Capteur de position à optocoupleurs Enoncé : Le capteur de position étudié permet de repérer sur des diodes électroluminescentes 4 positions angulaires d’un disque en rotation autour d’un axe ∆. Le schéma de principe du capteur et le positionnement des optocoupleurs sont donnés sur les schémas ci-dessous : Position 1 Position 2 repère solidaire du disque ∆ optocoupleur 1 zone opaque optocoupleur 0 Position 3 Position 4 zone translucide disque en rotation autour de l’axe ∆ disque en rotation autour de l'axe ∆ axe ∆ led 1 PhotTr 1 led 0 PhotTr 0 zone opaque ou zone translucide Le principe de fonctionnement des optocoupleurs est décrit ci-dessous : - lorsqu’une zone opaque du disque est présente entre la led de l'optocoupleur et le phototransistor, le phototransistor n’est pas excité et par conséquent il est bloqué. - inversement, lorsqu’une zone translucide du disque est présente entre la led de l'optocoupleur et le phototransistor, le phototransistor est excité et par conséquent il est saturé. 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 1 Capteur de position à optocoupleurs Le montage électronique a le schéma ci-dessous : VDD = 5 V R3 R1 R2 R1 R2 T0 R4 LED 0 T1 R4 LED 1 T2 R4 LED 2 T3 R4 LED 3 A A’ 1 S0 opto 0 Dec 2→4 R3 A S1 B B B’ G S2 R3 1 opto 1 S3 R3 M 1. Les optocoupleurs utilisés ont pour principales caractéristiques : - Intensité du courant dans la diode électroluminescente : IF = 20 mA - Tension aux bornes de la diode électroluminescente lorsqu’elle est traversée par IF : VF = 1.5 V. - Intensité maximale du courant dans le collecteur du phototransistor lorsqu’il est saturé : ICMAX = 0.5 mA. - Tension VCESAT entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor lorsqu’il est saturé : VCESAT = 0 V. Les portes inverseuses intervenant dans le schéma électrique sont considérées comme parfaites et en particulier ont une résistance d’entrée infinie. 1.1 Après avoir repris le schéma d’alimentation de la diode électroluminescente de l'opptocoupleur 0, et après avoir fléché sur ce schéma les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor R1. 1.2 Après avoir repris le schéma d’alimentation du phototransistor Tr0, et après avoir fléché sur ce schéma les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor R2. 1.3 Quelles sont les valeurs prises par la tension uA’M lorsque le phototransistor PhotTr0 est : 1.3.1 saturé ? 1.3.2 bloqué ? 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 2 Capteur de position à optocoupleurs 1.4 Compléter le chronogramme 1 présent sur le document réponse. 2. Le décodeur 2 → 4 a la table de fonctionnement donnée ci-dessous : Entrées Sorties Validation Sélection S0 S1 S2 G A B H X X H H H L L L L H H L H L H L H L L H H H L L H H H H H H représente une tension de niveau ‘’haut’’ correspondant à une tension de 5 V. S3 H H H H L L représente une tension de niveau ’’bas’’ correspondant à une tension de 0 V. En utilisant la table de fonctionnement ci-dessus compléter le chronogramme 2 présent sur le document réponse. 3. Les transistor T0, T1, T2 et T3 ont pour principales caractéristiques : - Tension entre base et émetteur lorsque le transistor est passant : VBE = - 0.7 V. - Coefficient d’amplification en courant βmoy = 150. - Tension entre collecteur et émetteur lorsque le transistor est saturé : VCESAT = - 0.2 V. Les diodes électroluminescentes LED0, LED1, LED2 et LED3 ont pour principales caractéristiques : - Tension de seuil lorsqu’elles sont passantes : Useuil = 1.6 V. - Intensité du courant conseillé pour obtenir un éclairement correct : IFLED = 20 mA. On s'intéressera au fonctionnement du transistor T0 et de la diode électroluminescente correspondante LED0. 3.1 Quelle doit être la tension uS0M pour que le transistor T0 soit bloqué ? Quel est alors l’état de la diode électroluminescente LED0 ? 3.2 Quelle doit être la tension uS0M pour que le transistor T0 soit saturé ? Quel est alors l’état de la diode électroluminescente LED0 ? 3.3 Après avoir repris le schéma d’alimentation de la diode électroluminescente LED0 et après avoir fléché les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor R4 pour assurer une brillance correcte de la diode électroluminescente LED0. 3.4 Quelle est l’intensité du courant IBSAT, courant limite assurant la saturation du transistor T0 ? 3.5 En prenant un coefficient de sursaturation de 3, tel que IBSS = 3.IBSAT, déterminer la valeur à donner au résistor R3. 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 3 Capteur de position à optocoupleurs 4. Synthèse 4.1 Compléter le chronogramme 3 présent sur le document réponse et indiquer les diodes électroluminescentes allumées. 4.2 Les diodes électroluminescentes LED0, LED1, LED2 et LED3 sont disposées à la circonférence d’un cercle. Positionner ces diodes, pour qu’elles indiquent, lorsqu’elles sont allumées, la position correspondant au repère solidaire du disque. Document réponse : Chronogramme 1. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque uA’M 5V 0 uB’M 5V 0 uAM 5V 0 uBM 5V 0 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 4 Capteur de position à optocoupleurs Chronogramme 2. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque uAM 5V 0 uBM 5V 0 uS0M 5V 0 uS1M 5V 0 uS2M 5V 0 uS3M 5V 0 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 5 Capteur de position à optocoupleurs Chronogramme 3. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque uS0M 5V 0 uS1M 5V 0 uS2M 5V 0 uS3M 5V 0 LED allumée 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 6
