Calcul de résistance LED : formule, tableau et valeurs prêtes

Le calcul de la résistance d'une LED est la première étape pour la faire briller correctement, sans la griller ni forcer la broche de ta carte. La règle tient en une formule : R = (Vsource − Vled) / I. Tu retires la tension directe de la LED à la tension d'alimentation, puis tu divises la tension restante par le courant voulu ; le résultat est la valeur de la résistance en ohms. Par exemple, pour alimenter une LED rouge à 20 mA depuis la sortie 5 V d'un Arduino Uno, tu obtiens (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω.

Dans cet article, tu verras pourquoi une LED doit toujours avoir une résistance, les tensions directes selon la couleur, les tableaux prêts à l'emploi pour 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega) et 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico), les calculs pour plusieurs LED en série et en parallèle, et les erreurs les plus fréquentes des débutants. Si tu ne veux pas calculer à la main, l'outil calculateur de résistance LED applique la même formule pour toi.

Pourquoi mettre une résistance avec une LED ?

Une LED est une diode, elle ne se comporte pas comme une ampoule. Dans une ampoule, la résistance du filament augmente avec la chaleur, ce qui limite un peu le courant. Pour une LED, c'est différent : sous la tension directe, presque aucun courant ne passe, et une fois ce seuil dépassé, le courant augmente de façon exponentielle avec la tension. Une LED rouge ne tire que quelques milliampères vers 1,8 V, mais atteint 20 mA vers 2,0 V ; si tu montes encore de quelques centaines de millivolts, le courant dépasse largement ce qu'elle supporte.

De plus, quand la LED chauffe, sa tension directe baisse un peu, ce qui lui fait tirer encore plus de courant et chauffer davantage. C'est ce qu'on appelle l'emballement thermique. La résistance en série brise ce cercle vicieux : plus le courant monte, plus la chute de tension dans la résistance augmente, et la tension restante pour la LED se limite d'elle-même. Si tu branches la LED directement sur 5 V sans résistance, le courant n'est limité que par la résistance interne de la source, des fils et de la broche. Résultat : soit une LED qui meurt tout de suite, soit une broche d'Arduino qui s'abîme peu à peu. Sur l'ATmega328P, la limite absolue par broche est de 40 mA, et il est recommandé de ne pas dépasser 20 mA par broche en usage continu.

Formule de calcul de la résistance d'une LED

La formule est l'adaptation de la loi d'Ohm (R = V / I) à la LED. Dans un circuit série, la tension de la source est partagée entre la LED et la résistance : la LED prend sa tension directe (Vf), le reste tombe aux bornes de la résistance. Comme le courant dans la résistance est le même que dans la LED, la valeur de la résistance est la tension à ses bornes divisée par le courant voulu. Prenons un exemple : tu branches une LED rouge sur la sortie 5 V de l'Uno ; Vsource = 5 V, Vled = 2,0 V, I = 20 mA = 0,02 A. La tension aux bornes de la résistance est 5 − 2 = 3 V et R = 3 / 0,02 = 150 Ω. Si tu veux descendre à 10 mA, tu trouves R = 3 / 0,01 = 300 Ω ; comme cette valeur n'existe pas dans la série E12 courante, tu prends la valeur supérieure, 330 Ω, et le courant réel est 3 / 330 ≈ 9,1 mA. L'erreur de calcul la plus fréquente concerne l'unité : si tu écris 20 mA comme 20 dans la formule, tu obtiens un résultat absurde comme 0,15 Ω. Convertis toujours le courant en ampères, ou prends-le en milliampères et lis le résultat en kiloohms (3 V / 20 mA = 0,15 kΩ = 150 Ω).

