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I) LUMIERE ET INFRAROUGE : 1 ) Le rayonnement. La lumière fait partie du rayonnement émis par le soleil, elle est située sur une longueur d'onde particulière. Les longueurs d'onde de la lumière se situent sur une bande très étroite ; Elles se mesurent en nanomètre.

La longueur d'onde de l'infrarouge est comprise entre 780 nm et 1 000 000 nm (ou encore entre 0,78 µm à 1 000 µm).

2) Domaine d’application des infrarouges.

Les infrarouges sont utilisés dans le domaine militaire pour le guidage des missiles air-air ou anti-aériens : un détecteur infrarouge guide alors le missile vers la source de chaleur que constitue le (ou les) réacteur(s) de l'avion cible. Inversement, Il existe des détecteurs infrarouges que l'on pose directement sur la carlingue. Ils servent à détecter l'arrivée d'un missile grâce au rayonnement infra-rouge émis par ce dernier.

Certains détecteurs de mouvements (associés aux systèmes de détection d'intrusion) appelés IRP (pour Infra Rouge Passif), utilisent le rayonnement en infra rouge émis par l'ensemble des objets du local surveillé (y compris les murs). La pénétration d'un individu provoque une modification du rayonnement. Lorsque cette modification est constatée sur plusieurs faisceaux (découpage du rayonnement total de la pièce par une lentille de Fresnel), un contact électrique envoie une information d'alarme à la centrale.



Une utilisation plus commune est leur usage dans les commandes à distance (télécommandes), où ils sont préférés aux ondes radio, car ils n'interfèrent pas avec les autres signaux électromagnétiques comme les signaux de télévision. Les infrarouges sont aussi utilisés pour la communication à courte distance entre les ordinateurs et leurs périphériques. Ils sont très utilisés dans le domaine de la robotique ou dans les appareils nécessitant des transmissions de données à courte distance sans obstacle.

3) Emission: diode infrarouge (MLED81 950nm).

Low cost

Ideal beam angle for most remote control applications in conjunction with MRD821

TYPICAL CHARACTERISTIC



Le courant dans la diode est de 300mA. Définir le mode de commande (pulse ou DC). Définir l’intensité lumineuse émise (figure N°4) et la tension Vf.

Mode de commande pulse Ie 40mW/sr Vf 1,75V

Quelle est la valeur de l’intensité lumineuse émise pour les 3 longueurs d’onde (900nm, 940nm et 1000nm (figure N°4)? Voir figure N°2 (le courant de la diode vaut 300mA )

900nm 0,75 x 40 = 30 mW/sr 950nm 1 x 40 = 40 mW/sr

1000nm 0,2 x 40 = 8 mW/sr

4) La Réception : Phénomène photoélectrique.

II) LA PHOTORESISTANCE OU LDR :

Certains semi-conducteurs voient leur résistance v arier lorsqu’ils sont exposés à la lumière : ils permette nt d’obtenir une photorésistance. Dans l’obscurité, la résistance es t élevée.



Une photorésistance est aussi appelée LDR (Light Dependent Resistor ). La principale utilisation de la photorésistance est la mesure de l'intensité lumineuse (appareil photo, systèmes de détection, de comptage et d'alarme...). Elle est fortement concurrencée par la photodiode dont le temps de réponse est beaucoup plus court. Son spectre est large : il va du bleu à l’infrarouge.

Exemple : NORP 12

FTC foot-candle est égal à un lumen par pied carré.

Un foot-candle est égal à 10.76 lux (approximativement 1 footcandle = 10 lux).



Quelle sensibilité obtient-on avec la LED MLDE81 (λ=940nm)?

0%, notre LDR ne perçoit pas les longueurs d’onde s upérieures à 850nm

Quelle gamme de couleur correspond à une sensibilité supérieure à 50% ?

500 à 675nm cyan/vert à l’orange

Définir la valeur de la LDR pour les luminosités suivantes : nuit de pleine lune (0,5 lux), appartement bien éclairé (300 lux), ciel couvert (25000 lux).

