Bac 99 Etude des fonctions FS2.1 FS2.2 et FS2.3

Loverde Christian, Lycée Jaufré Rudel, BLAYE 1999

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Caractéristiques des diodes:

Caractéristique de la photodiode:

Plus l'infrarouge éclaire la photodiode plus elle laisse passer le courant: I proportionnel à l'éclairement infra-rouge.

ˆ pas d'éclairement IR alors pas de courant donc U = 12 V.

‰ éclairement IR alors courant I tel que U = 12 - R₂.I

La tension U est donc impulsionnelle.

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FS2.1: conversion IR/tension

1. Polarisation du transistor:

Recherche du point de fonctionnement. En continu le circuit est équivalent à:

Droite de charge: R₄.I_C + V_CE = V_CC

I_C =

T saturé V_CE

T bloqué V_CE = V_CC

Coordonnées du point de fonctionnement P:

V_BE + R₃i_B + R₄i_C = 12 avec i_C = b.i_B

(R₃ + b.R₄).i_B = 12 - V_BE

i_C = 240 µA

V_CE = 12 - R₄.i_C = 0,76 V

Le point de fonctionnement P est proche de la saturation (voir schéma précédent).

2. Composantes variables:

On éteint les sources continues (on suppose que les condensateurs ont une impédance nulles à la fréquence d'étude, de toute façon je n'ai pas réussis à trouver un calcul convaincant en tenant compte de C₄!)

Schéma équivalent:

Amplification en sortie ouverte:

V_e = R_e.i_B

V_e = - R₃.i_e + V_S

i_S = i_e + b.i_B

V_S = - R₄.i_S i_S =

V_e = -R₃.i_S + R₃.b.i_B + V_S avec i_e = i_S - b.i_B

V_e = R₃.

V_S

Sortie chargée par R₅ et C₅: C₅ = 1 nF ; R₅= 470 kW f 700 Hz (soyons optimistes)

impédance de charge Z =

Circuit précédent chargé équivalent à un circuit ouvert.

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FS2.2: filtre et élimination de parasites

Premier étage:

T = quand w

quand w

filtre passe-haut: fréquence de coupure f_C = = 339 Hz

supprime la composante continue car f_C < f (660 Hz) en effet T = 0,9 pour f = 660Hz.

Le filtre:

Transmittance: T' =

Etude du filtre:

ˆ si R₆ << Z_C6 c'est à dire aux faibles fréquences T' amplification

(déjà éliminées par R₅C₅)

ˆ si Z_C6 << R₆ T' = jR₇C₆w = j circuit dérivateur qui amplifie les grandes fréquences

Plus la fréquence est élevée plus elle est amplifiée avec comme limitation la BP de l'Aop (voir annexe) à partir de 4 kHz.

Conclusion:

Comme le signal V_PTIR10 est impulsionnel, il contient un fondamental de même fréquence que V_PTIR10 (660 Hz) et des harmoniques de fréquences 3f, 5f ....

Donc V_S22 est composée

d'une impulsion amplifiée par 100 saturation à 12V;

et d'harmoniques qui sont amplifiées en fonction de leur fréquence (jusqu'à 4kHz).

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FS 2.3: Détection de valeur crête (extraire la valeur moyenne)

Le montage:

ˆ à t = 0⁺ : V_S22 impulsion > 0 V_S22 = 12 V:

C₈ se charge instantannément V_PTIR3 = 12 V

C₇ se décharge dans R₈; durée de la décharge 5 t₇ = 235 ms : C₇ n'a pas le temps de se décharger.

ˆ à t = q⁺: V_S22 = 0 V

La diode D₃ est bloquée, C₈ se décharge à travers R₈.

Constante de temps de charge: t₈ = R₈C₈; durée de la charge 5 t₈ = 23,5 ms >> T le condensateur se décharge très peu avant l'impulsion suivante de V_S22.

Conclusion: V_PTIR3 = signal continu de 12 V.

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FS 2.3: suite

Montage:

V_S23 = V_PTIR3

V_S23 = 1,7 V_PTIR3

Conclusion:

V_S23 signal continu précédent x 1,7 (amplifié)

comme V_PTIR3 12V l'amplification fait que V_S23 = 12 V: saturation de l'Aop.

Quand le faisceau IR est non interrompu V_S23 =12 V;

Quand le faisceau IR est interrompu V_S23 = 0 V.

 

  Ceci est une synthèse des documents envoyés par les collègues de Physique Appliquée de l'académie et des entretiens fructueux que j'ai eu avec les collègues d'électronique sur place
Je remercie pour leur promtitude à répondre à mes nombreux E-mail: Alain Picart ainsi que Marie-Laure Marty et Mme Nazabal-Raynaud Elvire

Document réalisé au départ sur Lotus Wordpro (licence multiposte gratuite offerte par Lotus à tous les établissements de France) puis sauvegardé au format html. Les shémas fait à la main c'est pour faire plus rapide.

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