Détecteur de lumière
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Détecteur de lumière Objectifs. Etudier le comportement d’un photorécepteur : la photorésistance. Utiliser ses propriétés pour réaliser un détecteur d’obscurité (ou de lumière). 1. Le capteur C : une photorésistance. I Le symbole est représenté ci-contre. Nommer la tension fléchée. A C B 1.1. Résistance. Nous admettrons que le capteur se comporte comme un conducteur ohmique de résistance RC. On a donc entre UAB et I la relation : ______________. Ce qui signifie que la tension est __________________________________________________. La caractéristique UAB = f(I) est __________________________________________________. Mesurer, à l’ohmmètre, la résistance du capteur : à la lumière du jour : RCJ = à l’obscurité : RCN = 1.2. Protection. On dispose d’une source de tension de 15 V. L’intensité du courant qui traverse la photorésistance ne doit pas dépasser 5 mA. Pour cela on associe au capteur C un conducteur ohmique, de résistance R qu’il nous faut calculer. a. Faire ci-dessus un schéma fléché du montage. b. Calculer la valeur de R correspondant à I = 5 mA. c. Une résistance R = 2 k convient-elle ? Justifier sans calcul. D 1.3. Utilisation dans un montage. Le montage schématisé ci-contre représente un pont diviseur de tension réalisé à l’aide du capteur de résistance RC et d’un conducteur ohmique de résistance R. R 15 V UDB A C UAB a. Exprimer UAB en fonction de RC, R et UDB. B b. Réaliser le montage schématisé en y ajoutant les voltmètres permettant de mesurer UAB et UDB. R = 10 k. Faire vérifier avant de mettre sous tension. Mesurer UDB. UDB = Mesurer UAB à la lumière du jour : UABJ = c. Calculer UAB en utilisant la relation de la question a. UABJ = Comparer aux valeurs mesurées. à l’obscurité : UABN = UABN = 2. Comparateur de tensions. Matériel. Platine de montage alimentée en + 15 V, 0, –15 V, amplificateur opérationnel, source de tension continue réglable de 0 à 12 V, 2 capteurs de tension CassyLab + logiciel d’acquisition. Alimenter la platine de montage. Lorsque le besoin s’en fera sentir on consultera la notice technique concernant l’amplificateur opérationnel. 2.1. Vous disposez sur cette platine d’une source de tension de 5 V (entre la sortie « 5 V » et la masse). Contrôler au voltmètre la valeur de cette tension U0 = 2.2. Réaliser le montage schématisé ci-contre. Calibrer les appareils de mesure. Paramétrer CassyLab afin de tracer la courbe US = f(UE). . Eteindre l’alimentation. - capteur voltmètre U0 5V + capteur voltmètre US UE 0à 12 V Faire vérifier le montage avant de mettre sous tension. Effectuer l’acquisition pour UE compris entre 0 et 12 V. On sera peut-être amené à « resserrer » les points de mesure pour UE située aux alentours de U0. Sauvegarder sous « Comparateur.lab ». Imprimer. 2.3. Commenter le graphique obtenu. Si UE < U0, US = _________, Si UE > U0, US = ________. Justifier la dénomination de comparateur attribuée au montage réalisée. U0 est souvent appelée « tension de référence » et notée Uref. Justifier. 3. Détecteur de lumière. R : résistance de 10 k VE : D.E.L. verte RO : D.E.L. rouge RP : résistance de protection de 1 k. R - 15 V Uref (0 à 12 V) + C UE RP US RO VE Réaliser le montage. Faire vérifier avant de mettre sous tension. 1. Fixer à 5 V la tension de référence Uref. Faire fonctionner le dispositif et expliquer son fonctionnement. 2. Modifier le ou les paramètre(s) permettant de modifier le « seuil de basculement ». Expliquer. 4. Compléments. 4.1. L’amplificateur opérationnel : tracé de caractéristique, simulation. a. Propriété. - + Si la tension d’entrée UE est Uref US supérieure à la tension Uref, l’entrée UE non inverseuse se trouve à un potentiel supérieur à celui de l’entrée inverseuse. Alors la tension de sortie est US = + Vsat. Si la tension d’entrée UE est inférieure à la tension Uref, l’entrée non inverseuse se trouve à un potentiel inférieur à celui de l’entrée inverseuse. Alors la tension de sortie est US = Vsat. La valeur de Vsat (tension de saturation) est déterminée par la tension d’alimentation. En général, Vsat = Ualimentation – 1 ou 2V. b. La caractéristique de transfert par Regressi. Lancer Regressi. Mode « Simulation ». Enregistrer sous « Comparateur ». Choisir UE comme « variable de contrôle » : 128 valeurs comprises entre – 6 V et + 12 V. Dans « Paramètres », définir les grandeurs Uref et Vsat (paramètres expérimentaux). Leur donner les valeurs respectives 5 V et 14 V. Dans « Variables », « ajouter la nouvelle grandeur » « calculée » US obéissant aux propriétés énoncées en a. On utilisera l’instruction conditionnelle « si…alors…sinon ». Le langage adapté est : if( , , ). Observer la représentation graphique US = f(UE). Comparer avec celle obtenue expérimentalement. Dans « Paramètres », construire les 3 pages correspondant aux valeurs (Uref ; Vsat) : (4,5 V ; 13,8 V), (5 V ; 14,0 V), (5,5 V ; 14,2 V). Superposer les 3 pages, identifier les courbes, imprimer. 4.2. Tracé de caractéristiques de la photorésistance. On désire tracer les caractéristiques intensité-tension UAB = f(I) du capteur C pour deux niveaux d’éclairement, en utilisant CassyLab. a. Faire le schéma du montage. Penser à la résistance de protection. b. Réaliser le montage. Faire vérifier. c. Tracer le jeu de caractéristiques sur le même graphique. Enregistrer. Imprimer. Fiche d’observation NOM, Prénom : _____ Evaluateur : 1.3.b. Réalisation du montage. A fait vérifier le montage avant la mise sous tension. Montage correct. OUI NON Nombre d’essais avant réussite. Aides apportées. A éteint l’alimentation après utilisation. OUI OUI NON Nombre d’erreurs. NON Observations. 2. 1. Mesure de la tension U0. 2.2. Montage comparateur. A fait vérifier le montage avant la mise sous tension. Montage correct. OUI NON Nombre d’essais avant réussite. Aides apportées. A éteint l’alimentation après utilisation. OUI OUI NON Nombre d’erreurs. NON Observations. 3. Détecteur de lumière. A fait vérifier le montage avant la mise sous tension. Montage correct. OUI NON Nombre d’essais avant réussite. Aides apportées. A éteint l’alimentation après utilisation. Observations. OUI OUI NON Nombre d’erreurs. NON _____________ .