Pleine lune 0,05 ftc90KΩ

Appartement 30 ftc800Ω

Ciel couvert 2500 ftcInférieure à 400 Ω

Définir l’état du relais pour les 3 cas de luminosité. Curseur VR1positionné au milieu de la course.

V- = 6V V+ = 5,6 x 12 / 95,6 = 0,7V 2N3053 bloqué relais inactif

V+ = 5,6 x 12 / 6,4 = 10,5V 2N3053 saturé relais actif

V+ = 5,6 x 12 / 6 = 11,2V 2N3053 saturé relais actif

III) LA PHOTODIODE :

La particularité d'une photodiode est de fournir un courant proportionnel au flux lumineux reçu. C’est donc un générateur de courant commandé par la lumière.



En l'absence de lumière, la caractéristique est cel le d'une diode à jonction classique. Cela signifie donc que même sans luminosité il existe un courant inverse Io. Ce courant est appelé "courant d'obscurité". Ce courant est d'autant plus grand que la tension inverse ("Reverse Voltage") appliquée est élevée. Il s'annule pour une tension nulle. On polarisera notre diode en inverse et on recherchera à imposer une tension nulle à ses bornes. Le quadrant générateur est appelé domaine photovoltaïque. Ce mode de fonctionnement est exploité pour réaliser des "photopiles" aux applications diverses. La plus connue est bien sûr l'installation de panneaux solaires sur une maison pour fournir une partie de l'énergie domestique.

Exemple : BPW34

Quadrant récepteur (I et V négatif) Mode « photoconducteur »

Quadrant générateur (I négatif et V positif) Mode « photoconducteur »

Quadrant récepteur (I et V positif) Non utilsé pour la réception infrarouge




85%


550 à 1050nm vert à l’infrarouge

Définir la valeur du courant pour les luminosités suivantes : nuit de pleine lune (0,5 lux), appartement bien éclairé (300 lux), ciel couvert (25000 lux).

S = 80nA/lx Pleine lune 0,5 x 80 40nA

Appartement 300 x 80 2,4µA

Ciel couvert 25000 x 80 2mA

IV) LE PHOTOTRANSISTOR :

Un phototransistor est un transistor bipolaire dont la base est sensible au rayonnement lumineux ; la base est alors dite flottante puisqu’elle est dépourvue de connexion.

Lorsque la base n’est pas éclairée, le transistor est bloqué (courant d’obsurité = ICE0). L’éclairement de la base conduit à un photocourant Iph multiplié par le gain β du transistor:

Ic = β Iph + ICE0 Ic = β Iph

Sa réaction photosensible est donc nettement plus élevée que celle d’une photodiode (de 100 à 400 fois plus). Par contre le courant d’obscurité est plus important.



Phototransistor en émetteur commun :

Dans le noir, le transistor est bloqué donc la sortie Vs est à Vcc.

En éclairant le phototransistor par la base, le potentiel Vc décroît au fur et à mesure que l'intensité de lumière augmente puisque le courant du collecteur est égal à β Iph et Vs = Vcc – R x β Iph

Le courant de l'émetteur du phototransistor est amplifié par le transistor. Vs = Vcc – R x βph β1 Iph

La résistance R permet un blocage plus rapide du transistor.

Exemple : ST325

Quelques circuits utilisant les phototransistors




95%


610 à 1010nm jaune à l’infrarouge

Définir la valeur du courant pour les luminosités suivantes : nuit de pleine lune (0,5 lux), appartement bien éclairé (300 lux), ciel couvert (25000 lux).

Pleine lune hors caractéristique inférieur à 0,1mA

Appartement 0,3 mA

Ciel couvert hors caractéristique supérieur à 10mA

V) BILAN :

Détection dans la gamme

Sensibilité Application liaison IR

LDR Visible Excellente Non

Photodiode Infra -rouge Très bonne Distance supérieure au mètre

Phototransistor Infra -rouge Faible Distance inférieure au mètre

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