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Lyre à LED
SEQUENCE 3
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ECLAIRAGE à LED RVB ET
MODULATION D'INTENSITé LUMINEUSE
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Pré-requis :
 Lois fondamentales vues en classe de première.
 Calculs de dissipateurs thermiques (sinon voir cours fourni)
 Connaissance du transistor bipolaire et de son fonctionnement en commutation.
Objectifs :
à l’issue de cette étude, l’élève devra être capable :
 d'expliquer les notions de synthèse additive / synthèse soustractive.
 d'étudier les caractéristiques de la Led RVB choisie.
 de déterminer son comportement thermique et optique.
 d'analyser les 2 solutions électroniques proposées pour fixer les courants dans cette Led.
Moyens :
 Documentations constructeurs (Led RVB, dissipateur, optique, driver de Led)
Accès à Internet. Si indisponible en classe, certains points seront traités ailleurs (maison, CDI...)
 Cours sur les dissipateurs thermiques fourni en annexe.
Évaluations :
Vos connaissances sur cette séquence pourront être évaluées :
 A l'aide d'un devoir surveillé au cours du second trimestre.
A l'oral lors de l'épreuve de Construction Électronique.
Durée : 6h

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SYNTHESE ADDITIVE ET SYNTHESE SOUSTRACTIVE :
1) Lire les informations des sites internet ci-après sur l'obtention d'une couleur par synthèse soustractive et
additive et visualiser les animations. Résumer brièvement ces notions et citer des applications
industrielles les utilisant .
http://fr.wikipedia.org/wiki/Synthèse_additive
http://fr.wikipedia.org/wiki/Synthèse_soustractive
http://www.profil-couleur.com/lc/006-synthese-additive.php
http://www.profil-couleur.com/lc/006b-synthese-soustractive.php
CORRECTION :
La synthèse soustractive est l'opération consistant à combiner l'effet d'absorption de plusieurs couleurs afin
d'en obtenir une nouvelle. Par exemple, la superposition sur une surface blanche (ou devant une source de
lumière blanche) de deux filtres colorés, l'un jaune et l'autre bleu ciel (cyan), permet d'obtenir du vert.
En synthèse soustractive, les couleurs primaires sont : le CYAN, le JAUNE et le MAGENTA.
Ce principe qui régente le mélange de pigments colorés est utilisé en peinture, en imprimerie et en impression
papier pour la photographie couleur.
La synthèse additive est l'opération consistant à combiner la lumière de plusieurs sources émettrices
colorées afin d'obtenir une nouvelle couleur.
En synthèse additive, les couleurs primaires sont : le ROUGE, le VERT et le BLEU (RVB ou RGB).
 L'addition de ces trois couleurs donne du blanc.
 L'absence de couleur donne du noir.
Ce principe de composition des couleurs est utilisé notamment dans les écrans cathodiques, les écrans LCD et
les vidéo-projecteurs tri-tubes.
2) Préciser la figure ci-dessous illustrant la synthèse additive et celle illustrant la synthèse soustractive.
Synthèse additive Synthèse soustractive
3) A l'aide des documentations constructeurs et des photos des Objets Techniques « Lyre EX-15 » et
« SpaceRoller150 », indiquer le type de source lumineuse qu'utilise chacun.
Le SpaceRoller150 utilise une lampe halogène 15V / 150W type EFR GZ6.35
La lyre EX-15 utilise une led RVB de 15W
4) Indiquer la méthode utilisée par chaque objet technique pour fournir un spot de couleur (par exemple
rouge) et préciser s’ils font appel à une synthèse additive ou soustractive.
La lyre EX-15 fonctionne grâce à la synthèse additive. Pour éclairer en rouge, il suffit d'allumer
uniquement la led rouge.
Le SpaceRoller150 fonctionne grâce à la synthèse soustractive. La source lumineuse émet

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toujours une lumière à peu près blanche (ampoule halogène). Pour obtenir un spot de couleur rouge, il
faut disposer devant la source un filtre rouge (ou superposer 1 filtre jaune et 1 filtre magenta).
5) Indiquer, toujours pour l'exemple du rouge, l'inconvénient de la synthèse soustractive d'un point de vue
consommation énergétique.
Pour obtenir du rouge, on éclaire à pleine puissance l'ampoule halogène, puis on utilise un filtre qui va
absorber les longueurs d'onde autres que celle correspondant à la couleur rouge. On obtient une couleur
moins lumineuse tout en consommant autant pour un spot rouge qu'un spot blanc.
ETUDE DE F.P.5 « Conversion énergie électrique / énergie lumineuse » :
ECLAIRAGE A LED ROUGE VERT BLEU
La fonction éclairage de la lyre EX-15 est réalisée grâce à une led de 15W, spécialement fabriquée par la
société LAMINA, dont la documentation constructeur n'est pas communiquée.
Notre réalisation utilisera une LED RVB (Rouge Vert Bleu), appelée également LED RGB (Red Green Blue) du
même fabricant, mais de puissance moindre référencée : NT-43F0-0424 RGB. Cette LED possède 6 broches car
elle intègre sur une même puce une led Rouge, une Led Verte et une Led Bleue.
6) A partir de la documentation constructeur de cette led, relever les
caractéristiques suivantes (à présenter sous forme de tableau) :
 Flux lumineux typiques (à If = 350 mA) pour les leds Rouge,
Verte et Bleue.
 Tension directe typique (à If = 350 mA) pour les leds Rouge,
Verte et Bleue.
 Puissance dissipée dans chaque Led. Justifier la valeur relevée.
Flux lumineux
à If = 350 mA
Tension directe à
If = 350 mA
Puissance
relevée
Puissance justifiée
Rouge
59 Lm
Vf = 4,8 V
1,7 W
4,8 * 0,35 = 1,68 W
Vert
98 Lm
Vf = 7,4 V
2,6 W
7,4 * 0,35 = 2,59 W
Bleu
19 Lm
Vf = 7,9 V
2,8 W
7,9 * 0,35 = 2,77 W
7) En déduire le flux lumineux total lorsque les 3 leds sont allumées ainsi que la puissance totale dissipée
dans cette LED.
Flux lumineux total = 59 + 98 + 19 = 176 Lm
Puissance totale LED = 1,7 + 2,6 + 2,8 = 7,1 W
8) En déduire l'efficacité lumineuse globale en Lm/W.
Efficacité lumineuse globale = 176 / 7,1 = 24,8 Lm / W
9) Observer la figure 9, puis commenter l'évolution du « flux lumineux relatif » pour chaque couleur
lorsque la température de jonction (au cœur du silicium) s'élève.

