Les LED (ou DEL) sont des diodes. Elles doivent être alimentées en courant continu et polarisées en direct pour émettre de la lumière. Les tensions directes étant très basses (1,5 V à 3,3 V) il faut donc ajouter un ou plusieurs composants pour faire fonctionner correctement une LED avec une alimentation de 5, 12, 24 volts ou plus.

Calcul de la résistance de limitation

Le calcul est une simple application de la loi d'Ohm et se fait en deux temps.

Nous calculons d'abord la chute de tension nécessaire pour que la diode Led soit soumise à une tension direct de 2,1 V :
U_R=U_(Alim)-V_f.
Soit : U_R=5-2,1=2,9 V.
Cette tension de 2,9 V représente la tension qui sera présente aux bornes de notre résistance de limitation.

Nous calculons maintenant la valeur de la résistance en tenant compte de la valeur du courant qui traversera la LED (soit 20 mA).
R=U_R/I_f.
Soit : R=2,9/0,020=145 Ω.
En pratique nous utiliserons une résistance de la série E24 (tolérance ±5 %) de 160  Ω.

Pourquoi 160 ohms au lieu de 150 ?

La valeur de 160 ohms permet de ne pas dépasser le courant que l'on s'est fixé (20 mA). Il faut tenir compte de la tolérance pour connaître les valeurs limites que peut avoir une résistance.

Si nous prenons une résistance de 150 ohms avec une tolérance de 5 %, elle peut avoir comme valeur plus ou moins 5 % de 150 ohms.

Nous avons un écart possible de plus ou moins : 150×5%=7,5 ohms.
Valeur mini de R=150-7,5=142,5 ohms.
Valeur maxi de R=150+7,5=162,5 ohms.

Nous pouvons miser sur la sécurité et opter pour une résistance de 160 ohms ou trier parmi des résistances données comme du 150 ohms.

Pour une application d'un simple voyant indicateur, un courant de 10 mA peut suffire. Dans ce cas, la résistance passera à (5-2,05)/0,010=295 Ω, soit une valeur pratique de 300 ohms.

Tableau de la série E24

Diverses couleurs de LED

LED rouge, orange, jaune (ambre) : 1.8V à 2VLED verte standard (vert clair) : 1.8V à 2.2 V.

Caractéristique typique pour une LED rouge, une LED verte et une LED bleue

La tension aux bornes de la LED rouge ne varie que de 1.55V à 1.93V quand on fait varier le courant de 1mA à 20mA. Si on dispose d'une alimentation stabilisée réglable fixée à 1.93V, on pourrait y brancher directement une LED rouge. Il faut éviter de faire ainsi parce qu'une petite variation de tension entraîne une grande variation de courant. En passant de 1.93V à 2.20V, le courant dans la LED est multiplié par 2 !

La tension de seuil dépend de la couleur et donc de la composition chimique du dopage.

Nota (1) : Certains constructeur classent la plage de longueur d'onde 610-625 nm dans le Rouge, alors que d'autres la classent dans le Orange.
Nota (2) : Certaines couleurs sont classées avec deux plages de tensions. Cela s'explique par le fait que les LED haute luminosité nécessitent parfois une tension plus élevée.

Spécificité des LED blanches

Du fait que ces LED sont construites sur la base de plusieurs puces qui émettent sur des longueurs d'onde différentes, il n'est plus de bon ton de parler de longueur d'onde pour une LED blanche. Par contre, on parlera volontier de "température de couleur équivalente", le terme "température de couleur" est bien connu des professionnels de l'image vidéo et photo, qui indique si une lumière est plutôt chaude (valeur basse) ou froide (valeur élevée). L'unité de mesure n'est plus le nanomètre (nm) mais le Kelvin (K).

Pour donner un exemple d'application, le photographe ou le vidéaste qui souhaite effectuer un appoint lumineux avec un petit projecteur à LED blanches cherchera un ensemble dont la température de couleur est comprise entre 5000K et 6000K pour un effet lumière du jour (bien sûr le rendu ne sera pas le même si on combine la vraie lumière du soleil avec celle de l'appoint, et si on n'utilise que la source artificielle). D'un point de vue commercial, on peut aussi trouver les appellations suivantes :

LED haute luminosité :

Il est à noter que vu la puissance lumineuse développée par ces LED (certaines atteignent ou dépassent 100000 mcd - 100 candela - avec seulement quelques dizaines de mA), les mêmes précautions que celle qui s'appliquent pour les LASER sont de rigueur (ne pas diriger directement ces LED vers les yeux).

LED très haute luminosité et haute puissance (HB-LED, HP-LED, COB)

HB-LED ou HBLED = High Brightness LED, LED haute luminosité
HP-LED ou HPLED = High Power LED, LED haute puissance
Si les LED haute luminosité sont déjà remarquables par rapport aux LED ordinaires, que dire alors des LED très haute luminosité ou forte puissance ?

