Content 1 Préparatifs..................................................................................... 3 2 Lampe à LED simple ..................................................................4 3 Plus de couleur : rouge et vert .................................................... 7 4 Lumière de veille pour la nuit......................................................8 5 Luminosité commutable ........................................................... 10 6 Courant amplifié................................
22 Clignotants tricolores................................................................42 23 Clignotement discontinu ..........................................................44 24 Feu flamboyant.........................................................................45 25 Voyants à LED spéciaux............................................................
1 Préparatifs Le présent module d’apprentissage porte sur les diodes luminescentes et les transistors. Il aborde également le problème des applications complexes. Et celui qui le veut, trouve également dans ce module des informations nécessaires sur le fonctionnement de tout le système.
tiples expériences. Les extrémités dénudées du câble rouge et noir doivent être branchées avec précision dans les trous de contact appropriés de la platine enfichable. Au préalable, il faut faire de petits trous dans le film de protection àl’arrière de la plaque et passer les câbles par le bas. Ceci garantit une fixation suffisante. L’interrupteur et le fusible doivent être branchés exactement dans la position illustrée. Cette consigne s’applique pour toutes les expériences suivantes.
expérience : la platine enfichable, le clip de batterie, le commutateur et le fusible. En plus, pour la première expérience, on utilise une résistance de 4,700 ohms (jaune, violet, rouge, 4,7 kΩ) et une diode électroluminescente (LED). Le sens de montage de la LED est important. Elle est dotée d’un fil plus court (la cathode = pôle négatif) d’un fil plus long (anode = pôle positif). À l’intérieur, un support relativement grand sur lequel est logé le cristal de la LED est visible sur le côté négatif.
Schémas électriques Il n’est pas nécessaire de respecter à la lettre les schémas électriques de ce manuel pour réaliser les expériences avec succès. Mais ils peuvent faciliter la compréhension de tout le processus. Un schéma électrique illustre les connexions des composants de façon simplifiée avec des symboles de commutation pour chaque composant. Si on est habitué à ce procédé, on comprend plus facilement avec un schéma électrique comme tout l’ensemble s’harmonise.
3 Plus de couleur : rouge et vert Ici, une LED verte supplémentaire est montée en série avec la LED rouge. Ainsi les deux LED s’allument simultanément. Avec le bouton, il est possible d’activer et de désactiver simultanément les deux LED. Circuit en série Dans le cas d’un circuit en série, le courant continu circule à travers deux ou plusieurs consommateurs. Il s’agit d’un « circuit électrique non ramifié », parce qu’il n’y a qu’un chemin.
tionne toutes les sous-tensions, on obtient la tension globale : 1,8 V + 2,4 V + 4,8 V = 9,0 V. Schéma électrique simplifié d’un circuit en série 4 Lumière de veille pour la nuit Ici, une autre résistance de 330 kΩ (330 Kiloohms) est appliquée. Elle porte les anneaux colorés orange, orange, jaune ainsi un anneau supplémentaire doré. Plus la résistance est grande, moins le courant circule. La première résistance avait seulement 4,7 kΩ (jaune, violet, rouge) et garantissait un éclairage relativement clair.
Résistances et anneaux colorés Les anneaux colorés sur les résistances représentent des chiffres. Pour la lecture, commencer par l’anneau qui se trouve à proximité sur le bord de la résistance. Les deux premiers anneaux représentent deux chiffres, le troisième représente les zéros ajoutés. L’ensemble constitue la résistance en ohm. Un quatrième anneau indique la précision. Toutes les résistances ont un anneau doré.
En d’autres termes, la valeur spécifiée est de 5 % plus grande ou plus petite que celle indiquée par les anneaux colorés. La première résistance est lue comme suit : jaune = 4, violet = 7, rouge = 00, total 4.700 ohms, soit 4,7 kΩ. Code de couleur de la résistance Couleur noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc or Argent Anneau 1 Anneau 2 1. Chiffre 2.
veaux de luminosité à gré : éteint, lumière faible et lumière claire. Si les deux interrupteurs sont actionnés, on devrait avoir un quatrième niveau, car le courant circule à travers les deux résistances. Mais la différence par rapport au troisième niveau est si faible qu’elle n’est pas perceptible.
