[Construction] Les périphériques des microcontrôleurs

[jpparisy]

Le but de cette rubrique est de discuter de tous les dispositifs commandables par un microcontrôleur (MCU).

En général, un MCU agit en passant une sortie à +5 V ou 0V, cette sortie générant un courant assez faible, de l'ordre de 25 mA par sortie ou 75 mA au total pour le PIC 12F509.

Il est donc très souvent nécessaire d'ajouter un peu d'électronique pour actionner quelque chose de plus gourmand.

[jpparisy]

La première utilisation à laquelle on pense lorsqu'on veut réaliser une animation est d'allumer différentes lumières. Il existe des ampoules à filament miniatures, mais le composant le plus utilisé dans ce rôle est la diode électroluminescente, plus connue sous son acronyme anglais "LED" (Light Emitting Diode).

Contrairement à une ampoule, une LED est polarisée, c'est à dire qu'une de ses broches, appelée "anode", doit être reliée au pôle positif, l'autre, appelée "cathode", au pôle négatif. En général, la broche la plus longue est l'anode (broche positive).



Pour pouvoir émettre de la lumière, une LED doit être traversée par un courant constant. Ce courant est une des données techniques de la LED, l'autre donnée à prendre en compte est la chute de tension à ses bornes (UL).

Les LEDs standards travaillent avec un courant compris entre 10 et 20 mA et une valeur de UL d'environ 2 V. Ces valeurs varient suivant la couleur, elles sont fournies avec la fiche descriptive de la LED.

Pour limiter le courant alimentant une LED, quand on a une tension supérieure à UL, le moyen le plus simple est d'intercaler une résistance, du côté positif ou de l'autre, ça n'a pas d'importance.

Pour calculer la valeur de cette résistance, on applique la loi d'Ohm sous sa forme :

R = U / I

Dans notre cas, la tension U à prendre en compte est en réalité la tension d'alimentation (Ubat) diminuée de UL. La formule devient donc :

R = (Ubat - UL) / I

où R est en ohms, Ubat et UL en volts et I en ampères.

La valeur de R sera arrondie à la valeur supérieure dans la série E12 (10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82), pour s'approvisionner facilement.

Prenons un exemple concret : nous avons une LED rouge, fonctionnant avec une intensité (I) de 10 mA (0.01 A) et ayant une chute de tension (UL) de 2 V. Nous l'alimentons avec une tension (Ubat) de 5 V.

La valeur de la résistance sera : (5 - 2) / 0.01 = 300 que nous arrondissons à 330 ohms pour des facilités d'approvisonnement.

Le schéma électronique correspondant est le suivant :

[Bud.fr]

Envoyé par jpparisy

.....
La valeur de la résistance sera : (5 - 2) / 0.01 = 300 que nous arrondissons à 330 ohms pour des facilités d'approvisonnement.
....

Salut JPParisy

Est ce que je peux mettre 2 Led en série ?? Je suppose que oui.

Donc le calcul sera: (5 - 2 - 2)/0.01 = 100 ohms , c'est bon ????

Est ce qu'on peut se passer de résistance avec, par exemple, un Ubat de 6v et 3 Led 2v en série ???

A+

[jpparisy]

Envoyé par Bud.fr

Salut JPParisy

Est ce que je peux mettre 2 Led en série ?? Je suppose que oui.

Donc le calcul sera: (5 - 2 - 2)/0.01 = 100 ohms , c'est bon ????

Est ce qu'on peut se passer de résistance avec, par exemple, un Ubat de 6v et 3 Led 2v en série ???

A+

J'allais y venir !

En résumé : on peut mettre des LEDs en série, mais ce n'est pas une bonne solution, surtout si elles sont de couleurs différentes, mais patience : avant de parler de ça, je dirai d'abord tout le bien que je pense des MOSFETs !

[jpparisy]

J'en ai déjà parlé par ailleurs, je vais détailler un peu plus ses qualités.

Le MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) est un transistor, il a trois broches, appelées G (Gate ou Grille), S (Source) et D (Drain), un courant appliqué entre les broches G et S permet de commander un courant entre les broches S et D.

Comme on peut le voir sur le schéma, la grille est isolée électriquement des autres électrodes, ce qui donne une impédance (résistance) d'entrée très élevée, de l'ordre de 10**18 ohms (1 suivi de 18 zéros). En pratique, on peut considérer que le transistor est commandé par la tension et non par l'intensité entre grille et source.

Par contre, cet isolant est le seul point faible du MOSFET : il est très mince et peut être détruit si on applique une tension trop élevée entre G et S (20 V pour un BS170).

La courbe de gain (variation de la tension d'entrée commandant le courant de sortie) est très abrupte, passé un certain seuil de tension, le transistor laisse passer le courant avec une résistance de passage très faible, de l'ordre du 1/10ème d'ohm.

En utilisant les sorties d'un MCU (0 ou 5 V), le transistor se conduit alors comme un interrupteur électronique.

