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Témoin d'une tension continue variable
Version à transistor FET
Et si la tension d'alimentation (continue) varie, comment déterminer alors la valeur de la résistance série ? Et bien tout dépend de la plage de variation. Si elle est faible (de l'ordre de 2 ou 3 volts), il suffit de calculer la résistance pour la valeur de tension la plus élevée. L'éclairement sera plus faible pour la plus faible valeur de tension, mais au moins, il n'y a aucun risque pour la led. Si la variation de tension est grande, il faut avoir recours à un générateur de courant constant, qui garantira un fonctionnement correct sur l'ensemble de la plage de variation. Pour information, le générateur de courant constant est entre autre utilisé dans certains circuits vu-mètres à leds afin de garantir un éclairement constant de chaque led quelque soit le nombre de leds allumées. Le schéma présenté ci-dessous permet d'allumer une led avec une tension comprise entre 5 et 30 volts, et ce sans changer aucun composant !
Le transistor à effet de champs (FET) BF244 est câblé en générateur de courant constant, sa Grille étant reliée à sa Source. C'est ce petit détail qui rend le montage aussi simple. Essayez d'effectuer la même fonction avec un AOP ou même avec un transistor bipolaire... Ce FET pourra être remplacé par un BF256C, d'autres modèles devraient également parfaitement convenir. Selon le FET que vous choisirez, le courant pourra varier un peu mais restera dans des valeurs tout à fait compatibles avec une LED (entre 10 et 20 mA). La diode 1N4148 est facultative, elle permet de protéger le montage en cas d'inversion de polarité. Si vous ne la câblez pas et que le montage est de type baladeur (testeur de tension portable), faites bien attention de ne pas vous tromper dans le branchement. Ou alors jetez un oeil à ce testeur d'alim 001.
Version à transistors bipolaires
Bon, je vois bien qu'il y en a qui font la moue à cause du transistor FET. Les mêmes que ceux qui rechignent devant les selfs, n'est-ce pas ? Alors voici un autre montage assurant la même fonction, mais avec des transistors bipolaires, qui font moins peur. Ah bah oui, c'est un peu plus compliqué, on vous avait prévenu ! Enfin, ce n'est tout de même pas la mer à boire.
Notez pour commencer que la plage d'alimentation acceptée en entrée est un peu plus réduite que pour le montage à FET précédent. Cela est lié au fait que le courant circulant au travers de la LED varie un peu plus en fonction de la tension d'alimentation. Ainsi, pour la plage donnée de 5V à 24V, le courant de LED varie entre 15 à 22 mA environ. Il serait possible de "pousser" encore un peu la tension d'alim vers le haut, mais le courant traversant la LED pourrait alors commencer à devenir potentiellement dangeureux pour elle, et la tension aux bornes de R2, augmentant sensiblement, commencerait à la faire chauffer sérieusement (exemple avec 60V : chute de tension de 58V sur R2, dissipation d'environ 1,5W par cette dernière). Sans parler de la dissipation de puissance que doit accuser le transistor Q1 (1,2W pour 60V) et de la tension max pouvant être appliquée entre collecteur et emetteur (50V pour un 2N1711, que j'ai testé jusqu'à 48V). Alors mieux vaut s'en tenir aux valeurs données ici. Les transistors BC548 pourront sans inconvénient être remplacés par d'autres transistors d'usage courant tels les BC107, BC237, 2N2222, etc. Une remarque tout de même : ne soyez pas étonné si le transistor Q1 chauffe un peu pour une tension d'alim élevée : c'est en effet lui qui se paye le luxe de "retenir" la tension qui ne va pas sur la LED. Oh ! et puis pendant qu'on y est... si on regardait un peu comment ça fonctionne ? Et bien c'est très simple, nous sommes ici en présence d'un générateur de courant constant : le transistor Q2 présente une chute de tension de l'ordre de 0,7V entre sa base et son émetteur. Cette tension varie peu car le transistor fonctionne dans son régime de saturation. C'est une des caractéristiques des transistors bipolaires, facilement