Imaginez vous en concert, le soir, vous ne voyez rien au sol, et les pédales d’effet de votre pedal-board sont dépourvues de LED… Vous devez à chaque fois jouer trois notes avant de savoir si la disto est enclenchée… Le drame.
Dans cet article, nous allons résoudre ce problème! Nous allons parler de LED (Light-Emitting Diode) ou DEL en français (Diode ElectroLuminescente). Les insérer dans un circuit n’est pas compliqué, il faut juste ajouter une résistance en série pour contrôler le courant électrique qui y passe. Nous allons aussi voir par un calcul simple comment calculer la valeur de cette résistance.
Sommaire
Qu’est-ce qu’une LED ?
Une LED est un dipôle – un composant à deux pattes – qui, lorsqu’on la soumet à une tension suffisamment grande et dans le bon sens, émet de la lumière. En général, leur première fonction dans les pédales d’effets est d’indiquer si l’effet est enclenché ou non.
Cependant, comme mentionné ci-dessus on veut que la tension soit suffisamment grande pour que la diode soit dans un état luminescent, mais pas trop grande, car le courant serait trop important et on risquerait alors de claquer la LED. D’autre part, si on utilise des piles, on peut souhaiter minimiser ce courant pour ne pas les user trop vite.
Comment insérer la LED dans le montage ?
Sur la figure 1, on voit le schéma électrique que l’on utilisera. V1 est une source de tension qui, quand la boucle est fermée, génère un courant électrique. S’il n’y avait pas d’obstacles sur le chemin du courant électrique, la source serait en court-circuit et délivrerait tout ce qu’elle peut donner en courant. Ceci nous conduirait à une situation fâcheuse : la génération de beaucoup de chaleur, voire la destruction de la source. Dans notre cas on a dans le circuit une LED, et afin de contrôler la quantité de courant, on ajoutera une résistance. La question est donc, quelle valeur donner à cette résistance ?
Considérations sur la masse
Avant de répondre à cette question, nous avons pu observer sur la figure 1 le symbole de la masse. Mais qu’est-ce que la masse ? Ce n’est rien de compliqué. C’est juste un point de référentiel qui sert à définir les potentiels électriques dans le circuit. C’est exactement comme le niveau de la mer, il nous permet de donner la hauteur des montagnes et de comparer ces hauteurs entre elles. Sans référence commune on comparerait n’importe quoi.
Maintenant, pour mesurer une hauteur on n’est pas obligé de prendre le niveau de la mer comme référence. Par exemple pour le saut à la perche, la référence est le niveau du sol du stade et on mesurera la hauteur du saut comme étant la différence de hauteur entre la barre et le sol. Je pense que vous avez compris donc : la valeur de la tension (en volts) est l’analogue de la hauteur (en mètres), la masse est à 0V, et on mesure la tension en différents point par rapport à la masse.
Analyse du schéma électrique
Sur la figure 2, j’ai reporté les valeurs de tension en chaque point. Supposons que la pile soit une pile 9 V. Cela signifie que le « plus » de la pile est à 9 V, et le « moins » est à 0 V puisqu’il est relié à la masse. J’ai également simplifié le schéma en supprimant la boucle, et en représentant donc deux masses (qui sont bien sûr toutes deux au même potentiel nul).
Tension seuil de la LED
Une diode est un composant qui ne laisse passer le courant que si à ses bornes on lui applique une tension suffisamment grande. Cette tension seuil dépend en géneral de la couleur de la diode. Lorsque la diode est rouge, la tension seuil est de 1,7 V. Si la diode est verte, cette tension est de 2 V. Et si la diode est blanche, la tension est de 3 V (environ). Ceci est dû au fait que la couleur d’émission dépend des matériaux luminescents utilisés dans la diode, qui ont des tensions d’activation différentes.
Tension aux bornes de la diode
Prenons une diode rouge. On peut alors décrire simplement le comportement de la diode ainsi : si la tension à ses bornes est inférieure à 1,7 V, la diode ne laisse pas passer le courant, et se comporte donc comme un interrupteur ouvert. Pas de courant, pas de lumière. Maintenant si on applique une tension aux bornes de la diode supérieure à 1,7 V, la diode fixe la tension à ses bornes à 1,7 V (grosso modo) et elle se comporte comme un fil. Le courant passe, et la diode émet du rouge.
Vu que notre pile est de 9 V, on est dans le cas où le courant passe et donc la tension aux bornes de la diode est de 1,7 V.
Si ma pile est le « sommet » de ma montagne, à 9 V, et la diode est un village à 1,7 V de « hauteur », quelle différence de « hauteur » ai-je entre le village et le sommet ? Eh bien il suffit de soustraire les tensions : 9-1.7=7.3 V. Et on ne parle pas de différence de « hauteur » sinon de différence de potentiel. On peut en effet faire une analogie entre tension et hauteur. Dans un cas la force qui bouge les électrons est électrique, dans l’autre cas la force qui bouge une masse est de pesanteur. Mais je m’égare… On a donc une différence de potentiel de 7,3 V aux bornes de la diode.
Courant limite de la LED
Le constructeur de la diode nous dira en plus de la tension seuil quel est le courant conseillé qui doit passer dans la diode pour ne pas la claquer. On a typiquement des courants allant de quelques mA à quelques dizaines de mA (milli ampère).
Qu’est-ce qu’un milliampère ? L’ampère c’est la mesure du courant électrique. Ce courant est dit électrique car il est composé d’électrons. Le courant électrique, c’est comme le courant d’un fleuve. Le fleuve est composé de milliards de gouttes d’eau qui s’écoulent dans un sens. Plus il y a d’eau qui s’écoule en un temps donné à travers une section donnée, plus on dira que le courant est fort. Le courant électrique c’est la même chose. Et milli c’est juste pour dire un millième d’ampère.
Loi d’Ohm et calcul de R
Récapitulons, on a 7,3 V aux bornes de la diode, et on veut un courant de quelques milliampères. Supposons 5 mA. On va appliquer une loi d’électricité très connue qui s’appelle la loi d’Ohm. Cette loi relie l’intensité du courant i qui passe à travers une résistance et la tension U à ses bornes. Elle s’écrit ainsi :
De cette loi connaissant U et i on déduit R, la valeur de la résistance du dipôle. Ici U = 7,3 V et i = 5 mA (choix arbitraire). On peut déduire de l’expression précédente l’expression de R :
Par conséquent :
soit environs 1500Ω=1,5 kΩ. Le symbole Ω est le symbole de l’ohm, unité de résistance. Notons que la loi d’Ohm est valide pour les composants dits linéaires que sont les résistance. Dans le cas d’une diode par exemple, on ne pourrait appliquer cette loi (on l’a plus ou moins mentionné par le fait que la tension aux bornes de la LED est constante égale à 1,7 V alors que le courant peut varier).
En conclusion, si j’ai une pédale d’effet dépourvue de LED, en insérant la LED, la résistance et l’interrupteur du footswitch entre la pile et la masse, on va pouvoir savoir si l’effet est activé ou non. Nous aborderons la mise en pratique de ce résultat dans un prochain article.
Si vous avez des questions ou de commentaires, n’hesitez pas à remplir le champ ci-desous !!