Les éclairages.
Il n'y a aujourd'hui plus aucune raison valable d'utiliser des lampes pour nos maquettes :
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Les lampes tombent en panne avec les difficultés que l'on connaît pour les remplacer.
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Les lampes sont gourmandes en énergie.
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Les lampes chauffent ce qui nécessite des précautions d'installation rigoureuses.
Alors on prend des LED.
Personnellement j'utilise de préférence des LED dites "1,8mm", en fait la base fait 2,4x3,3mm mais le bout ne fait que 1,8MM et peut s'enfiler dans un trou de ce diamètre.
Parfois de LED de 3mm et souvent des LED CMS (composant monté en surface).
En général je prends du blanc chaud pour tout ce qui est éclairage de maisons et parfois du blanc froid pour les éclairages urbains ou les magasins ce qui évoque l'éclairage néon.
D'une façon générale :
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Ces composants sont sensibles à la température, il ne faut pas les souder au "chalumeau". Je veux dire qu'il ne faut pas régler votre fer trop chaud et ne pas trop traîner au soudage.
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Ces composants n'aiment pas les inversions de polarité. Au montage il faut faire attention. En utilisation s'ils risquent d'être soumis à une inversion, protégez les par une diode. Leur propre diode ne résistera pas longtemps aux inversions.
L'alimentation des LEDs.
Outre la protection aux inversions de polarité dont on vient de parler, il est important d'avoir une petite réflexion sur le montage des LED.
Pour des raisons de commodité, les fournisseurs vous proposent régulièrement de joindre les résistances à mettre en série avec la LED afin de la brancher sur une source 12 volts.
Pourquoi du 12 volts ?
Pour des raisons historiques, parce que les réseaux de lampes et accessoirs des réseaux de trains miniatures de notre enfance étaient en 12 volts. Mais attention c'était souvent du 12 volts alternatif, ce qui marche pour des lampes, ce qui ne marche pas pour des LEDs sauf à effectuer un redressement préalable.
Avec des LED vous êtes libres de choisir votre tension d'alimentation, à condition que ce soit au-dessus de 3 à 4 volts. Ainsi tout vieux chargeur de calculette ou de téléphone ou encore, de PC portable fera l'affaire. La tension est en général marquée dessus ce qui vous permet de savoir comment l'utiliser.
N'allez pas acheter une alimentation pour vos éclairages !
Le principe de base.
Une LED a une tension à peu près fixe à ses bornes, disons 2 volts. C'est très approximatif mais bien suffisant pour notre usage.
De plus la puissance lumineuse d'une LED est fonction du courant qui la traverse.
Nous allons donc mettre une résistance pour faire chuter la tension depuis celle du générateur jusqu'à 2 volts en tenant compte du courant que nous voulons faire passer dans la LED, donc de la puissance lumineuse que nous souhaitons.
Autrefois il fallait balancer au moins 20 mA dans une LED pour qu'elle commence à s'éclairer. Aujourd'hui les LED ont un rendement excellent, avec 1 à 5 mA on obtient déjà de bons éclairements, avec 20 mA la LED éclaire d'une façon éblouissante. Pour une situation d'obscurité j'ai réussi à utiliser une LED d'alarme avec 0,15 mA !
Exemple :
Le raisonnement est :
La tension aux bornes de la résistance est = tension du générateur - 2 volts (tension LED) = 10 volts.
Je veux un courant de 10 mA soit avec la bonne loi d'Ohm "U = RI" :
R = U/I = 10/0,01 = 1000 ohms (1k).
Je vais donc mettre 1k en série avec la LED pour obtenir mes 10mA ce qui me fera un bon éclairement. Vous pouvez essayer différentes valeurs pour ajuster l'éclairement.
C'est ce genre de valeurs de résistances que vous proposent les fournisseurs, souvent 680 ohms. Mais est-ce bien le plus astucieux ?
En fait non car si vous avez 100 LED à alimenter pour votre réseau et, vous le savez, ça monte vite, il vous faudra une alimentation de 100 fois 10mA soit 1 ampère. Si vous avez 200 LED il faudra 2 ampères et ainsi de suite. Et à bien y regarder, qu'allez vous faire ? Juste faire chauffer des résistances car les 5 sixièmes de la puissance sont dissipés dans les résistances et ne servent pas à l'éclairage, il ne servent à rien ! Frustrant non ?
En effet il y a 2 volts aux bornes de la LED soit, (P=UI), un équivalent de 0,02 Watt mais il y a 10 volts aux bornes de la résistance soit 5 fois plus, 0,1 Watt et ceci multiplié par le nombre de LED de votre réseau.
Alors que faire ?
Le montage en série.
On a vu que le paramètre significatif est le courant qui traverse la LED. On peut donc tenter un montage en série. Rappelons que le courant est le même dans toute la branche d'un circuit.
Moi je regroupe par "centres d'intérêt". Par exemple une maison, un étage d'immeuble, une rampe de lampadaires de rue, sans dépasser 4 LEDs.
Je monte les LEDs en série et j'ajuste la résistance en fonction de l'éclairage désiré pour ce "centre d'intérêt".
Dans le dessin ci dessus nous obtenons R=U/I = 4/0,01 = 200 ohms, la puissance dissipée dans la résistance devient beaucoup plus faible (0,04 Watt) et les 4 LED sont alimentées aussi bien que dans l'exemple original.
L'exemple ci dessus est un bon compromis, il ne faut pas trop s'approcher de la tension du générateur au risque de perdre la possibilité de régler la lumière. En effet il ne faut pas oublier que j'ai donné 2 volts aux bornes de la LED d'une façon très approximative. Vous pouvez en savoir plus en regardant la caractéristique courant tension de la diode que vous utilisez.
Ce montage est assez pratique, ça va faire des associations soudées qui sont robustes et facile à placer dans un immeuble comme montré ci dessous.
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3 LED soudées ensembles pour répartir la lumière et du papier à cigarette pour diffuser.
Au final, j'utilise du papier à cigarette comme diffuseur de lumière c'est facile à manipuler et assez efficace sans bouffer trop de lumière.
Un immeuble de 4 niveaux éclairé par deux groupes de 3 LED.
Le papier noir masque les fenêtre non éclairées.
PhB