Tableau de la tension directe des LED par couleur

La tension directe dépend du semi-conducteur dont est faite la LED, donc de la couleur de la lumière émise. Plus la longueur d'onde est courte, du rouge vers le bleu, plus l'énergie du photon augmente, et la tension directe aussi. Les LED rouges, orange, jaunes et vert jaunâtre classique sont en général fabriquées en AlGaInP ou GaP et fonctionnent vers 2 V. Les LED bleues, vert vif et blanches sont à base d'InGaN et dépassent 3 V. Une LED blanche est en fait une LED bleue recouverte de phosphore jaune, donc sa tension directe est très proche de celle du bleu.

Les valeurs du tableau sont des tensions directes typiques à environ 20 mA. Deux LED de même couleur peuvent différer de quelques centaines de millivolts selon le fabricant et le lot ; de plus, la tension directe varie un peu avec le courant. Si tu as la fiche technique de la LED, utilise le Vf indiqué ; sinon, prends la valeur typique du tableau. Tu peux mesurer la tension directe d'une LED inconnue avec le mode diode du multimètre ; comme ce mode mesure avec un courant très faible, il affiche une valeur un peu basse. Pour consulter rapidement les valeurs par couleur, l'outil tensions des LED peut aussi t'aider. Dans le calcul, prendre un Vf plus petit que la réalité donne une résistance plus grande et te garde du côté sûr.

Valeurs prêtes pour 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega)

Les valeurs standard du tableau sont le résultat du calcul arrondi à la valeur supérieure de la série E12 ; entre parenthèses figure le courant réel obtenu avec cette résistance. En pratique, la plupart des gens utilisent 220 Ω ou 330 Ω pour toutes les couleurs, et c'est un bon choix. À 5 V avec 220 Ω, une LED rouge tire environ 13,6 mA et une LED bleue environ 8,6 mA ; avec 330 Ω, ces valeurs tombent à 9,1 mA et 5,8 mA. Comme les LED efficaces d'aujourd'hui sont assez lumineuses dès 5–10 mA, monter à 20 mA est souvent inutile : la LED chauffe moins, dure plus longtemps et le budget de courant de ta carte respire. C'est surtout important dans les projets avec beaucoup de LED, car le courant total passant par les broches VCC et GND de l'ATmega328P est limité à 200 mA.

Valeurs prêtes pour 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico)

Les broches de l'ESP32 et du Raspberry Pi Pico fournissent 3,3 V ; la tension aux bornes de la résistance diminue donc et le calcul change. Les limites de courant des deux cartes sont aussi différentes. Sur l'ESP32, jusqu'à environ 20 mA par broche est sûr, mais si tu pilotes plusieurs LED en même temps, viser 10 mA est un bon compromis entre luminosité et sécurité. Sur le RP2040 du Raspberry Pi Pico, la capacité de sortie des broches est réglée par défaut à 4 mA (2, 4, 8 et 12 mA au choix) et le courant total de tous les GPIO est limité à environ 50 mA. Sur le Pico, viser 3–5 mA par LED est donc le plus judicieux ; avec 330 Ω, une LED rouge est déjà assez lumineuse pour être bien visible.

Plusieurs LED : montage en série et en parallèle

Quand tu montes des LED en série, le même courant les traverse toutes et leurs tensions directes s'additionnent. La formule devient : R = (Vsource − n × Vled) / I, où n est le nombre de LED en série. Par exemple, avec une alimentation de 12 V et trois LED blanches en série à 20 mA, il reste 12 − 3 × 3,2 = 2,4 V et R = 2,4 / 0,02 = 120 Ω. L'avantage du montage en série est qu'une seule résistance limite toute la chaîne et que l'essentiel de l'énergie est utilisé par les LED, pas par la résistance. Le point d'attention : la somme des tensions directes ne doit pas trop s'approcher de la source. À 5 V, deux LED rouges (2 × 2,0 = 4 V) fonctionnent à la limite ; avec 56 Ω, environ 18 mA circulent, mais les petites différences entre LED font varier nettement le courant. À 5 V, deux LED bleues (6,2 V) ne s'allument pas du tout. Prévoir au moins 1–2 V aux bornes de la résistance rend le circuit stable. Pour calculer des combinaisons de résistances, tu peux consulter l'article calcul de résistances en série et en parallèle.