Avec un boîtier de taille réduite, le MOSFET permet de faire passer des intensités relativement élevées, par exemple 500 mA en continu pour le BS170 en boîtier TO92.

Du fait de son impédance d'entrée élevée et de sa faible résistance de passage, il est possible de brancher plusieurs MOSFETs en parallèle pour augmenter l'intensité commandée. Cette mise en parallèle ne nécessite aucun composant additionnel.

L'examen du schéma montre qu'une diode est intégrée entre les broches S et D, elle sert de protection lorsqu'on commande une charge inductive, telle qu'un électro-aimant, un relais ou un moteur électrique. Elle protège aussi le MOSFET contre les inversions accidentelles de tension. Tous les autres composants du circuit seront grillés, mais le MOSFET aura résisté !

Les tensions d'entrée et de sortie peuvent être de sources différentes, mais les masses doivent être communes, comme dans le schéma ci dessous :

[dudu78rc]

Cela se précise !
On a un microcontrolleur qui commande un ou plusieurs interrupteurs "électroniques", on y met une résistance avec sa led ....

mais si je dois mettre plusieurs diodes en série, je multiplie les interrupteurs sur la sortie du micro? un par diode ou autre dispositif comme un en lecteur MP ..... pour que tout ce petit monde puisse fonctionner en //?

Sur ma radio, j'aimerai bien pouvoir allumer mes feux de positions (4 leds) et les feux de travail (2 leds)+ lancer la sirène et couper le moteur. Un axe du manche pour le son et l'autre axe la lumière, 4 positions/fonctions en ou 1 ou 0 ....

bon exercice pratique, non?

dudu78rc

[jpparisy]

Nous avons vu que commander l'allumage d'une seule LED par une sortie du MCU est facile. Le problème se complique un peu lorsqu'on veut commander plusieurs LEDs avec la même sortie.

Il existe deux possibilités : le branchement en série ou le branchement en parallèle.

(Pour les exemples ci-dessous, j'utilise les mêmes LEDs rouges que précédemment, avec UL = 2 V et I = 10 mA.)

Le branchement en série




Ce branchement n'est à utiliser que quand toutes les LEDs ont les mêmes caractéristiques de tension (UL), d'intensité et de couleur, la valeur de la résistance intercalaire est donnée par la formule :

R = (Ubat - (UL * nb_LED)) / I

Il y a toutefois une limite : la tension Ubat doit être supérieure ou égale à la somme des tensions UL. Lorsque la tension Ubat est égale à la somme des UL, la résistance n'est pas nécessaire :




Le branchement en parallèle



Ceci est le schéma de base, chaque LED a sa propre résistance, et peut donc avoir des caractéristiques différentes des autres.

On peut vouloir économiser toutes ces résistances et n'en utiliser qu'une seule, dans le cas où toutes les LEDs sont de mêmes caractéristiques :



La valeur de la résistance intercalaire est donnée par la formule :

R = (Ubat - UL) / (I * nb_LED)

Il y a, là encore, une limitation qui est la puissance maximale que peut dissiper la résistance. Cette puissance est calculée par la formule :

P = U * I

P est en watts (W), U est la tension aux bornes de la résistance (Ubat - UL) en volts (V) et I est l'intensité en ampères (A).

La puissance maximale que peut dissiper une résistance standard est 0.5 watt. Dans le schéma ci-dessous, la somme des intensités est égale à 60 mA, la tension aux bornes de la résistance est égale à 10 V.



La puissance que doit dissiper la résistance est égale à :

10 V * 0.06 A = 0.6 W, ce qui est trop important, pas de beaucoup, mais la résistance va chauffer et se détériorer dans le temps.

Donc, sauf cas particulier, il est préférable d'utiliser le schéma de base, avec une résistance par LED, lors des branchements en parallèle.

[dudu78rc]

Super clair merci ....

Je n'ai pas vu comment tu proposais d'utiliser les mosfets avec des diodes en parallèle sur 2 sorties et utiliser 2 autres sorties du micro pour commander une multitude de sons via un lecteur .....

Je compte avoir une seconde alimentation pour les leds et le son, probablement un accu Cad-Ni 7,4V + UBEC 5v qui permet de lester le bateau tout en dissociant les accu pour la radio/propulsion et le spectacle!

dudu78rc

[Alexis C.M.N.H.N]

Salut "jpparisy", ça fait un bon moment que j'ai pas trainé ici et au constat un "nouveau" qui explique plein de trucs sympas !
Alors je me permet de suggérer une toute petite variante pour l'allumage de LED, en choisissant la priorité sur la régulation du courant, le coût est un poil plus cher qu'une résistance, mais l'avantage est un allumage jusqu'à épuisement de la source d'alimentation (piles, accu dédié aux accessoires, ou autres) et un plus pour la protection leur de surtension !
Voici donc mon p'tit schéma:
des variantes sont possibles, ainsi que les courants ! voir "petits montages (testés)"
Alex-Modelisme-Naval