Fonctionnement du montage émetteur/récepteur

Emetteur

Après avoir réalisé une alimentation stabilisée, on assure alors la présence de l’énergie nécessaire pour faire fonctionner le reste des blocs, la fonction d’émission, de conditionnement et de la mise en forme du faisceau infrarouge est assurée par un circuit électronique constitué de plusieurs éléments formant l’émetteur. L’émetteur doit fournir un faisceau lumineux possédant une puissance et une fréquence bien déterminées afin d’être détectable par le récepteur le mieux possible. Le rayonnement infrarouge n’est pas du domaine des ondes qu’on peut capter avec une antenne, il n’est pas non plus celui de la lumière visible ; de ce fait il possède des caractéristiques particulières. Le nom infrarouge signifie « en dessous du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car l’infrarouge est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière rouge (et donc de longueur d’onde supérieure à celle du rouge qui va de 500 à 780 nm). La longueur d’onde de l’infrarouge est comprise entre 780 nm et 1000000 nm. Les émetteurs infrarouges diffusent leur chaleur par rayonnement.

Cette technologie se caractérise par une émission d’ondes provoquant une élévation de température d’une surface réceptrice, sans chauffer l’ambiance intermédiaire. L’infrarouge se décompose en 3 subdivisions, toutes utilisées dans l’industrie : l’infrarouge court, l’infrarouge moyen et l’infrarouge long. L’infrarouge court se situe dans des longueurs d’ondes comprises entre 0.76 et 2 μm. Cette technologie est caractérisée par une forte densité de puissance au mètre et une émission de chaleur quasiment instantanée. L’infrarouge moyen, compris entre 2 et 4 μm, est produit par des émetteurs de faible inertie et de constitution robuste. Ces émetteurs caractérisés par une longue durée de vie. L’infrarouge long, de longueurs d’onde comprises entre 4 et 10 μm, est le plus large domaine de travail ; il résiste à la corrosion et aux atmosphères chimiques.

Circuit intégré CD4011

Le CD4011 fait partie de la famille des circuits intégrés CMOS (Complémentaire Métal Oxyde Semi-conducteur). Il possède 14 broches DIL. DIL se réfère à la disposition des broches et il signifie <<Dual-In Line>>. Cela signifie simplement que les 14 broches sont disposées en deux rangées parallèles. Bien que l’électricité statique puisse détruire des circuits intégrés CMOS, ils sont extrêmement fiables en fonctionnement. Eviter de toucher les broches et ne pas surchauffer avec le fer à souder. La base 4000 des séries circuits intégrés CMOS travaille à partir d’un minimum de 3 volts jusqu’à un maximum de 15 volts. Certaines version de la séries 4000 fonctionne jusqu’à  un maximum de 18 volts. Le CMOS 4011 contient quarte portes NAND. Quarte portes dans un CMOS 4011 sont parfois appelés onduleurs. L’état de la sortie d’une porte sera le contraire (ou l’inverse) des entrées.

Darlington

Dans le but de générer un faisceau lumineux infrarouge intense, les trois LED doivent être alimentées par un courant important. Le courant délivré par l’astable n’est pas suffisant ; à ce moment une amplification du courant est indispensable. Dans de nombreux amplificateurs, on cherche à obtenir un grand gain, une impédance d’entrée élevée (afin de ne pas perturber la source du signal) et une impédance de sortie faible pour agir sur l’actionneur final. Un amplificateur à un seul étage ne permet pas, en général, de réaliser ces objectifs. On sera amené à associer plusieurs étages en cascade. Un montage de transistors de type Darlington admet de faibles pertes, dans lequel le transistor de puissance peut fonctionner alternativement en transistor indépendant ou en montage Darlington.

