Réglage de l’Intensité Lumineuse des LEDs

Comprendre le Réglage de l’Intensité Lumineuse des LEDs

Dans un projet de conception électronique, un étudiant est chargé de créer un circuit d’oscillateur à largeur d’impulsion variable (PWM) pour contrôler la luminosité d’une LED.

L’oscillateur PWM est essentiel pour ajuster la quantité de puissance fournie à la LED, permettant ainsi de moduler sa luminosité sans changer la tension d’alimentation.

Pour comprendre le Circuit d’Éclairage LED avec Interrupteur, cliquez sur le lien.

Données:

1. Tension d’alimentation (V): 5 V
2. Fréquence désirée de l’oscillateur (f): 1 kHz
3. Résistance de la LED (R): 150 ohms
4. Courant maximal toléré par la LED (I_max): 20 mA
5. Capacité du condensateur (C): 1 µF
6. Coefficient de remplissage (Duty Cycle) initial: 50%

Questions:

1. Calcul du courant maximal à travers la LED:
   • Calculez le courant maximal qui traverse la LED lorsque le duty cycle est à son maximum (100%).
2. Dimensionnement du transistor:
   • Quelle doit être la capacité en courant du transistor utilisé pour commuter la LED en prenant en compte un facteur de sécurité de 20% au-delà du courant maximal calculé?
3. Ajustement de la fréquence:
   • Si la fréquence de l’oscillateur PWM est doublée, comment cela affecte-t-il la perception de la luminosité de la LED? Expliquez le phénomène physique en jeu.
4. Influence du Duty Cycle:
   • Calculez la puissance moyenne dissipée par la LED pour un duty cycle de 25% et de 75%. Comment ces valeurs affectent-elles la luminosité perçue?
5. Conception du circuit:
   • Proposez un schéma simple de l’oscillateur PWM utilisant un NE555. Incluez tous les composants nécessaires pour atteindre la fréquence et le duty cycle désirés.

Correction : Réglage de l’Intensité Lumineuse des LEDs

1. Calcul du courant maximal à travers la LED:

Formule du courant à travers la LED (loi d’Ohm):

\[ I = \frac{V}{R} \]

Substitution et calcul:

\[ I = \frac{5\,V}{150\,\Omega} \] \[ I = 0.0333\,A = 33.33\,mA \]

Le courant calculé de 33.33 mA dépasse le courant maximal toléré par la LED (20 mA). Pour éviter d’endommager la LED, le duty cycle doit être réduit pour limiter le courant. Le duty cycle maximal \( D_{max} \) pour respecter \( I_{max} \) est:

\[ D_{max} = \frac{I_{max} \times R}{V} \] \[ D_{max} = \frac{20\,mA \times 150\,\Omega}{5\,V} \] \[ D_{max} = 0.6 \text{ ou } 60\% \]

2. Dimensionnement du transistor:

Courant maximal avec facteur de sécurité de 20%:

\[ I_{max\_safe} = 20\,mA \times 1.20 \] \[ I_{max\_safe} = 24\,mA \]

Le transistor doit gérer un courant de 24 mA. Un transistor capable de supporter au moins 50 mA serait approprié, par exemple, le 2N3904.

3. Ajustement de la fréquence:

Doubler la fréquence de l’oscillateur à 2 kHz rendrait les variations de luminosité imperceptibles à l’œil humain, car la fréquence dépasse largement le seuil de perception de clignotement.

4. Influence du Duty Cycle sur la puissance:

Formule de la puissance moyenne:

\[ P_{moy} = V \times I_{moy} = V \times (I_{max} \times \text{Duty Cycle}) \]

• Calcul pour 25% de Duty Cycle:

\[ P_{moy\_25} = 5\,V \times (20\,mA \times 0.25) \] \[ P_{moy\_25} = 0.025\,W \]

• Calcul pour 75% de Duty Cycle:

\[ P_{moy\_75} = 5\,V \times (20\,mA \times 0.75) \] \[ P_{moy\_75} = 0.075\,W \]

5. Conception du circuit avec NE555:

Schéma de base:

• Utilisez un NE555 en mode astable pour obtenir une fréquence de 1 kHz.
• Configurations des composants:
  • R1 = 1 kΩ, R2 = 68.1 kΩ, C1 = 1 µF (valeurs calculées pour obtenir f = 1 kHz selon les formules du NE555).

Réglage de l’Intensité Lumineuse des LEDs

D’autres exercices d’électronique:

• Calcul de charge de condensateurs
• Analyse d’un circuit RLC série
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