en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Montez enfi n les quatre transistors. Montez TR1 et TR3 (BC547), le premier méplat tourné vers TR2 et le second méplat tourné vers R11. Montez TR2 et TR4 (BC557), le premier méplat tourné vers le picot de masse et le second méplat tourné vers TR3. Vérifi ez à deux fois que vous n’avez commis aucune inversion ni aucune erreur d’orientation des méplats repère-détrompeurs.
Il reste à enfoncer dans son support le circuit intégré, repère-détrompeur en U orienté vers C3.
Le montage dans le boîtier Avant d’insérer cette minuscule platine dans son boîtier plastique, reliez un fil rouge pour le positif d’alimentation au deuxième picot en partant du haut et un fil noir pour le négatif (ou masse) au premier picot. Reliez enfi n deux autres fils aux deux picots du bas (AA) pour la connexion aux quatre LED extérieures.
Faites quatre trous sur le côté du boîtier plastique pour le passage de ces fils. Fixez au fond du boîtier la petite platine avec quelques points de colle (silicone par exemple).
Réalisez le petit réseau des LED et de leurs résistances : respectez bien la polarité des LED (la patte la plus longue est l’anode +). Pour qu’elles s’allument alternativement par paires, vous devez relier les cathodes des deux LED à un fil et les cathodes des deux autres LED à l’autre fil, comme le montre la fi gure 6a. Vous pourrez ensuite placer les LED de façon à les faire s’allumer par paire, mais les deux de droite puis les deux de gauche ou bien les deux internes puis les deux externes.
Reliez ce réseau à la sortie AA, donnez l’alimentation aux fils rouge et noir (respectez la polarité de la pile ou de la sortie de l’alimentation secteur 230 V).
Cela marche du premier coup si vous avez bien suivi nos indications. Réglez la fréquence des éclairs à volonté en jouant sur le curseur de R8. Fermez le couvercle du boîtier plastique.

Figure 2 : Schéma électrique du clignotant. Notons que les transistors TR1 et TR3 sont des NPN et les transistors TR2 et TR4 sont des PNP.

Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 560 Ω
R4 = 560 Ω
R5 = 560 Ω
R6 = 560 Ω
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ trimmer
R9 = 1 kΩ
R10 = 10 kΩ
R11 = 10 kΩ
C1 = 100 μF électrolytique
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 μF électrolytique
DL1 = LED bleue
DL2 = LED bleue
DL3 = LED bleue
DL4 = LED bleue
TR1 = NPN BC547
TR2 = PNP BC557
TR3 = NPN BC547
TR4 = PNP BC557
IC1 = intégré LM358

Divers :
1 boîtier plastique câblerie


Figure 3 : Souvenez-vous que la patte la plus longue d’une LED est l’anode + et la plus courte la cathode –.

Figure 4 : Pour alimenter une LED verte avec une tension de 9 V, il est nécessaire de mettre en série une résistance de 680 ohms ou 560 ohms (voir 1° exemple).

Figure 5 : Pour alimenter deux LED bleues en série en utilisant une tension de 9 V, il est nécessaire de mettre en série une résistance de 270 ohms (voir 3° exemple).

Figure 6a : Schéma d’implantation des composants du clignotant utilisant des LED “fl ash” bleues. Ces diodes peuvent être remplacées par des LED de couleurs différentes. Nous vous rappelons que les transistors de gauche TR1 et TR3 sont des NPN BC547, tandis que ceux de droite TR2 et TR4 sont des PNP BC557.

Figure 6b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du clignotant à LED, côté composants.

Figure 6b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du clignotant à LED, côté soudures.

Figure 7 : Photo d’un des prototypes de la platine du clignotant à LED. Quand vous brancherez la tension d’alimentation de 9 ou 12 V aux deux picots du haut, prenez bien garde de ne pas intervertir les deux fils d’alimentation positif (rouge+) et négatif (noir–).

Figure 8 : Montage dans le boîtier plastique de la platine du clignotant à LED.
Vous n’avez que quatre trous à faire sur le côté pour laisser passer les fils d’alimentation et de sortie vers les LED.

Figure 9 : Brochages du circuit intégré LM358 vu de dessus et des transistors BC547 et BC557 vus de dessous, soit du côté où sortent les pattes.

Figure 10 : En utilisant des LED “fl ash” blanches, on peut réaliser de puissantes torches, car la lumière émise par ces LED est presque aussi intense que celle d’un petit “fl ash”.


Figure 11 : Aux points AA du schéma électrique de la fi gure 2, vous pouvez appliquer quatre LED ou bien même huit, sans changer la valeur de la résistance en série avec chaque diode.


Figure 12 : Si vous souhaitez mettre deux LED en série sur chaque branche, vous devez réduire la valeur des résistances R3, R4, R5 et R6 à 270 ohms, comme le montre la fi gure 5.

Conclusion
La réalisation de ce “gadget”, pouvant toutefois trouver une utilité dans un très large domaine, vous aura permis d’apprendre à calculer la valeur de la résistance série en fonction de la couleur de la LED, de la tension d’alimentation et du groupement en série de x LED.

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