Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

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Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Mer 4 Juin 2014 - 14:03

Salut à tous !

Plutôt que de pondre un n-ième post monolithique sur l'électronique, je propose aux membres d'étudier et de participer à l'amélioration de circuits sous la forme d'un quizz. Merci aux experts de ne pas trop spoiler le fil clind'oeil

Il pourrait être intéressant pour les participants d'encadrer leur réponse via les balises spolier, afin de ne pas les afficher en parcourant le fil, laissant place à la réflexion. clind'oeil
Exemple :
Code:
[spoiler]
Niveau 1 :
a :
b :
c :
[/spoiler]

Bien entendu, tous les participants sont les bienvenus ! Il n'y a aucune honte à répondre complètement faux; l'essentiel est de se creuser le ciboulot pour apprendre quelque chose via un cas pratique.

Pour un premier post, un cas assez simple : la lampe LED. C'est assez parlant tout en abordant plusieurs notions de base.

Voici la bête :


Absolument bas de gamme, 1€ en moyenne, donc le circuit se réduit suffisamment au minimum pour présenter de grands défauts. La plupart des lampes de cette forme sont des copies conformes.

Alimentation :



Le rack vide :


Le circuit :


Avec un flash :


Partie interrupteur :


Niveau 1 :
a - La borne - du rack de piles est reliée à une borne de l'interrupteur via un ressort, la borne + est reliée au circuit imprimé. Comment est reliée l'autre borne de l'interrupteur au circuit imprimé pour fermer le circuit électrique ?
b - Comment sont reliées les 9 Leds blanches entre elles ?
c - Comment sont reliées les piles entre elles ?
d - Quelle est la tension d'alimentation, au bornes du rack de piles ?
e - Quelle est la tension la plus couramment acceptée par les LEDs blanches de petite puissance ?

Niveau 2 :
a - Si on suppose que chaque LED consomme 25mA, quelle est la consommation globale des 9 LEDs ?
b - Si la capacité d'une pile AAA est de 1000mAh, quelle est la capacité du pack de piles ?
c - Quelle est l'autonomie d'un pack neuf ?

Niveau 3 :
a - Il y a une grave erreur de conception concernant le circuit imprimé (le schéma), laquelle ?
b - Il y a une erreur mineure de conception, mais qui va sans doute pose des soucis à terme, laquelle ?
c - Quel composant permettrait de rectifier à moindre coût le premier point.
d - Comment calculer sa valeur ?
e - Quelle est sa valeur théorique ?
f - Quelle valeur pratique retenir ?
g - Sachant que le circuit imprimé est indélogeable sans détruire la carcasse en aluminium, quelle zone pourra être modifiée pour cette upgrade ?

z - Bonus : comment se fait-il que la lampe fonctionne malgré tout ?

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par bricolo le Mer 4 Juin 2014 - 16:09

Spoiler:

1__
a_ en//
b _en serie
c_ 4,5v si piles AA 1,5v
d_3,2v
2
a__25x9=225ma=0,225a
b_1000x4=4000
c_4000:225=17,77777777777
3
a_ le ressort peu toucher les deux circuits et court-circuiter les plies
b_surtension aux leds
c_une résistance
d_R=U/I
e_4,5-3,2:0,225=5,7ohms
f_10 ohms(marron noir noir)
g_la carcasse( en faire une qui se démonte)

z__les leds sont de bonne humeur car elles ont fait un long voyage depuis la chine
nota: ne pas me mettre une bonne note car je me suis instruis pour réparer les lampes leds 12 et 220v qui coutent entre 8 et 19,90€ et ou il n'y as que la résistance fusible a changer fumeur  chaud

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Mer 4 Juin 2014 - 16:37

Salut !
Merci de ta participation clind'oeil
Coquin, j'ai mis en spoil ta réponse afin de ne pas afficher toutes les réponses dès le début du fil.

