Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable Les composants de l'opto-électronique Ter STI2D Cours Les sources : On utilise actuellement pour des applications électroniques 2 sources principales : les diodes électroluminescentes (LED) et les diodes laser. Les LEDs : puisqu'il y a émission d'ondes électromagnétiques lors des transitions électroniques entre niveaux d'énergie, la recombinaison d'un électron et d'un trou dans une jonction PN se traduit suivant la nature du matériau utilisé soit par l'émission d'un phonon (particule élémentaire d'agitation thermique) soit d'un photon. Les avantages sont nombreux : faible temps de réponse (nS) d'où modulation à des fréquences élevées, spectre lumineux défini et limité, fiabilité. L'inconvénient majeur est lié au flux faible (ordre de grandeur 100mW). Le laser : la lumière émise est monochromatique et cohérente ce qui entraine un flux lumineux très important et un faisceau ponctuel. Les récepteurs : Cellule photoconductrice LDR : Une LDR (Light Dependent Resistance) se comporte comme une résistance dont la résistivité décroît en fonction de l'éclairement. La résistance ne varie pas linéairement par rapport à l'éclairement et la sensibilité dépend de la fréquence du flux lumineux auquel est soumis l'élément. On en réserve l'usage pour réaliser des luxmètres élémentaires (mesure de l'éclairement d'une pièce ou d'un atelier) ou des appareils de détection de niveau d'éclairement (schéma ci-contre : commande d'un relais lorsque l'éclairement devient supérieur à un seuil). Photodiode : une photodiode voit ses caractéristiques de conduction varier en fonction de l'éclairement auquel elle est soumise suivant deux modes de fonctionnement particulier. Mode photoconducteur : Dans ce mode de fonctionnement il faut polariser la photodiode en inverse et ce sont les caractéristiques de conduction inverse qui dépendent de l'éclairement. Il apparaît que le courant I est pratiquement proportionnel au flux lumineux reçu. Les avantages principaux sont la linéarité, le temps de réponse court et une bande passante étendue opto Lycée Jules Ferry – Versailles 1/3 Les composants de l'opto-électronique Cours Mode photovoltaïque : la photodiode fonctionne en convertisseur d'énergie et par conséquent aucune source d'énergie est nécessaire (exemple : les panneaux solaires). Les deux montages les plus courants sont donnés ci-dessous : Montage à réponse linéaire Montage à réponse logarithmique Phototransistor : dans un phototransistor la région voisine de la jonction base collecteur se comporte comme une photodiode en mode photoconducteur. Soumis à un éclairement elle conduit en inverse et rend alors le transistor passant. Les opto-coupleurs : un opto-coupleur résulte de l'intégration dans un même boîtier d'une LED et d'un phototransistor. Lorsque la transmission de la lumière se fait à l'intérieur même du boîtier l'opto-coupleur a un rôle d'isolateur galvanique ; l'information étant transmise sous forme de lumière (et non sous forme électrique) il est possible d'utiliser des alimentations différentes pour l'émetteur et pour le récepteur. Lorsque la transmission de lumière se fait à l'extérieur du boîtier l'opto-coupleur sert d'interrupteur optique (capteur de position ou détecteur de présence d'objet réfléchissant ou non). Utilisation des opto-coupleurs en interrupteur optique : Opto-coupleur à transmission : Principe : "entrefer" Lorsque la LED est alimentée le phototransistor est normalement commandé et conduit. Toute pièce placée dans "l'entrefer" interrompt la transmission de lumière et bloque le phototransistor. On obtient ainsi deux états pour le phototransistor suivant qu'il y a présence ou non d'objet dans "l'entrefer". Utilisation : L'utilisation la plus courante est l'acquisition de vitesse d'un moteur ou la détection de la rotation d'un axe. On fixe sur le rotor du moteur un disque à encoches. A chaque encoche le phototransistor conduit, à chaque partie pleine il est bloqué. La rupture du faisceau lumineux étant progressive le signal Vce est mis en forme par un inverseur à entrée "trigger". La fréquence du signal logique V est proportionnelle à la fréquence de rotation donc à la vitesse du moteur. La valeur de la vitesse sera obtenue par mesure avec un compteur ou un µcontroleur (en utilisant le timer pour réaliser un fréquencemètre). opto Lycée Jules Ferry – Versailles 2/3 Les composants de l'opto-électronique Cours Opto-coupleur à réflexion : Le phototransistor ne peut être commandé que si une surface réfléchissante renvoie la lumière émise par la LED. L'inclinaison relative de l'émetteur par rapport au récepteur détermine la position optimum de la pièce à détecter par rapport à l'opto-coupleur (de 0,1mm à quelques mm suivant les types). Le rayonnement lumineux est généralement infrarouge. La lumière ambiante comprenant un rayonnement infrarouge le phototransistor est soumis au rayonnement réfléchi lors de la présence d'une pièce et à la lumière ambiante lors de l'absence de pièce. Il peut être alors nécessaire de faire une discrimination entre la lumière réfléchie et la lumière ambiante (par exemple en effectuant une commande périodique de la LED). opto Lycée Jules Ferry – Versailles 3/3