jeudi 22 août 2002

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TP Optoélectronique : Les composants de base en Optoélectronique.
Caractérisations et Applications.
TP Optoélectronique : Les composants de base en
Optoélectronique.
Caractérisations et Applications.
But : Le but de ce TP est de passer en revue les principaux composants
optoélectroniques et, de mesurer leurs caractéristiques électriques et optiques. Leur
caractérisation permettra ensuite de réaliser une ligne de transmission optique.
Pour chacun des composants on demande :
-De tracer point à point les caractéristiques tension-courants (U-I) de chacun des
composants (éventuellement en fonction de l’éclairement)
-De tracer point par point les caractéristiques puissance optique-courants (L-I)
-De mesurer les constantes de temps de ces composants (temps de commutation temps de
montée, temps de descente), et les gains, et de comparer leurs performances respectives.
-D’observer les non-linéarités éventuelles : Saturation, seuil.
Réaliser ensuite une ligne de transmission à fibre optique contenant une émetteur et un
récepteur
LISTE DES COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES A ETUDIER
-Les LEDS et les LASERS à semiconducteurs. (SFH 750V ou SFH 450V)
-Les Photodiodes (SFH 250V)
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lundi 17 avril 2017
Les LEDS et les LASERS à semi-conducteurs.
Le but de ce TP est d'apprendre à réaliser une liaison optique pour la
transmission de signaux. Avant d'accéder à la réalisation même de cette
liaison (3ème partie du TP), il convient de comprendre les composants qui la
compose à savoir les diodes émettrices de lumière (1er partie) et les
photodiodes qui détectent un signal lumineux (2ème partie).
Les LEDs (diode electro-luminescente ) comme les LASERS (LIGHT
AMPLIFIED SYSTEMS EMITTING RAYS) à semi-conducteur sont des
diodes. Elles ont donc des limitations en courant et en tensions. Les
LASERS semiconducteurs sont en général beaucoup plus sensible que les
LEDS aux décharges électrostatiques et aux surchages de courants qui se
traduit géneralement par la destruction des capacités optiques voire
électrique. Pour explorer leurs caractéristiques sans les endommager on
utilisera une alimentation comportant des limitations réglables en courant
et en tension : Alimentations à caractéristique rectangulaire.
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1.1. Caractéristique électrique
BUT : On cherche à tracer la caractéristique courant tension de la LED. SFH 750V
Tout d’abord régler l’alimentation en la limitant à 5V et à 50 mA. Vérifiez rapidement sa
caractéristique afin de tester vos réglage.
Calculer la valeur de la résistance de protection Rp du montage ci dessous pour que le
courant maximum dans la LED soit limité à 40mA lorsque la tension aux bornes de la
LED (VA-VB) est de 1.2V, et que le générateur délivre 5V. Pour cela écrire l’équation de
la maille. Réaliser ensuite le montage la borne – de la LED étant indiquée par un méplat
sur le boitier ou une patte plus courte.
Faire varier e entre –4,5V et 5V par pas de 0.5V et mesurer simultanément VA-VB et VBVC et en déduire le courant I dans la LED. Tracer directement I en fonction de V A-VB
(Graphe 1). Très précautionneusement augmenter e au delá de 5V sans détruire la LED et
continuer les mesures. Lorsque la pente s’infléchit, ne plus augmenter le courant.
Rajouter les mesures obtenues sur le graphe.
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1.2. Caractéristique Optique :
Pour mesurer la puissance optique émise par la LED on utilise un puissance-mètre
optique composé d’une photodiode délivrant un courant proportionnel à la puissance
optique reçue et calibré par un microprocesseur pour tenir compte de la longueur d’onde
de la source optique.
Pour mesurer la puissance optique émise par la LED, la placer le plus près possible
devant le détecteur et lire directement L la puisssance mesurée. Tracer L en fonction de I
y compris pour des valeurs de courant élevé ( e > 5 V ) (Graphe 2).