Tension, résistance et intensité La tension électrique est généralement mesurée en volt (V). La batterie a 9 V. On mesure la résistance en ohm (Ω) ou en kiloohm (1 kΩ = 1.000 Ω). Toutefois, il existe d’autres grandeurs de mesures très importantes : l’intensité électrique est mesurée en ampère (A) dans le cas des intensités petites en milliampère (1 mA = 1/1 000 A).
bien la lampe reste allumée pendant environ 450 heures avec 1,1 mA, soit quasiment pendant trois semaines. Pour la plus grande résistance de 330 kΩ, on a une intensité d’environ 0,015 mA et une durée de fonctionnement quatre ans seulement avec une batterie. Ça vaut la peine d’économiser le courant ! 6 Courant amplifié Le composant le plus important de ce module d’apprentissage est le transistor. Ils a trois ports que l’on ne doit pas confondre.
téléviseurs ainsi que les smartphones et les ordinateurs – les transistors sont intégrés partout. Il est donc nécessaire de comprendre avec précision comment un transistor fonctionne. Le circuit illustre même un élément fondamental d’un ordinateur, notamment le circuit UND. La LED rouge ne s’allume que lorsque l’interrupteur 1 (S1) ET l’interrupteur 2 (S2) sont placés sur ON. Si l’une des deux ou si les deux sont en position circuit fermé, la LED reste éteinte.
contient les propriétés et les valeurs mesurées importantes. En résumé : ce transistor NPN supporte une tension de 50 V et une intensité de 100 mA. Et il peut amplifier le courant au moins 200 fois.
7 Alarme Pour cette petite alarme, on a besoin d’un deuxième câble. Il établit une connexion entre la base qui coupe le courant du collecteur et l’émetteur du transistor. Mais si on retire le câble, l’alarme est enclenchée. Ensuite la LED rouge s’allume. Une alarme peut être construite avec un fil fin qui se coupe lorsque quelqu’un ouvre une fenêtre ou une porte. Le fil pourrait, sous la forme d’une boucle d’alarme, sécuriser simultanément plusieurs fenêtres et portes.
Attention, le fusible et l’interrupteur ne sont pas illustrés dans le schéma électrique, mais font toujours partie de celui-ci. 8 Bouton-poussoir Ici, au lieu d’une boucle d’alarme de la dernière expérience, un bouton-poussoir est intégré.
terrupteur est ouvert. Le contact ne se ferme que lorsqu’on appuie sur le bouton. Ce qui permet d’éteindre la LED rouge. La NON-commutation Cas rare, on ferme un contact et on active un courant, mais, par ce processus, on coupe un autre courant. Une mise en marche entraîne un arrêt, donc exactement l’inverse. Même cette configuration fait partie des circuits de base importants de la technique informatique et il est désigné comme NON-commutation. Une autre expression est « Inverter » (« inverseur »).
9 Longue luminescence Le condensateur dans ce module d’apprentissage est quelque peu identique à un petit accumulateur d’énergie. Il s’agit d’un condensateur d’électrolyte (en abrégé Elco) qui tient sa particularité du fait qu’on doit considérer la polarité dans le cas d’une LED. Le pôle négatif est marqué par un épais trait blanc et doit être associé à Moins. Attention ! Un condensateur d’électrolyte ne doit pas être incorrectement monté.
allumée encore environ eux minutes et s’affaiblit ensuite peu à peu. C’est une lampe de nuit idéale, car on peut s’habituer progressivement à l’obscurité. Condensateur Un condensateur est constitué de deux plaques métalliques ou films métalliques qui ne sont pas en contact, mais sont isolés l’un de l’autre. Lorsqu’on connecte à une batterie, ils sont chargés électriquement et sauvegardent de l’énergie électrique.
10 Rouge et vert dans la même cadence La LED clignotante rouge contient, en plus du cristal, un circuit qui active et désactive en permanence son courant.
verte est également activée et désactivée. Le résultat est une lumière clignotante rouge et verte qu’on allume à l’aide du bouton-poussoir et qui devient de plus en plus faible. Si les LED ne clignotent pas, la LED rouge normale a probablement été montée. Celle-ci est reconnaissable au boîtier de couleur matte. LED clignotante La LED clignotante contient un commutateur électronique constitué d’un transistor.
11 Désactivation temporisée des trois LED Maintenant une troisième LED est montée avec une autre résistance de 4,7 kΩ (jaune, violet, rouge).
la LED clignotement. Mais elle s’éteint lentement comme les autres LED. À la fin, la LED rouge est toujours allumée. La LED verte et la LED de clignotement sont ensuite éteintes parce qu’elles n’ont plus besoin de tension.