En parallèle, chaque LED voit toute la tension de la source et les courants s'additionnent. La règle d'or : donne à chaque LED sa propre résistance. Si tu montes plusieurs LED en parallèle avec une seule résistance, la LED dont la tension directe est un peu plus basse prend la plus grande partie du courant, chauffe, sa tension directe baisse encore et elle finit par claquer ; ensuite, la même charge retombe sur la LED suivante. Monter des couleurs différentes en parallèle avec une seule résistance est encore pire : la LED rouge conduit vers 2,0 V, donc la LED bleue n'a même pas l'occasion d'atteindre 3,1 V et ne s'allume jamais. Avec des résistances séparées, le courant de chaque LED se calcule indépendamment ; à 5 V, quatre LED rouges avec 220 Ω tirent au total environ 4 × 13,6 ≈ 54 mA. C'est trop pour une seule broche d'Arduino ; alimente les LED depuis le rail 5 V et commande-les avec un transistor NPN ou un MOSFET piloté par la broche.

Puissance de la résistance : quelle puissance en watts choisir ?

La résistance transforme la tension à ses bornes en chaleur. La puissance dissipée se calcule avec P = (Vsource − Vled) × I ou son équivalent P = I² × R. À 5 V, avec 150 Ω et 20 mA pour une LED rouge, P = 3 × 0,02 = 0,06 W ; une résistance standard 1/4 W (0,25 W) la supporte sans problème. Si tu alimentes une seule LED rouge en 12 V, la situation change : 10 V tombent aux bornes de la résistance, R = 10 / 0,02 = 500 Ω et tu choisis 560 Ω. Le courant est d'environ 17,9 mA et la puissance d'environ 0,18 W. Cette valeur est proche de la limite de 1/4 W, donc la résistance chauffe nettement ; mieux vaut choisir une résistance 1/2 W ou monter les LED en série pour réduire la tension gaspillée. En règle générale, fais travailler la résistance à la moitié de sa puissance nominale au maximum. Pour plus de détails, consulte l'article calcul de la puissance électrique et le calculateur de loi d'Ohm.

Pas à pas : brancher une LED à l'Arduino avec une résistance

1. Détermine la couleur de la LED et trouve sa tension directe dans le tableau ; 2,0 V pour le rouge.
2. Choisis la tension de source et le courant cible ; pour un Arduino Uno, 5 V et 10–15 mA sont un bon début.
3. Calcule la résistance avec la formule et arrondis à la valeur standard supérieure ; pour une LED rouge en 5 V, 220 Ω (rouge, rouge, marron) convient. Tu peux vérifier le code couleur dans l'article codes couleur des résistances.
4. Branche la patte longue de la LED (anode) à une extrémité de la résistance, et l'autre extrémité de la résistance à la broche 9 de l'Arduino.
5. Branche la patte courte de la LED (cathode, côté du méplat sur le boîtier) à GND. La résistance peut être côté anode ou côté cathode ; tant qu'elle est en série, le résultat est le même.
6. Téléverse le code ci-dessous ; si tu veux, mesure le courant réel en plaçant le multimètre en série dans le circuit, sur le calibre courant.

