E capteur position

Capteur de position à optocoupleurs
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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 :
∆
disque en rotation autour de
l’axe ∆
zone opaque
zone translucide
repère
solidaire
du
disque
optocoupleur 0
optocoupleur 1
Position 1
Position 2
Position 4
Position 3
axe
∆
led 1
led 0
PhotTr 1
PhotTr 0
zone opaque ou zone
translucide
disque en rotation
autour de l'axe ∆
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.

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Le montage électronique a le schéma ci-dessous :
R1R2
opto 1
1
1
Dec 2→4
A
BG
R3R4LED 1
R3R4LED 2
R3R4LED 3
S1
S2
S3
VDD = 5 V
R3R4LED 0
S0
T0
T1
T2
T3
R1R2
opto 0
A’
B’
A
B
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 ?

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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
G Sélection A B S0 S1 S2 S3
H X X H H H H
L L L L H H H
L H L H L H H
L L H H H L H
L H H H H H L
H représente une tension de niveau ‘’haut’’ correspondant à une tension de 5 V.
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.

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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.
Position du repère
solidaire du disque
Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4
0
5V
uA’M
0
5V
uB’M
0
5V
uAM
0
5V
uBM

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Chronogramme 2.
Position du repère
solidaire du disque
Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4
0
5V
uAM
0
5V
uBM
0
5V
uS0M
0
5V
uS1M
0
5V
uS2M
0
5V
uS3M