12 Clignotant rectangulaire à cadence régulière Le circuit est ensuite modifié de sorte que toutes les trois LED s’éteignent complètement lors des pauses de clignotement. Dans ce contexte, on utilise une résistance de 1 kΩ (marron, noir, rouge). La LED clignotante rouge commande le transistor qui active et désactive ainsi les LED rouge et verte. Le résultat est un clignotement de toutes les trois LED.
13 Commutateur tactile Un autre transistor doit maintenant être associé au premier pour garantir une plus grande amplification. Les deux ports de collecteur sont directement reliés et l’émetteur du premier transistor conduit à la base du deuxième. Ce circuit est appelé circuit de Darlington. Il est doté d’un commutateur tactile.
Circuit de Darlington Le circuit de Darlington fait référence à une connexion de deux transistors comme l’illustre le schéma électrique. Deux transistors ont une plus grande puissance d’amplification par rapport à un seul. Ceci s’applique particulièrement pour ce circuit où l’intensité amplifiée est encore plus amplifiée par un deuxième transistor. Le nom vient de l’inventeur Sidney Darlington qui a eu cette idée en 1952.
14 Capteur de lumière à LED Dans cette expérience, une LED jaune est utilisée comme capteur de lumière. Elle est montée à l’inverse et ne conduit pas de courant. Même si la LED est sous l’effet de la lumière, elle provoque un petit courant comme dans le cas d’une photodiode. Elle est ensuite amplifiée par deux transistors et allume les deux autres LED. Une torche est parfaite pour le test. Plus la lumière de la LED jaune est intense, plus les deux autres LED sont claires.
En dehors des diodes lumineuses, il y a des diodes de redressement et des photodiodes en silicium constituées du même matériau que les transistors. Dans le cas d’une photodiode, on utilise une surface particulièrement grande pour qu’une lumière forte venant de l’extérieur puisse pénétrer dans la couche de verrouillage. Cette lumière veille à ce que l’effet isolant de la couche de verrouillage soit partiellement neutralisée et le courant circule.
15 Avec interrupteur supplémentaire même dans l’obscurité Ici, le capteur de lumière fait l’objet d’une extension avec un interrupteur supplémentaire. Avec le deuxième interrupteur, les LED peuvent être activées la nuit. Il est positionné parallèlement au capteur de lumière et peut aussi être une base de courant suffisante dans l’obscurité. Au lieu de l’interrupteur, on peut également monter deux contacts pour un capteur de contact ou toucher simplement les fils de la LED du capteur.
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Fusible PTC Au cours de toutes les expériences, on utilise un fusible qui intervient en cas de défaut. En cas de court-circuit, un câble pourrait devenir incandescent. Ou bien la batterie pourrait devenir chaude, se décharger rapidement ou exploser dans le pire des cas. Mais le fusible devrait empêcher un tel scénario. De nombreux fusibles grillent tout simplement lorsqu’on provoque un court-circuit.
le petit courant de base de l’autre transistor circule à travers cette LED. On ne peut pas prédire quelle LED va s’allumer avec la mise en marche. Mais on peut commuter l’état en touchant l’un des raccords de base avec un fil et en créant ainsi une courte impulsion électrique en raison des charges aléatoires disponibles. En général, ceci ne fonctionne pas la première fois. Une commutation sûre est garantie lorsqu’on relie la base avec l’émetteur au niveau du transistor conducteur.
17 Jeu de réaction On peut utiliser deux boutons pour déplacer de façon ciblée la bascule de la dernière expérience dans un état souhaité. L’expérience peut être utilisée comme signal lumineux.
rouge signifie : ne pas déranger ! Et le vert signifie : autorisation de parler. Mais l’expérience est également un petit jeu électronique. Chaque interrupteur peut arrêter le courant de base de son transistor, et par conséquent la LED connectée s’éteint. Normalement, on appuie sur les touches seulement de façon individuelle ou alternative. Mais si on appuie simultanément sur les deux, les deux LED s’éteignent. En revanche, lorsqu’on relâche la touche, une seule LED s’allume et on ne peut prédire laquelle.
