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Description des trois composants ร caractรฉriser
La photorรฉsistance
Une photorรฉsistance est un dipรดle rรฉsistant non polarisรฉ dont la rรฉsistance varie en fonction de lโintensitรฉ de la lumiรจre incidente. Elle se comporte comme un isolant ร lโobscuritรฉ avec une forte rรฉsistance de plusieurs Mฮฉ. Quand elle est exposรฉe ร la lumiรจre, elle devient un conducteur de courant รฉlectrique en mise sous tension, cela est dรป ร la diminution de la rรฉsistivitรฉ du matรฉriau semi-conducteur. Sa rรฉsistance est inversement proportionnelle ร la lโintensitรฉ lumineuse.
La principale utilisation de la photorรฉsistance est la mesure de l’intensitรฉ lumineuse (appareil photo, systรจmes de dรฉtection, de comptage et d’alarme…).
La photodiode
Une photodiode est un composant semiconducteur formรฉ par une simple jonction P-N photorรฉceptrice gรฉnรฉralement non amplificatrice mais dans certaines conditions une amplification interne peut se produire. La nouvelle photodiode PIN constituรฉe d’une zone intrinsรจque est, de nos jours, la plus frรฉquemment utilisรฉe dans la pratique รฉlectronique. Elle sert ร distinguer la couleur dโune lumiรจre incidente en fonction du courant circulant dans le circuit. Nous pouvons trouver dans les tรฉlรฉcommandes de type tรฉlรฉviseur.
Le phototransistor
Un phototransistor est un transistor bipolaire dont la base est accessible au rayonnement lumineux ; sa base est dite flottante car elle est dรฉpourvue de connexion. Lorsque la base nโest pas รฉclairรฉe, le transistor est parcouru par un courant de fuite ICE0. Lโรฉclairement de la base conduit ร un photocourant Iph quโon peut appeler courant de commande du transistor.
Le courant dโรฉclairement du phototransistor est donc le photocourant de la photodiode collecteur-base multipliรฉ par le gain ฮฒ du transistor. Sa photosensibilitรฉ est donc nettement plus รฉlevรฉe que celle dโune photodiode (de 100 ร 400 fois plus). Par contre le courant dโobscuritรฉ est plus important. Sa nรฉcessitรฉ rรฉside sur les tรฉlรฉcommandes รฉlectroniques comme les photodiodes. Grace ร son amplification en courant, il est plus utilisรฉ que la photodiode.
Fabrication des supports
La photorรฉsistance, la photodiode et le phototransistor
On trace une surface de 30หฃ10cm2 de ยซ Medium Density Fiberboard ยป (MDF) ou fibres de bois ร moyenne et deux surfaces de 5หฃ30cm2 sur une planche en pin dโรฉpaisseurs respectives 0.5cm et 1cm. On rรฉalise รฉtape par รฉtape le travail.
Sciageย
A lโaide dโune scie, on coupe suivant les tracรฉs le MDF (30หฃ10cm2). On a un modรจle que lโon va noter X0.
On coupe ensuite la planche en pin suivant les tracรฉs des deux surfaces de 5หฃ30cm2.
On obtient alors deux modรจles que lโon va appeler X1.
Assemblageย
On associe le modรจle X0 et les deux modรจles X1 ร lโaide des clous. On perce le contre plaquรฉ en faisant des avant trous sur les deux cotรฉs pour faciliter la combinaison.
Polissage et traรงageย
On lisse ร lโaide dโun papier verre la surface extรฉrieure. Puis, on trace le symbole de la photorรฉsistance, de la photodiode et du phototransistor avec un marqueur.
Fixation
On fixe au-dessus de leur support respectif la photorรฉsistance, la photodiode et le phototransistor en se servant dโune petite plaquette et on relie ร lโaide dโun fer ร souder et un รฉtain chacun de ces composants ร ses douilles.
Perรงage et montage des fiches bananesย
On perce 6 trous de 6 mm de diamรจtre avec une perceuse portant une mรจche de 6 pour placer les 6ย fiches bananes. On crรฉe trois trous de 8mm de diamรจtre pour les trois composants.
La mise ร lโobscuritรฉ
On fabrique un boitier en carton de couleur noire ร lโintรฉrieur et on recouvre par un papier blanc chaque face.
Fabrication des supports de modรจles X2 et X3
On trace 4 surfaces de 10หฃ10cm2 de MDF de modรจle X2 et 8 surfaces de 5หฃ10cm2 de modรจle X3. Ces 12 surfaces sont utilisรฉes comme support des 4 composants (la lampe, la LED, le transistor bipolaire et le potentiomรจtre)
Assemblageย
On associe le modรจle X2 et les deux modรจles X3 ร lโaide des clous. On perce le MDF en faisant des avant trous sur les deux cotรฉs pour faciliter la combinaison.
