Cours 04 Diodes Électroluminescences LED [PDF]

Zitiervorschau

Faculté de technologie Département Ingénierie des systèmes électriques Dr. KAOUANE Mohamed

Licence – Electronique S6

Module : Dispositifs Optoélectroniques

2019/2020

Cours 04 : Diodes électroluminescences LED I. LED (Light Emitting Diode) Les LED sont partout - dans nos téléphones, dans nos voitures et même dans nos maisons. Chaque fois qu'un appareil électronique s'allume, il y a de fortes chances qu'une LED se trouve derrière. Les LED sont comme de minuscules ampoules. La faible consommation d'énergie, la petite taille, la commutation rapide et la longue durée de vie les rendent idéales pour les appareils mobiles et autres applications à faible consommation d’énergie. LED (parfois DEL en français) signifie Diode Electroluminescente. Il s'agit d'un type spécial de diode qui convertit l'énergie électrique en lumière. Ils ont des caractéristiques électriques très similaires à une diode de jonction PN normale. C’est pourquoi le symbole de la LED est similaire à la diode de jonction PN normale, sauf qu’il contient des flèches sortantes de la diode indiquant que la lumière est émise par la diode.

II. Structure des LED Les LED sont si courantes qu'elles se déclinent dans une grande variété de formes, tailles et couleurs. Les LED les plus utilisées sont les LED standard à trou traversant à deux pieds. La figure suivante en montre les parties. La construction d'une LED est très différente d'une diode ordinaire. La jonction PN d'une LED est entourée d'une coque en résine époxy plastique transparente et rigide. La coque est construite de telle manière que les photons de lumière émis par la jonction sont focalisés vers le haut à travers le sommet bombé de la LED, qui agit elle-même comme une lentille. C'est pourquoi la lumière émise apparaît la plus brillante sur le dessus de la LED.

1/5

Tout comme dans une diode ordinaire, le côté positif de la LED est appelé Anode, tandis que le côté négatif de la LED est appelé Cathode. La cathode est généralement indiquée par un fil plus court que l'anode. Non seulement cela, l'extérieur du boîtier en plastique a généralement une partie plate qui peut également indiquer le côté cathode de la LED. Les LED ne sont pas toutes de forme hémisphérique, certaines sont rectangulaires tandis que d'autres sont cylindriques, mais elles sont principalement construites de la même manière.

III. Fonctionnement des LED Comme une diode ordinaire, la LED ne fonctionne qu'en condition de polarisation directe. Lorsque la LED est polarisée en direct, les électrons libres traversent la jonction PN et se recombinent avec des trous. Comme ces électrons passent d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau d'énergie inférieur, ils rayonnent sous forme de photons (lumière). Dans les diodes ordinaires, cette énergie est rayonnée sous forme de chaleur tandis que dans une LED, l'énergie est rayonnée sous forme de lumière. Cet effet est appelé électroluminescence.

IV. Caractéristiques des LED IV.1. La couleur Les diodes électroluminescentes sont disponibles dans une large gamme de couleurs, les plus courantes étant la lumière rouge, verte, jaune, bleue, orange, blanche et infrarouge (invisible). Contrairement aux diodes ordinaires en germanium ou en silicium, les LED sont constituées d'éléments tels que le gallium, l'arsenic et le phosphore. En mélangeant ces éléments dans des proportions différentes, un fabricant peut produire des LED qui rayonnent de différentes couleurs comme indiqué dans le tableau suivant.

2/5

La couleur réelle d'une LED est déterminée par la longueur d'onde (Wavelength) de la lumière émise, qui à son tour est déterminée par le matériau semi-conducteur réel utilisé pour fabriquer la diode. Par conséquent, la couleur de la lumière émise par une LED n'est pas déterminée par la couleur du corps de la LED. Il améliore simplement le rendement lumineux et indique sa couleur lorsqu'il n'est pas éclairé.

IV.2. Tension et courant des LEDs Pour la plupart des LED à faible puissance, la chute de tension typique est de 1,2 V à 3,6 V pour des courants entre 10 mA et 30 mA. La chute de tension exacte dépendra bien sûr du matériau semi-conducteur utilisé, de la couleur, de la tolérance, ainsi que d'autres facteurs. Comme la LED est essentiellement une diode, ses courbes de caractéristiques I-V peuvent être tracées pour chaque couleur comme indiqué ci-contre.

3/5

IV.3. Luminosité des LED La luminosité d'une LED dépend directement de la quantité de courant qu'elle utilise. Plus elle consomme de courant, plus la LED sera lumineuse. Nous pouvons donc contrôler la luminosité d'une LED en contrôlant la quantité de courant qui la traverse. IV.4. La résistance de limitation de courant Si nous connectons une LED directement à une batterie ou à une alimentation, elle essaiera de dissiper autant d'énergie que possible et elle se détruira presque instantanément. Il est donc important de limiter la quantité de courant traversant la LED. Pour cela, nous utilisons des résistances. La résistance limite le flux d'électrons dans le circuit et empêche la LED d'essayer de tirer trop de courant. La résistance de limitation de courant est placée entre la LED et la source de tension de cette manière :

La tension aux bornes de la résistance est la différence entre les deux tensions. En appliquant la loi d'Ohm, la résistance de limitation de courant est calculée comme suit :

Exemple : Considérez une LED rouge avec une chute de tension directe de 1,8 V connectée à une alimentation 5V CC. Calculez la valeur de la résistance de limitation de courant requise pour limiter le courant direct à environ 10 mA.

4/5

Solution : En utilisant la formule ci-dessus, la résistance de limitation de courant est :

Nous obtenons une valeur de courant de 9,6 mA, ce qui est bien.

V. LED multicolores La plupart des LED ne produisent qu'une seule sortie de lumière colorée. Cependant, des LED multicolores sont maintenant disponibles qui peuvent produire une gamme de couleurs différentes à partir d'un seul dispositif. Ceux-ci ont en fait plusieurs LED fabriquées dans un seul boîtier. LED RGB À première vue, les LED RVB (rouge, vert, bleu) ressemblent à des LED normales. Cependant, à l'intérieur de l'emballage LED habituel, il y a en fait trois LED, une rouge, une verte et oui, une bleue. En contrôlant l'intensité de chacune des LED individuelles, On peut mélanger à peu près n'importe quelle couleur de son choix. La LED RGB a quatre broches : une pour chaque couleur et une broche commune. Sur certains, la broche commune est l'anode et sur d'autres, c'est la cathode.

LED bicolores Contrairement à la LED RGB, la LED bicolore n'a pas de LED bleue à l'intérieur du boîtier LED. En règle générale, il n'y a que deux LED, une rouge et une verte. En contrôlant l'intensité de chacune des LED individuelles, On ne peut mélanger que des nuances de rouge et de vert uniquement.

5/5