mesure différentielle de lumière groupes scientifiques d'arras lemaire p octobre 2002
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Mesure différentielle de lumière
Groupes Scientifiques d'Arras
Lemaire p octobre 2002
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Introduction
Pour acquérir la rotation axiale d ’une (mini)fusée expérimentale lors de la phase ascendante, il y a plusieurs moyens
Le moyen optique consiste à deux (ou trois) capteurs de lumière répartis sur les 360° de la circonférence & la lumière du jour non diffuse (couchant ou levant de préférence)
Ici les deux montages présentés utilisent deux capteurs et donnent en sortie une tension qui est fonction de l’angle
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Sommaire
Rappels Photo résistance Pont diviseur Montage no 1 Inconvénient Transistor Amplificateur Montage no 2 Pratique Conclusions
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tension
Une Force Electro Motrice (ou Tension) crée un courant dans un circuit
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résistance
La résistance est la propriété de s’opposer au passage du courant
Loi d ’Ohm Intensité (ou courant) = Tension / Résistance Tension en Volt (V), Intensité en Ampères (A),
Résistance en Ohm
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parallèle
Le branchement de deux résistances en // donne :
i1=u/R1 i2=u/R2 i = i1+i2 i=u/R 1/R = 1/R1 + 1/R2 R = R1//R2 = R1 R2 / (R1+R2)
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série Le branchement de deux
résistances en série donne : u1=R1 i u2=R2 i u=u1+u2 u=R i u=(R1+R2) i R=R1+R2 u2/u = R2 / (R1+R2) = 1 / (1 + (R1/R2))
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Photo résistance ou L D R (Light Decrease Résistor) Composant muni d’une fenêtre dont la résistance diminue avec
l’intensité lumineuse captée l ’intensité du courant augmente donc
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Valeur mesurée avec un multimètre en
mode ohmètre Face au soleil de 50 à 100 ohms Opposé au soleil de 200 à 300 ohms A l ’intérieur de quelques kiloohms Recouverte de quelques centaines de kiloohms
OHMETRE
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Pont diviseur Construit avec deux résistances La tension de sortie augmente avec la résistance
du bas qui augmente La tension de sortie diminue avec la résistance
du haut qui augmente
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Montage de mesure
Construit avec deux photorésistances
Cela donne un montage de mesure de la différence de lumière reçue par les deux éléments
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Cas différentiel 1 La lumière reçue augmente sur la
photorésistance du haut La tension de sortie augmente La constatation est la même pour la
lumière qui diminue sur celle du bas
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Cas différentiel 2 La lumière reçue augmente sur la
photorésistance du bas La tension de sortie diminue La constatation est la même pour la
lumière qui diminue sur celle du haut
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Consommation En plein jour l ’intensité traversant les
deux éléments peut atteindre quelques dizaines de mA
C ’est l ’inconvénient de ce montage très simple
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Transistor Composant actif à trois pattes (ici version NPN) Les noms sont Collecteur, Base, Emetteur (C, B,
E) L ’intensité de C à E vaut Gain fois l ’intensité de
B à E Ce composant a la particularité d ’amplifier le
courant Cette particularité fait que ce composant est utilisé dans tout
circuit d ’amplification ou de commande
B
E
C
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Collecteur commun
Ce montage reporte (à Vbe près) sur la sortie, la tension d ’entrée
Avec un courant d ’entrée plus faible
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Collecteur chargé Ce montage reporte (au rapport A près)
sur la sortie, la tension d ’entrée A vaut - résistance Collecteur / résistance Emetteur
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Montage amplificateur L ’intensité du pont diviseur doit être au moins 10
fois plus grand que l ’intensité de Base
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Montage de mesure
Avec deux photo résistances remplaçant deux résistances
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Cas différentiel 1
La lumière reçue augmente sur la photorésistance de Base
La tension de sortie augmente
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Cas différentiel 2
La lumière reçue augmente sur la photorésistance d ’Emetteur
La tension de sortie diminue
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Pratique
Le transistor NPN est du type 2N2222 Les résistances, chacune de 470 ohms Le montage est alimenté sous 4 à 12v
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schéma final
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exemple
Alimentation de 5v LDR 100 ohms en plein soleil LDR 200 ohms à l ’opposé Gain en courant B du transistor = 100
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équations Tension Base = Alim / (1 + (470 / LDR1//(B*LDR2) ) ) Tension Emetteur = Tension Base - 0.65v Courant Emetteur = Tension Emetteur / LDR2 Courant Collecteur = Courant Emetteur*B / (B+1) Tension Collecteur = Alim - (470*Courant Collecteur)
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cas différentiel 1
LDR1 en plein soleil Tension Base = 5 / (1 + (470 / 100//(100*200) ) ) = 0.87v
Tension Emetteur = 0.22v Courant Emetteur = 0.0011A Courant Collecteur = 0.00109A
Tension Collecteur = 4.49v
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cas différentiel 2
LDR2 en plein soleil Tension Base = 5 / (1 + (470 / 200//(100*100) ) ) = 1.47v
Tension Emetteur = 0.82v Courant Emetteur = 0.0082A Courant Collecteur = 0.0081A
Tension Collecteur = 1.2v
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références
Radiospares 2002 Beauvais (60) 470 ohms 1/4w 135-831 0.29€ 10--40p 470 ohms 1/3w 131-211 0.34€ 10---40p 470 ohms 2/3w 132-416 0.38€ 10--40p 2N2222a 295-028 0.92€ 1--24p BC108 293-533 0.75€ 1--24p LDR phi5 234-1044 1€ 1--9p LDR phi11 234-1050 2.86€ 1--9p LDR phi13 651-507 2.4€ 1--9p LDR phi5 596-141 1.2€ 1--9p
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Conclusions
La simplicité fait le dernier schéma Un amplificateur opérationnel peut
également être utilisé Ou aussi relier chaque pont
470ohms--LDR à une entrée analogique d’un microcontrôleur (PIC par exemple)