compréhensible quand on sait que la jonction Base-Emetteur (idem pour Base-Collecteur) n'est ni plus ni moins qu'une jonction semi-conductrice de type diode. La résistance R1 a une valeur fixe, la tension à ses bornes est (relativement) fixe elle aussi, donc le courant qui la traverse est (relativement) fixe. Ce courant peut facilement être calculé, selon la toujours aussi célèbre formule U = R x I ou I = U / R. Avec R1 = 39 ohms, on en déduit que le courant sera de I = 0,7V / 39, soit 18 mA environ. Et c'est ce même courant (à un chouilla près) qui traverse la LED. Bien entendu, vous pouvez faire le calcul à l'envers, pour chercher la valeur de R1 en fonction du courant désiré : vous voulez 10 mA ? Et bien soit, cela donne R = U / I = 0,7 / 0,01 = 70 ohms (que l'on arrondit à 68 ohms). Si ce schéma vous donne du fil à retordre pour le comprendre (c'est souvent le cas des montages qui se mordent la queue), imaginez un instant que le transistor Q2 n'existe pas. On se retrouve alors avec un transistor Q1 monté en émetteur commun, avec sa résistance d'émetteur R1 et sa résistance de base R2. Si on applique une tension suffisante sur la base du transistor Q1 (au travers de R2), le transistor conduit et un courant circule dans son circuit d'émetteur et de collecteur. Ce courant sera approximativement égal à (Ualim - Uled) / R1. Si la tension d'alimentation augmente, le courant dans R1 augmente, sans aucune limite. Si maintenant on met en place le transistor Q2 avec sa jonction base-émetteur sur R1, ce transistor va conduire dès l'instant où la tension aux bornes de R1 est suffisante (environ 0,7V), et continuera de conduire tant que cette tension sera de 0,7V ou plus. Comme cette tension base-émetteur ne bougera quasiment pas et restera d'environ 0,7V, le courant dans R1 est constant et limité. Le surplus de courant lié à l'augmentation de la tension d'alimentation est absorbé par le transistor Q2 (dans la liaison émetteur-collecteur, pour laquelle la chute de tension reste d'environ 1,4V à 1,5V quelque soit la tension d'alim) et par la résistance R2.
Une légère modification du circuit permet l'alimentation de deux branches de trois leds chacune, avec un courant de l'ordre de 20 mA dans chacune des branches :
La résistance R1 de 39 ohms a été remplacée par une résistance de 18 ohms pour assurer une régulation du courant global non plus de 18 mA mais de 40 mA. Les résistances R3 et R4 de 1 ohm sont destinées à répartir équitablement le courant dans les deux branches de leds. Du fait de la chute de tension plus grande occasionnée par les leds en série, la tension d'alimentation minimale du circuit n'est plus de 5 V, mais de 12 V.
J'ai utilisé ce type de générateur de courant constant pour mon projecteur à leds 002.
Merci à Etienne qui m'a contacté pour m'informer que cela fonctionnait bien aussi avec R1 à 12 ohms et pour trois branches de leds.
Version à régulateur de tension intégré
Il est tout à fait possible d'utiliser un régulateur de tension intégré de type 78L05 (identique au 7805 mais en boitier TO92 pour 100mA max en sortie) pour réaliser une fonction similaire. Il suffit s'implement d'insérer une résistance entre patte de sortie (Vo) et patte de masse (Gnd) du régulateur.
Comme la tension entre les deux pattes Vo et Gnd est constante (toujours 5 V pour un 7805, toujours 12 V pour un 7812), et que la résistance (R1) à elle aussi une valeur constante (enfin on l'espère), cela produit tout naturellement un courant constant, dont la valeur sera déterminé par la célèbre formule... Vous, au fond de la salle, vous me la rappelez, s'il vous plait ? I = (U/R) ? Bien ! Notez l'obligation d'une tension d'au moins trois volts supérieure à la tension de sortie régulée du circuit intégré, afin que ce dernier travaille correctement (sauf si bien sûr vous utilisez des régulateurs de tension à faible chute de tension). On va un peu moins bas dans la plage de tension supportée, mais on va aussi un peu plus haut. A vous de choisir, maintenant !
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