Caractéristique d`un dipôle I Caractéristique d`un dipôle II Utilisation

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL
TP de Physique-Chimie
TP - EC
4
Caractéristique d’un dipôle
Point sécurité
Tous les branchements doivent être effectués alors que l’alimentation est éteinte (montage
comme démontage).
Objectifs :
C’est à vous !
• Réaliser le schéma, en respectant le câblage. On souhaite récupérer à la fois
la tension aux bornes de la résistance Vr (canal 1) ET la tension aux bornes
de la photodiode VPh (canal 0 employé en mode différentiel, case à cocher
entre EA0 et EA4). Appel professeur 1
• Effectuer une acquisition temporelle des deux tensions durant un temps
correspondant environ à une période de la rampe (avec 1000 points).
Vr
• Dans la feuille de calcul, introduire le calcul du courant IPh =
, et tracer
Rp
l’intensité en fonction de la tension.
• Réitérer l’expérience pour différentes intensités d’éclairage (4-5).
• Savoir tracer une caractéristique d’un dipôle passif
• Mettre en œuvre un capteur dans une situation quotidienne
Principe : Qui n’a jamais vu un lampadaire s’allumer le soir, non pas à heure fixe, mais
lorsque la luminosité commence à décroître ? Nous allons étudier un dipôle permettant de
quantifier la lumière reçue sur une surface donnée, et l’employer dans un montage permettant de commander une ampoule.
I
Caractéristique d’un dipôle
1)
1. Est-ce un dipôle linéaire, c’est-à-dire que la caractéristique est une droite ?
Principe
2. Que dire de la forme de la courbe dans la partie horizontale ? verticale ?
Obtenir la caractéristique d’un dipôle, c’est-à-dire la courbe de la tension aux bornes du dipôle en fonction de l’intensité qui le traverse, est relativement aisée si on prend évidemment
quelques précautions :
3. On emploie le terme de "tension de seuil" à partir de laquelle la photodiode est
passante. Déterminer cette tension, dépend-elle de l’intensité lumineuse ? (cherchez
l’intensité seuil, et convertir en tension..)
• Prendre garde aux courant/tension maximum autorisé pour le composant
• Faire attention aux perturbations que peuvent induire les instruments de mesure (cf
TP EC1/EC2)
4. Au vu des échelles de tension/courant, comment symboliser la caractéristique d’une
diode en utilisant des portions de droite ?
II
Utilisation en capteur de lumière
Tracer la caractéristique consiste alors à mesurer la tension en fonction du courant passant
1) Diode "polarisée en inverse"
dans le dipôle : on utilise donc un voltmètre, un ampèremètre et une alimentation continue
réglable, qui va permettre de faire varier le courant.
On va se servir d’une propriété essentielle de la pho2) Réalisation expérimentale
todiode : les paliers de courant observés dans la partie
IPh
précédente sont proportionnels à l’intensité lumiNous allons nous intéresser à la caractéristique d’une phoEA0
neuse reçue, l’idée étant d’avoir un capteur linéaire.
todiode et voir qu’ell dépend de l’intensité lumineuse qu’elle
V
On va voir que la condition pour avoir un capteur liPh
reçoit. Afin de nous faciliter la tâche, nous allons effecnéaire est que le point de fonctionnement soit sur le
EA4/EA1
tuer une acquisition numérique automatisée ! Pour s’assurer
palier de la caractéristique.
que le courant circulant dans la photodiode soit faible, on
place une résistance de protection Rp = 1 kΩ. Le générateur
est alors réglé de sorte à produire une rampe de fréquence
quelques Hz et d’amplitude crête-à-crête VPP = 5 V.
Rp
VR
2)
IPh
E
VPh
Rp
VR
Vérification de la linéarité
Question préliminaire : comment obtenir le photocourant circulant dans la photodiode ?
1
TP - EC 4. CARACTÉRISTIQUE D’UN DIPÔLE
+15V
C’est à vous !
Réaliser le montage précédent (Appel professeur 2 ), et effectuer les mesures du
photocourant IPh pour différentes intensités lumineuses (on prendra une dizaine
de mesures). Représenter sur une courbe IPh en fonction de l’intensité lumineuse
mesurée au luxmètre. Vérifier si la courbe obtenue est linéaire en effectuant une
modélisation graphique.
E=5V
R1
VPh
R2
VR
Rp
+
-15V
RDEL
Vérifions maintenant que l’expérience réalisée est cohérente avec le choix de point de foncOn se sert de cette propriété pour alimenter une DEL (selon le signe de la tension de
tionnement :
sortie, elle sera passante ou bloquée, et éclairera ou non !). Prendre comme valeur initiale
R1 = R2 = Rp = RDEL = 1 kΩ
1. A partir du schéma électrique, quelle est l’équation de la caractéristique de l’associaC’est à vous !
tion en série du générateur avec la résistance ?
Réaliser le montage (Appel professeur 3 ) et déterminer expérimentalement la
valeur de la résistance variable R1 telle que la diode s’éteigne en cas de forte
2. En faisant attention à la position de la diode (inversée !), en déduire sur un graphique
lumière.
le point de fonctionnement de la diode.
3)
Application au réverbère (facultatif)
1. A quoi servent les deux résistances R1 et R2 ?
On va se servir de la tension aux bornes de la résistance accolée à la photodiode en la
comparant à une valeur seuil à partir de laquelle un réverbère doit se mettre en marche. On
emploie un amplificateur opérationnel, dont le principe n’a pas à être connu ici : alimenté
sous une tension de ±15 V, il fournit en sortie (dans le cadre du montage ci-dessous) :
2. Expliquer ce qu’il se passe lorsque la photodiode est éclairée ou ne l’est pas.
A faire pour la semaine prochaine
Réaliser un compte-rendu du TP incluant les diverses questions posées ainsi que
les courbes expérimentales commentées.
• +Vsat ' 12 V si V+ > V−
• −Vsat ' −12 V si V+ < V−
2
E. VAN BRACKEL