Polissage et traรงage des symboles des composants
On lisse ร lโaide dโun papier verre les surfaces extรฉrieures de ces supports. Puis, on trace le symbole de chacun de ces composants.
Perรงage et montage des fiches banane pour les 4 composants
On perce 2 trous de 8mm de diamรจtre avec une perceuse portant une mรจche de 8 pour placer les 2 fiches bananes pour les 3 dipรดles et un trou de plus pour le transistor bipolaire. On crรฉe un trou de 8mm pour faire sortir les deux fils de polarisation de ces composants aux centres de chaque surface X2.
Fixation de chacun de ces composants sur leur support:
. On fixe la lampe ร la surface extรฉrieure ร lโaide des vis et en utilisant un fer ร souder et un รฉtain, on la relie avec des fils รฉlectriques ร 2 douilles. Ensuite, on fait de la mรชme maniรจre pour le potentiomรจtre, la LED rouge et le transistor mais ce dernier nรฉcessite 3 douilles.
Travaux pratiques Nยฐ1 : Alarme (dรฉtecteur de prรฉsence)
๏ถ Objectifs :
๏ญ identifier le capteur (รฉmetteur) et le rรฉcepteur ร utiliser.
๏ญ connaรฎtre leur rรดle ainsi que leur fonctionnement respectif
๏ญ Caractรฉriser le capteur utilisรฉ
๏ถ Prรฉ-requis :
๏ญ Rรดle et fonctionnement dโune photorรฉsistance, dโune photodiode et du phototransistor.
๏ญ Fonctionnement et caractรฉristique dโun transistor bipolaire
๏ญ Rรดle dโun condensateur et dโun relai
๏ถ Matรฉriels utilisรฉs :
๏ญ Phototransistor
๏ญ Photodiode
๏ญ Photorรฉsistance
๏ญ 4 transistors bipolaires NPN : T1 :2N2222, T2,T3,T4 : BFY51 (3)
๏ญ 4 rรฉsistances : R4 :100ฮฉ, R1 :1.2K ฮฉ, R3 :330 ฮฉ, R2 :1K ฮฉ
๏ญ Deux relais inverseurs
๏ญ Un condensateur 3300ยตF/63V
๏ญ Gรฉnรฉrateur source de tension 12V (batterie)
๏ญ Lampe LED ou รฉmetteur infrarouge
๏ญ Potentiomรจtre
๏ญ Un interrupteur
Travaux pratiques Nยฐ2 : รฉclairage automatique (dรฉtecteur dโobscuritรฉ)
๏ถ Objectifs :
๏ญ Dรฉfinir la fonction des photorรฉcepteurs
๏ญ Dรฉterminer les courants dโobscuritรฉ (sombre) et ร la lumiรจre ambiante
๏ญ Comparer la sensibilitรฉ de la photodiode et de la photorรฉsistance
๏ถ Prรฉ-requis :
๏ญ Notion sur la ยซ fonction amplification ยป de courant par un transistor bipolaire
๏ญ Dรฉfinition et fonctionnement dโun photorรฉcepteur
๏ญ Montage et รฉtude des rรฉsistances en diviseur de tension.
๏ถ Matรฉriels utilisรฉs :
๏ญ Photodiode BPW 34
๏ญ Photorรฉsistance CdSe H 35
๏ญ 3 rรฉsistances : R1 :10k, R2 :1K, R3 :470
๏ญ Un relais 12V
๏ญ Une lampe 12V
๏ญ 2 transistors NPN: T1 :BD139, et T2 : 2N2219
๏ญ Une diode 1N4001
๏ถ Principe
Quand il fait sombre ou obscur, la lampe sโalimente par le relai. Les transistors montรฉs en push pull amplifient le signal venant du photorรฉcepteur.
Travaux pratiques Nยฐ 3 : dรฉtecteur dโobstacle ร รฉmetteur infrarouge
๏ถ Objectifs :
๏ญ Savoir quel type de rรฉcepteur peut-on utiliser pour dรฉtecter un obstacle?
๏ญ Caractรฉriser un tel rรฉcepteur compatible ร ce mini projet.
๏ถ Prรฉ-requis :
๏ญ Notion sur la fonction amplification de courant par un transistor bipolaire
๏ญ Dรฉfinition et fonctionnement dโun photorรฉcepteur
๏ญ Montage et รฉtude des rรฉsistances en diviseur de tension.