Il manque la 1a, et il y a une faute.  fouet 
Pour 3a et 3b, j'aurais inversé les réponses, car le circuit est "tropicalisé" avec la laque verte, donc le souci arrive à moyen terme.
Pour g, il y aurait un peu plus simple clind'oeil

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par Molr le Mer 4 Juin 2014 - 19:37

Bonjour,

Je me lance aussi Very Happy 

Spoiler:
Niveau 1 :
a - Par un fil Shocked 
b - En parallèle
c - En série
d - La somme des tensions des piles, apparemment 2*1,5=3 V
e - ? 4,5 V
Niveau 2 :
a - 9*25=225mA
b - 2*1000=2Ah
c - 2/0,225=8,89 h
Niveau 3 :
a - (triche) surtension
b - (triche) court-circuit
c - résistance
d - R=U/I
e - R=3/0,225=13,3Ω
f - une résistance un peu plus élevée
g - le rack de piles
z - parce qu'au début le ressort est très élastique

En espérant ne pas avoir fait trop d'erreurs

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Mer 4 Juin 2014 - 21:44

Salut !
C'est globalement excellent !
Il y a une petite erreur sur 1-d, occasionnant une dérive des résultats, mais le raisonnement est bon. Regarde bien la photo du rack vide clind'oeil
La 2-c occasionne une résistance trop élevée, mais cela a pour conséquence de diminuer la luminosité....et augmenter l'autonomie.
Bonne idée pour 3-g, je n'y avais pas pensé !

Sinon, comme pour Bricolo, vous risquez d'être pris au dépourvu sur un point.  dévil

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par bricolo le Mer 4 Juin 2014 - 22:32

Spoiler:

Sad les volts s'ajoutent mais pas les ampères pale
1a il n'y a plus  de connexion elle a été cassée  au démontage (c'était le boitier grâce aux 3 plots carrés sur le circuit des leds)


Dernière édition par bricolo le Mer 4 Juin 2014 - 22:41, édité 1 fois

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Mer 4 Juin 2014 - 22:40

[...]
- Bricolo, crois-tu qu'on devrait prendre le tunnel de droite ou de gauche ?
- Eh bien en fait, je...

La lampe faiblit subitement, et s'éteint.

- Vite, change les piles ! J'entends les zombies arriver !
- Damned, on a beaucoup moins d'autonomie que prévu !
[...]

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par bricolo le Mer 4 Juin 2014 - 23:11

Laughing toujours tout droit en sans se retourner
ps :je n'ai pas pu poursuivre des études  car ce sont plutôt elles qui m'ont poursuivie bref je me suis fait tout seul grâce a ma curiosité 
_quand je ne connais pas je démonte et j’étudie le système :en électronique  j'ai fabriqué mon premier poste de radio,avec une oa79 et une bobine d'un transfo HF et ho miracle je recevais très bien la BBC français(en1966)
_quand je peu pas acheter  je fabrique_éolienne ,_groupe électrogène gpl  etc ,aujourd’hui je viens de terminer une serre de jardin  de 2,50mx 5,30m faite avec du recyclage de palettes
 _et en informatique  j'ai débuté avec un 286 en 1996 et aujourd'hui je tourne avec un 2,4Ghz  3 giga de ram sans débourser un tune(que de la recupe)
_en conséquence et vu mon grand age ( je rentre dans le 4eme_(+60)_)je sollicite la plus grande indulgence quand a la rédaction de mes posts car je mis suis repris au moins 4 fois pour """spolier""""( mot a  rajouter a mon vocabulaire courrant) fumeur  pouce

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par luxferrrare le Mer 4 Juin 2014 - 23:18

Houlala Bricolo, t'aurais jamais du raconter tout ça...

Maintenant, je ne vois ps comment tu vas faire pour éviter le RETEX sur :
"_éolienne ,_groupe électrogène gpl  etc ,aujourd’hui je viens de terminer une serre de jardin  de 2,50mx 5,30m faite avec du recyclage de palettes"

Surtout la serre et le groupe électrogène gpl.... Smile

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par Ash le Ven 6 Juin 2014 - 2:12

Spoiler:

1a/ par l'intérieur du fût
b/ de manière soudée à la sauvage
c/ manifestement en série, voir le rack
d/ 4.5v
e/ 3.7v il me semble...

2a/ 9*25mA = 225mA
b/ étant en série, y'a qu'une capa qui compte, soit 1000mA
c/ 1000/225 = à peine trois heures en comptant la chute de tension à vue de nez

3a/ aucune régulation de tension
b/ la conception du bouton-poussoir, un peu merdique au niveau des contacts
c/ une diode zéner
d/ en prenant la tension nécessaire aux diodes en // soit d'une seule
e/ la valeur du 1e) clind'oeil
f/ 4v
g/ au niveau du bouton ou du rack

z/ la tension aux bornes d'une del est nominale, il lui en faut plus pour cramer et puis, y'a la résistance interne des piles qui y fait...
Bueno ?

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Dim 8 Juin 2014 - 20:29

Bueno, je crois qu'on a maintenant toutes les réponses !

