TP n°4 : Etalonnage d`une diode au silicium

TP n°4 : Etalonnage d'une diode au silicium
Objectif : Etudier un capteur de température : une diode au silicium.
I. Etude expérimentale
Important : Avant de commencer votre circuit, noter bien le numéro de la diode au silicium que
vous avez utilisé.
 Réaliser le montage suivant à partir de la liste de matériel ci-dessous :
A
+

5V

1 k
V





Générateur de tension continue 5 V (boîtier Bora)
2 multimètres numériques
une résistance de 1 k
une plaque de connexion
une diode au silicium montée sur un support en
plexiglas
 Flécher puis nommer la tension positive UAB aux bornes de la diode (placer les points A et B sur le
circuit).
 Noter l'intensité Id du courant qui traverse la diode. Inverser la diode. Qu’observez-vous ?
Interpréter.
 Replacer la diode dans le sens passant.
On veut étudier la tension UAB aux bornes de la diode en fonction de la température en traçant le
graphe U=f(Température. On va pour cela faire une acquisition en utilisant le boîtier Bora relié au PC.
 La température sera lue sur le thermomètre puis entrée au clavier sous synchronie.
 La tension UAB pourrait être mesurée à l’aide d’un voltmètre puis entrée au clavier. Une autre
méthode consiste à utiliser le boîtier Bora comme voltmètre et envoyer le résultat de la mesure à
synchronie.
 Oter l’ampèremètre puis le voltmètre du circuit.
 Utiliser la fiche méthode n°5 pour paramétrer le logiciel. On utilisera les paramètres suivants :
Tache n°
Paramétrages de synchronie
1
Relier le point A de la diode à l’entrée EA0 puis le point B à la masse du boîtier.
5
choisir le mode pas à pas, instantanée
6
Ne pas utiliser de capteur, Synchronie ne connaît pas le capteur que vous utilisez
7
Calibre -1/+1
8
Entrer UAB pour le nom de la variable mesurée et V pour son unité
9
La tension UAB est à portée en ordonnée dans la fenêtre 1 : Cocher la fenêtre 1
10
Cliquer sur 1 pour paramétrer la deuxième variable (la température)
11
Choisir le mode pas à pas, clavier dans la rubrique configuration matérielle (la température
est à rentrer au clavier)
12
Entrer Température pour le nom de la variable mesurée et °C pour son unité
Ne pas cocher de fenêtre (la température n’est pas à porter en ordonnée mais en abscisse)
13
Cliquer sur l’onglet Fenêtre, puis indiquer que la température est à porter en abscisse
14
Echelle en X : calibrer sur Manuelle ; minimum =0 et maximum=100
Echelle en Y : calibrer sur Manuelle ; minimum=0 et maximum=1
 Appelez le professeur avant de poursuivre afin de vérifier vos paramètres d’acquisition.
 Dans le ballon, verser de l'eau jusqu’à moitié avec 3 à 4 glaçons. Introduire la diode dans le ballon.
 Commencer l’acquisition :
 entrer 5°C pour la température
 valider par entrer
 Dès que cette température est atteinte, cliquer sur acquérir (synchronie mesure alors la tension
correspondante)
 Chauffer le ballon à l'aide d'un chauffe ballon (thermostat au maximum).
 Réaliser une mesure tous les 5°C environ (en utilisant la même méthode que précédemment)
II. Tracé et modélisation de la courbe d’étalonnage.
 Tracer avec synchronie le graphe U=f(Température
 Modéliser la droite obtenue en indiquant que l'incertitude sur la température est de 1°C, celle de la
tension est de 0,001 V et que l’on souhaite avoir une précision sur la valeur affichée à 10-3 près.
 Donner l'équation de cette droite.
III. Utilisation de la courbe d’étalonnage.
 Si la diode était placée dans une casserole d'eau bouillante, quelle serait la tension à ses bornes ?
 A partir de l’équation précédente, exprimez la température en fonction de la tension U
 La tension aux bornes de la diode est égale à 0,50 V. Quelle est sa température ?
IV. Conclusion : ce qu’il faut retenir de ce TP.
La diode au silicium peut être utilisée comme capteur de température car la …………….. à ses bornes
varie en fonction de la ……………….. .
U
Le graphique ci-contre représente une fonction …………… dont
l’équation est du type …………………… . Cette équation permet
également d’exprimer la température T en fonction de la tension U :
T
V. Les capteurs
A partir d’une recherche sur Internet, donner une définition au mot capteur puis des exemples.
Exercice d’application.
On cherche à déterminer la valeur minimale de la résistance de protection utilisée dans le montage du
TP.
a)
b)
c)
d)
e)
Quelle sont les valeurs extrêmes de la tension aux bornes de la diode. L’écart est-il important ?
Calculer, en prenant les valeurs extrêmes, la valeur moyenne de la tension aux bornes de la
diode
Quelle est la relation entre la tension Ug positive aux bornes du générateur, la tension UAB aux
bornes de la diode et la tension UR positive aux bornes de la résistance ?
En déduire la valeur moyenne de UR (en prendra la valeur moyenne de la tension aux bornes de
la diode calculée précédemment et Ug=5V)
L’intensité maximale que peut supporter la diode est de 10 mA. Quelle doit être la valeur
minimale de la résistance pour que cette valeur ne soit jamais dépasser ?