1.3. Bilan énergétique:
Sur un même graphe (graphe 3) calculez et tracez la puissance électrique fourni à la LED,
et la portion d’énergie transformer en puissance optique. Comparez ces puissances pour
les diffèrentes parties de la courbes. Que pouvez-vous en déduire à propos du claquage
des LEDS ? Calculez la tempature de la jonction pour le sommet de la caractéristique.
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2. Les Photodiodes. SFH 250V
Les photodiodes sont des élements optoélectroniquez qui convertissent un signal
lumineux en un signal électrique. Elles permettent aussi de mesurer des puissances
optiques ou des variations de signaux lumineux trés rapides. A la base, toutes les diodes
sont sensibles à l’éclairement et géneralement seule une couche de peinture autour du
boitier les protège des variations lumineuses parasites.
2.1. Photodiode non polarisée
Branchez directement une photodiode sur un voltmètre et comparez la tension délivrée
par la photodiode avec et sans éclairement en provenance de la LED.
Réaliser ensuite le montage çi dessous en testant différentes valeurs de résistance Rm
(1k <Rm<1M) ( Rp=100 lorsque le GBF délivre un signal continu de 3V.
Mesurer la tension aux bornes de Rm. Tracer la courbe donnant le courant fournit par la
photodiode en fonction de Rm. Quelle est la résistance optimum pour détecter un signal
le plus important possible ? Que se passe-t-il pour de faible résistance ? pour de grandes
résistance ? Qu’en déduisez-vous pour le courant délivré par la photodiode ?
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2.2. Photodiode polarisée :
Avec l’alimentation continue à caractéristique rectangulaire, appliquer maintenant une
tension de ep entre A et C. (Rm=1k Régler le GBF pour qu’il délivre une tension
continue e1 =1,2V. Faire varier ep entre –20V et +2V et mesurer la tension VBC
correspondante, en déduire le courant de la photodiode Ip. Tracer VAB en fonction de Ip
pour e1 =2V, e1 =5V et e1 =0V sur le même graphe. Pour quelle valeur de ep la photodiode
est elle la plus sensible ?, pour quelles valeurs cela semble-t-il linéaire ? Mesurer la
puissance optique émise par la LED et reçu par la photodiode, et calculer le gain
maximum K (A/W) en Ampére par Watt optique reçu par la photodiode.
2.3. Temps de commutation :
Régler le GBF pour qu’il délivre un signal créneaux de 0.2V d’amplitude avec une
composante continue de 1,3V. Régler le générateur pour avoir ep=-10V. Observer la
forme des signaux VBC. Augmenter la fréquence jusqu’à observer une distorsion et
mesurer le temps de montée des signaux. En déduire la bande passante du système.
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3. Ligne de transmission Optique.
Le but de ce paragraphe est d’utiliser une LED, une photodiode et une fibre plastique
pour réaliser une ligne de transmission optique, et caractériser le canal de transmission.
On étudiera l’importance de la linéarité dans la transmission.
Réalisez le montage ci dessus. En prenant Rp=200 , e1 étant un signal créneaux variant
entre 0 et 5V. ep=-10V, et Rm=20 à 50 k  Observez et relevez, le signal émis et le signal
transmis pour une fréquence de 100MHz. Mesurez le temps de montée.
Changez e1 pour avoir une sinusoïde de 5Vpp avec un offset de 2,5V. Observez et
relevez, le signal émis et le signal transmis pour une fréquence de 10KHz et 100MHz. Le
signal est il déformé ?
Même chose pour une sinusoïde avec 2V d’offset et une amplitude de 0.5Vpp.
Même chose pour une sinusoïde avec 4V d’offset et une amplitude de 1Vpp. Comparez
avec les caractéristiques de la LED et de la photodiode relevées aux paragraphes 1 et 2.
Quelles sont les conditions pour avoir une transmission linéaire (signal non déformé).