18 Commutateur quatre couleurs La LED rose est utilisée ici pour la première fois. Le boîtier est blanchâtre, mais en réalité, cette LED s’allume en couleur rose. La bascule RS de la dernière expérience doit maintenant être étendue avec quatre LED. Sur chaque transistor, il y a une LED dans le câble de collecteur, mais l’autre LED est utilisée dans le câble de l’émetteur. Ainsi le rouge et le jaune sont toujours allumés ou de l’autre côté le rose et le vert.
permuter à tour de rôle toutes les LED et examiner comment fonctionne le circuit. Structure d’une LED rose Le cristal de la LED rose émet une lumière bleue. Mais il est recouvert par un phosphore, qui absorbe une partie de la lumière bleue et l’émet à nouveau comme lumière rouge. De cette façon, la LED rose émet deux couleurs : rouge et bleue. On obtient ainsi le mélange de couleur rose.
19 Bascule RS simple Une bascule simplifiée peut être construite seulement avec une LED et trois résistances. Il est possible d’activer et de désactiver la LED avec les deux boutons. Ce circuit est également appelé bascule RS. L’abréviation signifie Reset (réinitialiser = arrêter) et Set (activer = mettre en marche). La bascule RS est un élément de base important de l’électronique numérique et de la technique informatique.
base du transistor gauche comme si on voulait allumer la LED. Un test avec la LED rose est également intéressant. Le clignotement aura-t-il une influence sur l’état de la bascule RS ? 20 Sonde de température Le dernier circuit subit seulement quelques modifications, mais se comporte de façon totalement différente et réagit à différentes températures. Une résistance de 1 kΩ (marron, noir, rouge) alimente le transistor gauche avec le courant de base.
par alternance à un intervalle d’une demi-minute le transistor gauche et le transistor droit. Pour des différences de température relativement importantes, on place un morceau de glace sur une cuillère et on maintient une autre cuillère sur le chauffage, pour pouvoir toucher les transistors avec les deux cuillères.
21 Clignotant lent Contrairement à la LED clignotante rouge avec son clignotant intégré, on doit maintenant monter un clignotant spécifique. Le circuit rappelle en quelque sorte les bascules des expériences précédentes. La différence la plus importante tient du fait qu’un condensateur est intégré cette fois. Le courant de base passe par le condensateur circule seulement jusqu’à ce que le condensateur soit chargé ou déchargé. Ensuite, la bascule change automatiquement l’état.
22 Clignotants tricolores Dans le circuit clignotant de la dernière expérience, une résistance supplémentaire de 10 kΩ (marron, noir, orange) est montée en série avec le condensateur. De cette façon, le rapport activé/désactivé est plus équilibré. Une autre modification concerne les LED. Le transistor droit peut allumer bien plus qu’une seule LED. Ici, il y en a actuellement trois qui clignotent simultanément. Oscillateur Circuit qui génère des oscillations de façon indépendante.
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23 Clignotement discontinu Le clignotement est maintenant doté d’une quatrième LED. Cette fois, la LED clignotante est incluse. Elle est montée parallèlement à la LED verte. Le résultat est que la LED clignotante rouge et la LED verte fonctionnent toujours par alternance. Ce clignotement est plus rapide que le circuit clignotant construit par soi-même. On voit des séries d’impulsions de clignotement où la LED clignotante et la LED verte clignotent toujours environ six fois puis s’arrêtent.
24 Feu flamboyant L’objectif de cette expérience est de produire un scintillement doux identique aux simulations de feux de camp. Le circuit doit être doté d’un troisième niveau de luminosité entre Actif et Arrêt. Cette fois-ci, la LED rose est utilisée parallèlement avec la LED clignotante et s’allume toujours lorsque la LED clignotante est éteinte. On obtient ainsi un modèle de clignotement identique au vacillement d’un feu.
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25 Voyants à LED spéciaux Une couleur manquait toujours jusqu’ici, voilà pourquoi la LED bleue a été montée. Le clignotement alternatif discontinu roue-bleu est particulièrement beau et attire tous les regards. Mais de nombreuses extensions avec des couleurs différentes sont encore envisageables.
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Mentions légales Cher client, Ce produit a été fabriqué conformément aux directives européennes en vigueur et et il est donc certifié CE. L’utilisation conforme du produit est décrite dans le manuel en annexe. Le respect des règles en vigueur engage exclusivement votre responsabilité, tout comme les d’utilisations non conformes ou modifications du présent produit. Construisez par conséquent les circuits selon les consignes du manuel.