Je n'avais pas pensé m'orienter sur le composant de la 3c; c'est assez complexe car il te faut une valeur proche de celle des LED, mais aussi une résistance en série.
En somme, la zener ici est déjà représentée par les Led, qui stabilisent la tension autour de leur valeur max. clind'oeil

Allez, un petit bonus :
Le composant régulateur est effectivement une résistance, qui va faire chuter la tension à une valeur conforme aux LEDs, afin de ne pas les griller.

- Il existe  des LEDs blanches de tensions d'alimentation très variées, en général de 3.2 à 3.7V. Comment connaître cette tension ?
- Est-ce qu'une résistance usuelle (1/4W) convient à tous les cas ?

S'il y a des intéressés, dépêchez vous, car je posterai d'ici la fin de semaine prochaine la solution complète !

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Lun 7 Juil 2014 - 15:08

Salut à tous !

Globalement toutes les réponses ont été données, voici un petit récapitulatif  study 

Niveau 1 :
a - La borne - du rack de piles est reliée à une borne de l'interrupteur via un ressort, la borne + est reliée au circuit imprimé. Comment est reliée l'autre borne de l'interrupteur au circuit imprimé pour fermer le circuit électrique ?
C'est effectivement le corps en aluminium de la lampe qui sert à relier l'interrupteur au circuit des LEDs. Ce dernier comporte d'ailleurs trois bourrelets de soudure afin de faire la jonction par contact.

b - Comment sont reliées les 9 Leds blanches entre elles ?
En parallèle. C'est à dire, toutes les cathodes sont reliées entre elles, idem pour les anodes. Théoriquement, il est préférable d'alimenter chaque LED via sa propre résistance chutrice, afin de prendre en compte les variations de chacune. Si l'une d'entre elles a une tension seuil à peine inférieure aux autres, elle drainera une intensité plus grande.
C'est un cas que l'on rencontre avec toutes les diodes : Si LED1 a une tension seuil de 3,20V et LED une tension de 3,23V, alors LED1 aura tendance à plus éclairer. Idem, deux diodes au germanium en parallèle dans une radio à galène n'augmentent en général pas du tout la réception, car la diode la plus efficiente (à seuil le plus faible) drainera tout le courant. C'est la raison pour laquelle on ne peut réguler une tension sous un plus fort courant en plaçant plusieurs zener en parallèle.

c - Comment sont reliées les piles entre elles ?
En série, afin d'additionner les tensions de chacune.

d - Quelle est la tension d'alimentation, au bornes du rack de piles ?

La somme des tensions des éléments en série : 3 * 1,5V = 4,5V. A noter que trois piles déchargées à 1V auront une tension en série de 3V.

e - Quelle est la tension la plus couramment acceptée par les LEDs blanches de petite puissance ?
En général 3,2V, mais aussi 2,6V et 3,6V. Il faut soit regarder la fiche technique (quasi impossible, vu qu'il n'y a pas de marquage sur la récup), soit alimenter une LED avec une résistance en série en mesurant la tension à ses bornes.


Niveau 2 :
a - Si on suppose que chaque LED consomme 25mA, quelle est la consommation globale des 9 LEDs ?

La consommation totale des récepteurs en parallèle est la somme de la consommation de chacun, soit 9*25 mA, soit 225mA, ou 0,225A.

b - Si la capacité d'une pile AAA est de 1000mAh, quelle est la capacité du pack de piles ?
Question piège ! clind'oeil
Oui, la capacité totale de piles en série est bien celle d'un seul élément, voire celle du plus faible si la capacité n'est pas la même. C'est la mise en parallèle qui permet d'additionner les capacités; on a alors 1,5V sous 3000mAh. Les yeux avertis auront remarqué que l'énergie disponible était toujours la même : que ce soit 1,5V sous 3000mAh ou 1000mAh sous 4,5V, on aura toujours 4,5Wh.

c - Quelle est l'autonomie d'un pack neuf ?
C'est la capacité divisée par la consommation, exprimées dans les mêmes unités : 1000mAh / 225 mAh soit environ 4 heures et demi.

Niveau 3 :

a -
Il y a une grave erreur de conception concernant le circuit imprimé (le schéma), laquelle ?
Il n'y a effectivement pas de limitation de tension, et donc de courant. Généralement, les piles fournies avec ce genre de lampes sont assez terribles au niveau de la tenue à la fois
- en capacité : j'avais perso un pack avec moins de 100mAh par pile, testé sur une radio.
- la tension, qui s'effondre aux alentours de 1V lorsque l'on demande un trop fort courant.
- la résistance interne, liée au point précédent, souvent très élevée.