Ces dernières ne sont plus fabriquées avec les même matériaux, et les conditions d'utilisation ne sont plus tout à fait les mêmes. Nécessité d'une tension plus élevée (ça commence à 4 V mais ça peut monter à plus de 15 V), d'un courant voisin ou supérieur à l'ampère (où sont passés nos 20 petits milliampères ?) et usage obligatoire d'un radiateur, comme pour nos régulateurs de tension ou transistors qui chauffent beaucoup... On trouve désormais sur le marché des régulateurs tout fait pour alimenter des LED de puissance (alimentation à courant constant, attention à choisir le bon modèle), et même des LED tricolore de puissance (modèle Starled RVB 3W ou 9 W par exemple). En novembre 2010, je lisais un article (revue Elektor) traitant d'un test sur une LED 50 W réclamant une alimentation à courant constant de 27 V / 1,7 A. A noter que la tension requise est élevée car la "LED" en question est en fait constituée de plusieurs branches constituées chacune de plusieurs LED en série. Par exemple le module LED Mega Zeni de 25 W (notez l'appellation "module à LED" et non "LED") est composé de 168 puces LED agencées en 14 branches de 12 LED et demande une tension de 37 V et un courant de 700 mA. Chez le même fabricant, le module LED 15 W est composé de 96 puces LED agencées 8 branches de 12 LED et demande une tension de 37 V et un courant de 400 mA. Il faut reconnaître qu'il arrive bien un moment où il devient difficile de proposer à un amateur de faire lui-même une alimentation de cette puissance, et où l'achat d'un bloc secteur tout fait est plus sécurisant. A l'heure où j'écris ces lignes, une LED 50 W coûte encore très cher (plus de 130 euros pièce) et il serait dommage de la griller au premier branchement sur une alim pas assez "stable"...

Pour tester une LED (savoir si elle fonctionne et connaître sa couleur), il ne faut qu'un multimètre. Le multimètre doit être positionné sur la fonction test de diode, qu'on repère par le symbole d'une diode. Ensuite, on place les cordons du multimètre sur les pattes de la LED à tester:

Test de LED au multimètre : fonction diode

Pour tester la LED avec le multimètre, il faut brancher :

- le cordon noir sur la cathode (le -)- le cordon rouge sur l'anode (le +)

Si on se trompe, la LED ne brille pas. Avant de penser que la LED est cassée, inverser les cordons du multimètre ! Pour tester la LED, le multimètre injecte un petit courant dans ses cordons. On voit donc la LED briller légèrement si elle est bonne :

Test de LED jaune (ambre) avec multimètre

Sur le multimètre, l'afficheur indique la tension en millivolts (mV) continus aux bornes de la LED lorsqu'elle est traversée par le petit courant qui vient du multimètre. C'est la tension de seuil de la LED. Ici, on lit "1636", ce qui signifie 1636mV, ou 1.636V. Si par exemple on teste une LED blanche ou une LED bleue, la tension de seuil est au-delà de 2.5V ou 3V et la tension de seuil ne s'affiche pas, mais la LED brille :

Test de LED bleue au multimètre

C'est donc très facile de tester une LED avec un multimètre !

Pour tester, une diode, on lit l'affichage qui doit se trouver entre 400 et 800mV environ dans un sens (sens passant) et aucun affichage dans le sens bloqué.

Led 1.8mm miniatures

Boîtier diffusant teinté. Angle: 35°.
Eclairement: 2 mcd à 10 mA.

Led 2 mm miniatures

Boîtier diffusant teinté. Angle: 120°
Eclairement: 12 à 50 mcd à 20 mA

Led 3mm économiques

Boîtier diffusant teinté. Angle: 30°.
Eclairement: 2 à 10 mcd à 10 mA.

Led 5mm standards

Boîtier diffusant teinté. Angle: 30° (sauf ML37B: 15°)
Eclairement: 2 à 15 mcd à 10 mA (sauf bleue: 800 mcd).

Led 3mm faible consommation

Boîtier diffusant teinté. Angle: 30°.
Eclairement: 2 mcd à 2 mA.

Led 5mm haute luminosité

Boîtier transparent teinté. Angle: 15°.
Eclairement: 50 mcd à 10 mA.

Led 5mm très haute luminosité

Boîtier transparent clair. Tension directe Vf: 2,0 V (rouge et jaune) ou 3,5 V (verte ou bleue).
Avertissement: éviter de diriger le rayon lumineux vers les yeux (risque d'endommager la rétine).

Led 3mm blanches

Boîtier transparent clair. Eclairement donné pour un courant de 20 mA. Tension directe Vf: 3,5 V.
Avertissement: éviter de diriger le rayon lumineux vers les yeux (risque d'endommager la rétine).