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On constate que lorsque la température de
jonction augmente, la lumière bleue devient plus
intense, la lumière verte est presque stable alors
que le flux lumineux de la led rouge chute
fortement.
Pour maintenir la température de jonction de cette Led à une valeur acceptable, son montage sur un
dissipateur thermique est indispensable. On considère que la température ambiante Ta est de 25°C et que
la résistance thermique Boîtier Dissipateur (RthC-R ) vaut 0,2 °C/W (montage avec graisse thermique). Si
vous n'avez pas encore traité en cours les dissipateurs thermiques, un cours est disponible en annexe.
10) Relever, dans la documentation constructeur (table 7) :
 la valeur maximale de la température de jonction (TJ).
 La résistance thermique Jonction Dissipateur (heat sink) typique combinée (Rouge, Vert et Bleu
allumées) appelée parfois RthJ-R.
On relève : TJmax = 125 °C RthJ-R = 2 °C/W
11) A pleine puissance (voir question 7), déterminer, de préférence en utilisant un schéma thermique, la
valeur maximale de la résistance thermique Radiateur Air (RthRA).
TJ – TA = (RthJ-C + RthC-R + RthR-A) * P
TJ – TA = (RthJ-R + RthR-A) * P
d'où :
RthR-A = (TJ – TA)/P - RthJ-R
RthR-A = (125 – 25)/7,1 – 2 = 12,1 °C/W
En adoptant un dissipateur de RthRA légèrement inférieure à celle calculée, la led ne « grille » pas mais la
température de jonction se rapproche de sa valeur maximale et les problèmes de variation de flux
lumineux (voir question 9) deviennent inacceptables dans notre application.
En effet, les couleurs obtenues par synthèse additive vont être faussées.
En conséquence, on propose de monter la led sur le dissipateur suivant.
Référence :
QURAML5340NP
DISSIPATEUR ML53 40mm
RthR-A = 2.5°C/W

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12) Dans les conditions précédentes et avec ce dissipateur, calculer la température de jonction atteinte à
pleine puissance.
TJ – TA = (RthJ-C + RthC-R + RthR-A) * P donc :
TJ = (RthJ-C + RthC-R + RthR-A) * P + TA
TJ = (RthJ-R + RthR-A) * P + TA
TJ = (2 + 2,5) * 7,1 + 25 = 57 °C
13) En reprenant la figure 9, commenter à nouveau la variation du flux lumineux.
A une température de jonction de 57 °C :
 Le flux lumineux produit par la led Rouge diminue d'environ 33 %
 Le flux lumineux produit par la led Verte diminue d'environ 5 %
 Le flux lumineux produit par la led Bleue augmente d'environ 12 %
Les couleurs risquent de « tirer » vers le Bleu, mais c'est nettement mieux qu'avec 12°C/W
14) Calculer, toujours dans les mêmes conditions, la température qu'atteindra le dissipateur thermique.
TR = TA + RthR-A * P
TR = 25 + 2,5 * 7,1 = 42,8 °C
15) Si possible, à l'aide d'un thermomètre Infrarouge à visée laser par exemple, mesurer la température du
dissipateur après environ 15 minutes d'éclairage en blanc à pleine puissance et comparer la valeur
obtenue à celle calculée à la question précédente.
Température mesurée sur le dissipateur : 44 °C. On relève une valeur assez proche de la valeur
théorique de 42,8 °C. (La température ambiante était d'environ 22°C)
16) Vérifier les calculs de dissipateurs précédents à l'aide des moyens suivants :
- Logiciel gratuit HeatSinkCalculator téléchargeable à l'adresse :
http://www.bygselvhifi.dk/heatsinkcalc.htm
- ou calculateur de dissipateur en ligne disponible à l'adresse :
http://www.alutronic.de/indexE.php?g=8&sg=1
Utilisée seule, la led rayonne pratiquement à 180°, ce qui produit un faisceau très diffus et rend
l'orientation du faisceau presque inutile. L'intensité lumineuse relative en fonction de l'angle
d'observation de la led est donné par la figure 22.
17) Déterminer sur cette courbe (en interpolant entre les 3 couleurs) les angles pour lesquels l'intensité
lumineuse relative n'est plus que de ½.
On observe que l'intensité lumineuse relative
n'est plus que de ½ pour des angles d'environ
– 60° et + 60°, ce qui totalise 120°.