Donc il y a en quelques sortes une régulation automatique car la tension du pack de piles tombe brutalement à quelque volts, autour de la tension d'alimentation des LED, ce qui les protège un minimum. En revanche, si vous placez un pack neuf de bonne qualité, vous avez de fortes chances de griller les LEDs au fur et à mesure.

Ce n'est pas vraiment la tension d'alimentation qui les détruit, mais la surcharge en courant. C'est à dire qu'avec une alimentation, débitant un courant limité à 20mA mais sous une tension de 4,5V, pourrait faire tenir sans "trop" de soucis les LEDs. Mais ce n'est pas le cas des piles, qui peuvent débiter sans limitation plusieurs ampères.

Ce défaut est présent sur à peu près tous les modèles de torches LED bon marché.

b - Il y a une erreur mineure de conception, mais qui va sans doute pose des soucis à terme, laquelle ?
C'est bien le ressort de la borne + qui passe juste au dessus de la piste -. Ce n'est pas problématique à l'achat car le circuit est "tropicalisé" via le vernis vert, assurant une isolation. Cependant, une lampe torche est prévue pour une utilisation variée, à l'extérieur ou en milieu un peu humide. Le changement des piles provoque également un travail sur cette jonction de l'ordre du 1/10e de mm.
Si le vernis se décolle, il y a un court-circuit du pack de piles. Au pire, les piles coulent ou projettent leur électrolyte, au mieux, elles chauffent et se déchargent.

c - Quel composant permettrait de rectifier à moindre coût le premier point.
Le plus simple est la résistance, qui provoque une chute de tension, de 4,5V à 3,6V. Il faut la relier en série aux LEDs.

d - Comment calculer sa valeur ?
La loi d'Ohm : Tension = Résistance X Intensité, ou U=RxI. Par "Tension", on entend la tension chutée, aux bornes de la résistance.

e - Quelle est sa valeur théorique ?
Tension = tension à faire chuter : Nous avons 4,5V, et souhaiterions 3,2V. U=1,3V.
L'intensité est celle traversant le circuit, qui est toujours la même puisque la résistance est en série avec les LEDs, donc 0,225A.
Ici, nous cherchons R, donc R = 1,3/0,225 = 5,7Ω


f - Quelle valeur pratique retenir ?
Il y a deux points :
- cette valeur n'existe pas dans les séries usuelles (E12 ou E24). Il faut donc prendre la plus proche valeur; bien entendu, valeur supérieure puisqu'une résistance inférieure ne protégerait plus les LEDs.
-  Il y a une certaine tolérance de +/-5% pour les résistances communes, donc s'il avait existé une valeur 5,7Ω, il aurait été préférable de choisir une valeur juste au dessus, par précaution. Donc 6,8Ω, 8,2Ω ou toute autre valeur supérieure. Dans ce cas, l'intensité (donc la luminosité) sera à peine inférieure, mais l'autonomie sera prolongée.

g - Sachant que le circuit imprimé est indélogeable sans détruire la carcasse en aluminium, quelle zone pourra être modifiée pour cette upgrade ?
Le plus simple et rapide serait de regarder du côté de l'interrupteur. Mais la solution proposée par Molr, avec le rack de piles, serait sans doute plus simple. La bidouille sera postée dans quelques jours. clind'oeil

z - Bonus : comment se fait-il que la lampe fonctionne malgré tout ?
La plupart des piles de mauvaise qualité ont une résistance interne élevée, faisant effondrer la tension à leurs bornes lorsqu'on leur fait débiter trop de courant.
L'autonomie de quelques heures des piles fournies suffit en général pour tenir plusieurs semaines hors utilisation intensive (remettre le disjoncteur); le prochain changement de piles provoquera peut être un claquage, et vous maudirez la qualité de l'engin.

Bons bidouillages à tous !  fumeur

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par Wanamingo le Lun 7 Juil 2014 - 18:08

Super ce petit quizz, très bon exercice pour mettre en application les lois de l'électronique, tout en ayant un côté terre à terre en prenant en compte la qualité des piles dans l'équation.