๏ถ Matรฉriels utilisรฉs :
๏ญ Source de tension continue de 9V
๏ญ Deux transistors bipolaires :
๏ญ 4 rรฉsistances : R1 :470, R2 :330, R3 :1.2K, et R5 :100
๏ญ Un potentiomรจtre 10K
๏ญ Un condensateur de puissance : 6600ยตF
๏ญ Un relais de 12V
๏ญ Un phototransistor
๏ญ Un รฉmetteur infrarouge
๏ญ Un interrupteur
๏ถ Principe
Cet objet est utilisรฉ pour dรฉtecter la prรฉsence dโun corps opaque qui coupe le rayonnement infrarouge. Il comporte deux parties distinctes : lโune est composรฉe dโun circuit รฉmetteur et lโautre dโun circuit rรฉcepteur. Il fonctionne lorsque la lumiรจre IR nโarrive pas ร la cible rรฉceptrice (phototransistor), le transistor nโest pas polarisรฉ et aucun courant ne circule dans la bobine du relais. Le relais ouvert alimente le circuit amplificateur de signal รฉlectrique puis le convertit en signal acoustique.
Le potentiomรจtre est utilisรฉ pour limiter le courant de base du transistor.
CONCLUSION
Les รฉlรจves ne font plus de travaux pratiques dans nos lycรฉes ร cause dโinsuffisance ou dโabsence de matรฉriels de laboratoire et de problรจmes financiers.
Malgrรฉ ces obstacles, il est possible de redynamiser lโenseignement de la physique ร lโรจre de lโessor technologique et de lโinternet.
Le prรฉsent travail vise ร montrer quโil est possible dโรฉlaborer des appareils รฉlectroniques grรขce ร la nouvelle technologie et de les utiliser lors des sรฉances de travaux pratiques (alarme, รฉclairage automatique, etc.) Lโobjectif dโun travail pratique est de mettre en รฉvidence les รฉvรฉnements qui peuvent se passer dans la vie quotidienne. Nous avons donc proposรฉ le moyen le plus simple pour faciliter la transmission des savoirs en crรฉant des matรฉriels didactiques qui permettent de rรฉaliser efficacement des travaux pratiques.
Ainsi, ce travail est centrรฉ sur lโexploitation des photodรฉtecteurs. Nous remarquons que ces derniers ne peuvent pas fonctionner par eux-mรชmes, alors il est nรฉcessaire dโutiliser dโautres composants(les rรฉsistances, les transistors bipolaires, les condensateurs, les diodes, etc.) ce qui suppose la maรฎtrise de lโutilisation et du fonctionnement de ces composants. Nous avons vu que la mise en ลuvre de ces composants contribue ร la fabrication dโun dispositif รฉlectronique qui a la mรชme fonction que les produits bruts importรฉs. En outre, le total de prix des piรจces dรฉtachรฉes nรฉcessaires coรปte moins cher quโun dispositif importรฉ.
En bref, nous conseillons aux รฉlรจves de ne pas se contenter des travaux des autres et de mobiliser leur propre crรฉativitรฉ. Lโobjectif est ici de perfectionner lโenseignement et lโรฉducation au niveau du lycรฉe. Les travaux pratiques inclus dans la derniรจre partie sont rรฉalisables et dรฉdiรฉs ร tout lecteur surtout ร la classe de premiรจre scientifique.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
PARTIE A : GENERALITES SUR LA PHOTORESISTANCE, LA PHOTODIODE ET LE PHOTOTRANSISTOR
I. LA PHOTORESISTANCE
II. LA PHOTODIODE
III. PHOTOTRANSISTOR
PARTIE B : ELABORATION DU MATERIEL ET CARACTERISATION ELECTRIQUE DES PHOTODETECTEURS
I. Description des trois composants ร caractรฉriser
II. Fabrication des supports
III. Rรฉalisation et mesures
PARTIE C : EXPLOITATION PEDAGOGIQUE POUR LโUTILISATION DE LA PHOTORESISTANCE, DE LA PHOTODIODE ET DU PHOTOTRANSISTOR PROPOSITION DE TRAVAUX PRATIQUES (TP) POUR LES CLASSES DE PREMIERES SCIENTIFIQUES
I. Travaux pratiques Nยฐ1 : Alarme (dรฉtecteur de prรฉsence)
II. Travaux pratiques Nยฐ2 : รฉclairage automatique (dรฉtecteur dโobscuritรฉ)
III. Travaux pratiques Nยฐ 3 : dรฉtecteur dโobstacle ร รฉmetteur infrarouge
CONCLUSION
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE
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