1const int LED_PIN = 9;   // 220 Ω direnç üzerinden LED / LED through a 220 Ω resistor
2
3void setup() {
4  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);       // pini çıkış yap / set pin as output
5}
6
7void loop() {
8  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);    // tam parlaklık / full brightness
9  delay(1000);
10  analogWrite(LED_PIN, 64);       // yaklaşık %25 PWM ile kısık / dimmed with about 25% PWM
11  delay(1000);
12  digitalWrite(LED_PIN, LOW);     // söndür / turn off
13  delay(1000);
14}

Le code allume d'abord la LED à pleine luminosité, la réduit ensuite avec analogWrite à un rapport cyclique d'environ 25 %, puis l'éteint. La broche 9 est l'une des broches PWM de l'Uno (3, 5, 6, 9, 10 et 11). Détail important : le PWM ne change pas le calcul de la résistance. En PWM, la broche s'allume et s'éteint très vite, et chaque fois qu'elle est active, le courant de crête permis par la résistance (ici environ 13,6 mA) traverse la LED ; c'est la baisse du courant moyen qui diminue la luminosité. La résistance se calcule donc toujours pour l'état pleinement allumé. Les détails du PWM sont dans l'article qu'est-ce que le PWM.

LED avec l'ESP32 et le Raspberry Pi Pico

Sur l'ESP32, le même montage et le même code Arduino fonctionnent ; les versions récentes du core Arduino pour ESP32 prennent aussi en charge analogWrite. Il suffit de changer le numéro de broche, par exemple GPIO 18, et de choisir la résistance d'après le tableau 3,3 V ; pour une LED rouge, 150–220 Ω conviennent. Sur le Raspberry Pi Pico, avec MicroPython, tu peux allumer et éteindre la LED en douceur via le PWM. Dans l'exemple ci-dessous, la LED est reliée à la broche GP15 avec une résistance de 330 Ω ; le courant reste ainsi dans la capacité de sortie par défaut de 4 mA.

1from machine import Pin, PWM
2import time
3
4led = PWM(Pin(15))          # GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND / GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND
5led.freq(1000)              # 1 kHz PWM frekansı / 1 kHz PWM frequency
6
7while True:
8    for duty in range(0, 65536, 1024):      # yavaşça aydınlat / fade in
9        led.duty_u16(duty)
10        time.sleep_ms(10)
11    for duty in range(65535, -1, -1024):    # yavaşça söndür / fade out
12        led.duty_u16(duty)
13        time.sleep_ms(10)

Idées de projets avec le calcul de résistance LED

• Feu tricolore : branche les LED rouge, jaune et verte avec des résistances séparées ; leurs tensions directes étant proches, 220 Ω conviennent aux trois. Détails dans l'article feu tricolore Arduino.
• Effet Knight Rider : branche six ou huit LED sur des broches différentes, chacune avec sa résistance, et allume-les à tour de rôle ; voir Knight Rider et LED chenillard.
• Mélange de couleurs avec une LED RGB : règle l'équilibre des couleurs en choisissant une résistance un peu plus grande pour le canal rouge et plus petite pour le bleu et le vert ; jette un œil à l'article utiliser une LED RGB.
• Veilleuse : avec une LDR, allume des LED blanches quand la pièce s'assombrit ; en 5 V, 100–150 Ω suffisent pour une LED blanche.
• Afficheur 7 segments : chaque segment est une LED séparée, donc chaque segment demande sa propre résistance ; voir afficheur 7 segments.
• Beaucoup de LED : si tu manques de broches, utilise un registre à décalage 74HC595 ; mets quand même une résistance sur chaque sortie et ne dépasse pas la limite de courant totale du circuit intégré.

Erreurs fréquentes et solutions

Une fois la logique comprise, calculer la résistance d'une LED prend quelques secondes : trouve la couleur, retire la tension directe de la tension de source, divise par le courant voulu et arrondis à la valeur standard supérieure. Retiens 220–330 Ω en 5 V, 330 Ω sur le Pico, une petite mais indispensable résistance pour les LED bleues et blanches en 3,3 V, et une résistance par LED en parallèle. Dans l'application BlueGrays, tu peux essayer pas à pas les versions Arduino, ESP32 et Pico de projets comme l'allumage de LED, le feu tricolore, le chenillard et le Knight Rider, avec des schémas dessinés aux bonnes valeurs de résistance et le code.