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par Cyrus_Smith le Mar 8 Juil 2014 - 7:12

tarsonis a écrit:e - Quelle est sa valeur théorique ?
Tension = tension à faire chuter : Nous avons 4,5V, et souhaiterions 3,2V. U=1,3V.
L'intensité est celle traversant le circuit, qui est toujours la même puisque la résistance est en série avec les LEDs, donc 0,225A.
Ici, nous cherchons R, donc R = 1,3/0,225 = 5,7Ω

f - Quelle valeur pratique retenir ?
Il y a deux points :
- cette valeur n'existe pas dans les séries usuelles (E12 ou E24). Il faut donc prendre la plus proche valeur; bien entendu, valeur supérieure puisqu'une résistance inférieure ne protégerait plus les LEDs.
-  Il y a une certaine tolérance de +/-5% pour les résistances communes, donc s'il avait existé une valeur 5,7Ω, il aurait été préférable de choisir une valeur juste au dessus, par précaution. Donc 6,8Ω, 8,2Ω ou toute autre valeur supérieure. Dans ce cas, l'intensité (donc la luminosité) sera à peine inférieure, mais l'autonomie sera prolongée.
Attention aussi à la puissance dissipée dans la résistance: avec les séries ordinaires en 1/4 W, on est à la limite me semble-t-il!

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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par tarsonis le Mar 8 Juil 2014 - 12:35

Salut !

pinaise oui, c'était une question bonus oubliée un peu plus haut, merci ! clind'oeil


Allez, un petit bonus :
Le composant régulateur est effectivement une résistance, qui va faire chuter la tension à une valeur conforme aux LEDs, afin de ne pas les griller.
[...]
- Est-ce qu'une résistance usuelle (1/4W) convient à tous les cas ?

Comme ces résistances sont en 1/4W (250mW), on est souvent très limites sur la puissance admissible à dissiper.

Donc pour le complément : P = U x I
La puissance dissipée par la résistance est égale à la tension à ses bornes multipliée par le courant qui la traverse. P = 1,3V * 0,225A = 0,2925W = 292,5mW, ce qui dépasse ses limites.
Si les LEDs avaient eu une tension de 2,6V, il aurait fallu chuter de 4,5V à 2,6V, soit 1,9V. Dans ce cas, P = 427,5mW, aurait été beaucoup plus foireux sur une résistance 1/4W.

L'upgrade de la lampe comprend donc :
- soit une résistance 1/2W, voire plus, mais elles sont un peu plus encombrantes, donc difficiles à loger sur les petits circuits.
- soit deux résistances en parallèle soudées autour de l'interrupteur, afin d'atteindre sereinement 1/2W maxi, chacune dissipant 1/4W maxi.

Au niveau des valeurs, on sait que deux résistances en parallèle ont une résistance équivalente : Req = R1 x R2 / (R1 + R2)
Si ces deux résistances sont identiques (R1=R2=R), à tolérance près, la formule se simplifie en Req = R/2, soit la moitié.

Donc si l'on souhaite avoir Req = 6,8Ω, il suffit de prendre pour R1 et R2 une valeur d'au moins 13,9Ω. La valeur E12 juste au dessus et 15Ω, Donc la résistance équivalente sera d'environ 7,5Ω.

Précision : les valeurs des résistances sont normalisées, par séries (E12, E24, etc.) et par tolérance (5%, 2%, 1%, etc.). E12 étant parmi les plus répandues, et les moins chères ? clind'oeil

Wanamingo a écrit:Super ce petit quizz, très bon exercice pour mettre en application les lois de l'électronique, tout en ayant un côté terre à terre en prenant en compte la qualité des piles dans l'équation.
Merci !
Concernant les piles bas de gamme, j'ai retrouvé une photo de démontage de celle vendue dans le pack de la lampe :


En gros, la carcasse est une très mince couche de zinc qui perce à l'ongle; et la poudre, enveloppée dans une feuille de papier, est grossière, voire uniquement constituée de charbon plutôt que de dioxyde de manganèse. J'ai à peine pu tirer plus de 100mAh !  affraid

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tarsonis
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Re: Atelier Quizz : Bidouiller une lampe LED.

Message par Cyrus_Smith le Mar 8 Juil 2014 - 13:31

Ah ben tiens, il reste encore cette question bonus:
tarsonis a écrit:- Il existe  des LEDs blanches de tensions d'alimentation très variées, en général de 3.2 à 3.7V. Comment connaître cette tension ?
Quelques idées:
Spoiler:

idée 1: on s'arrange pour mesurer la tension aux bornes des LEDs quand la lampe fonctionne;
idée 2: on utilise une alimentation variable et on augmente progressivement la tension jusqu'à ce que les LEDs s'allument;
Idée 3: comme dans 2, mais avec mesure de la tension et de l'intensité, on trace la caractéristique du groupe de LED I = f(V) et on détermine la tension adéquate sur le graphique.  :geek

Cyrus_Smith
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