Caractéristique d`un dipôle I Caractéristique d

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL TP de Physique-Chimie
TP - EC
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Caractéristique d’un dipôle
Point sécurité
Tous les branchements doivent être effectués alors que l’alimentation est éteinte (montage
comme démontage).
Objectifs :
•Savoir tracer une caractéristique d’un dipôle passif
•Mettre en œuvre un capteur dans une situation quotidienne
Principe : Qui n’a jamais vu un lampadaire s’allumer le soir, non pas à heure fixe, mais
lorsque la luminosité commence à décroître ? Nous allons étudier un dipôle permettant de
quantifier la lumière reçue sur une surface donnée, et l’employer dans un montage permet-
tant de commander une ampoule.
I Caractéristique d’un dipôle
1) Principe
Obtenir la caractéristique d’un dipôle, c’est-à-dire la courbe de la tension aux bornes du di-
pôle en fonction de l’intensité qui le traverse, est relativement aisée si on prend évidemment
quelques précautions :
•Prendre garde aux courant/tension maximum autorisé pour le composant
•Faire attention aux perturbations que peuvent induire les instruments de mesure (cf
TP EC1/EC2)
Tracer la caractéristique consiste alors à mesurer la tension en fonction du courant passant
dans le dipôle : on utilise donc un voltmètre, un ampèremètre et une alimentation continue
réglable, qui va permettre de faire varier le courant.
2) Réalisation expérimentale
Nous allons nous intéresser à la caractéristique d’une pho-
todiode et voir qu’ell dépend de l’intensité lumineuse qu’elle
reçoit. Afin de nous faciliter la tâche, nous allons effec-
tuer une acquisition numérique automatisée ! Pour s’assurer
que le courant circulant dans la photodiode soit faible, on
place une résistance de protection Rp= 1 kΩ. Le générateur
est alors réglé de sorte à produire une rampe de fréquence
quelques Hz et d’amplitude crête-à-crête VPP = 5 V.
VPh
IPh
RpVR
EA0
EA4/EA1
•Réaliser le schéma, en respectant le câblage. On souhaite récupérer à la fois
la tension aux bornes de la résistance Vr(canal 1) ET la tension aux bornes
de la photodiode VPh (canal 0 employé en mode différentiel, case à cocher
entre EA0 et EA4). Appel professeur 1
•Effectuer une acquisition temporelle des deux tensions durant un temps
correspondant environ à une période de la rampe (avec 1000 points).
•Dans la feuille de calcul, introduire le calcul du courant IPh =Vr
Rp
, et tracer
l’intensité en fonction de la tension.
•Réitérer l’expérience pour différentes intensités d’éclairage (4-5).
C’est à vous !
1. Est-ce un dipôle linéaire, c’est-à-dire que la caractéristique est une droite ?
2. Que dire de la forme de la courbe dans la partie horizontale ? verticale ?
3. On emploie le terme de "tension de seuil" à partir de laquelle la photodiode est
passante. Déterminer cette tension, dépend-elle de l’intensité lumineuse ? (cherchez
l’intensité seuil, et convertir en tension..)
4. Au vu des échelles de tension/courant, comment symboliser la caractéristique d’une
diode en utilisant des portions de droite ?
II Utilisation en capteur de lumière
1) Diode "polarisée en inverse"
On va se servir d’une propriété essentielle de la pho-
todiode : les paliers de courant observés dans la partie
précédente sont proportionnels à l’intensité lumi-
neuse reçue, l’idée étant d’avoir un capteur linéaire.
On va voir que la condition pour avoir un capteur li-
néaire est que le point de fonctionnement soit sur le
palier de la caractéristique.
VPh
VR
IPh
Rp
E
2) Vérification de la linéarité
Question préliminaire : comment obtenir le photocourant circulant dans la photodiode ?
1

TP - EC 4. CARACTÉRISTIQUE D’UN DIPÔLE
Réaliser le montage précédent (Appel professeur 2), et effectuer les mesures du
photocourant IPh pour différentes intensités lumineuses (on prendra une dizaine
de mesures). Représenter sur une courbe IPh en fonction de l’intensité lumineuse
mesurée au luxmètre. Vérifier si la courbe obtenue est linéaire en effectuant une
modélisation graphique.
C’est à vous !
Vérifions maintenant que l’expérience réalisée est cohérente avec le choix de point de fonc-
tionnement :
1. A partir du schéma électrique, quelle est l’équation de la caractéristique de l’associa-
tion en série du générateur avec la résistance ?
2. En faisant attention à la position de la diode (inversée !), en déduire sur un graphique
le point de fonctionnement de la diode.
3) Application au réverbère (facultatif)
On va se servir de la tension aux bornes de la résistance accolée à la photodiode en la
comparant à une valeur seuil à partir de laquelle un réverbère doit se mettre en marche. On
emploie un amplificateur opérationnel, dont le principe n’a pas à être connu ici : alimenté
sous une tension de ±15 V, il fournit en sortie (dans le cadre du montage ci-dessous) :
•+Vsat '12 V si V+>V−
•−Vsat ' −12 V si V+<V−
VPh
VR
Rp
E=5V
+
-
+15V
-15V
R1
R2
RDEL
On se sert de cette propriété pour alimenter une DEL (selon le signe de la tension de
sortie, elle sera passante ou bloquée, et éclairera ou non !). Prendre comme valeur initiale
R1= R2= Rp= RDEL = 1 kΩ
Réaliser le montage (Appel professeur 3) et déterminer expérimentalement la
valeur de la résistance variable R1telle que la diode s’éteigne en cas de forte
lumière.
C’est à vous !
1. A quoi servent les deux résistances R1et R2?
2. Expliquer ce qu’il se passe lorsque la photodiode est éclairée ou ne l’est pas.
Réaliser un compte-rendu du TP incluant les diverses questions posées ainsi que
les courbes expérimentales commentées.
A faire pour la semaine prochaine
2E. VAN BRACKEL