Ce montage comprend un transistor de puissance ou transistor principal T1 et un transistor auxiliaire ou transistor pilote T2. Les collecteurs de ces deux transistors sont interconnectés et la base du transistor principal est connectée à  l’émetteur du transistor pilote. Ce montage est constitué par l’association de deux transistors T1 et T2 de même type (deux PNP ou deux NPN). T2 est un transistor de puissance donc de gain en courant grand et dont l’impédance d’entrée h11 pour le courant nominal est faible ; T1 est un transistor d’usage général de gain normal. La base du transistor T2 est reliée à l’émetteur de T1 et les deux collecteurs sont reliés entre eux.

Préamplificateur – Amplificateur

On appelle amplificateur tout montage qui délivre à sa sortie un signal de même nature et de même fréquence que le signal appliqué à son entrée et dont l’amplitude et la phase peuvent être différentes. Pour ne pas avoir une distorsion du signal détecté, l’amplification doit être divisée en deux étapes la première au niveau de l’amplificateur d’instrumentation et la deuxième au niveau d’un simple circuit à base d’AOP ; et cela pour la cause de sa faible amplitude (quelques microvolts).Les faibles signaux sont très sensibles au bruit. Un préamplificateur de faible qualité entraînera donc une chute significative du rapport signal-bruit, en d’autres termes une baisse de la qualité du signal. Un préamplificateur joue le rôle de premier étage d’amplification situé au plus près de la source de signal.

Conformément au théorème de Fris, c’est lui qui est le garant d’un bon rapport signal sur bruit en sortie du système puisqu’il doit réussir à extraire un très faible signal électrique. Du fait qu’il est à proximité de la source du signal, il permet de limiter les dégradations de celui-ci par des interférences parasites ou par son atténuation lors du transport. Un amplificateur de mesure est un dispositif électronique destiné au traitement de faibles signaux électriques ; on le trouve également dans la littérature sous le nom d’amplificateur d’instrumentation. Il est généralement réalisé à partir d’un ou de plusieurs amplificateurs opérationnels (AOP), de telle manière qu’il améliore leurs caractéristiques intrinsèques : composante continue, dérive, bruit d’amplification, gain en boucle ouverte, taux de réjection du mode commun, impédance d’entrée.

Intégrateur

Une fois reçu le signal modulé en amplitude, la fonction de l’onde porteuse est terminée. Dans le récepteur, il y a un circuit spécial qui sépare le signal modulateur de la porteuse ; ce circuit est appelé détecteur ou démodulateur et il n’est autre qu’un filtre. Le filtrage est une forme de traitement de signal, obtenu en envoyant le signal à travers un ensemble de circuits électroniques, qui modifient son spectre de fréquence et/ou sa phase et donc sa forme temporelle. Le filtrage s’applique à des signaux représentés sous forme analogique (filtres Analogiques), ou sous forme numérique après échantillonnage du signal (filtres numériques). Les filtres analogiques se divisent eux même en deux :

Les filtres passifs : Ils ne sont composés que d’éléments passifs (résistances, condensateurs, bobines).

Les filtres actifs : Il y a en plus une amplification du signal d’entrée par un élément actif (AOP, Transistor). Un filtre est un système linéaire invariant dans le temps permettant de diviser le spectre (spectre fréquentiel) afin de conserver une ou plusieurs parties (bande) de ce spectre. Le filtre idéal permet de transmettre sans distorsion une partie du spectre (bande passante) et bloque toutes les autres parties (bande coupée), avec un passage abrupt (discontinuité) entre ces deux parties.

Diode détectrice

Fondamentalement, c’est un détecteur de crête. Idéalement les crêtes du signal d’entrée sont détectées de sorte que la sortie soit l’enveloppe supérieure. C’est pour cela qu’on appelle ce circuit, un détecteur d’enveloppe. Pendant chaque cycle de la porteuse, la diode conduit brièvement et charge le condensateur jusqu’à la tension de crête du cycle de la porteuse considéré. Entre les crêtes, le condensateur se décharge dans la résistance. En prenant une constante de temps RC beaucoup plus grande que la période de la porteuse, on n’obtient qu’une légère décharge entre les cycles, ce qui élimine la plus grande partie de la porteuse. La sortie ressemble alors à l’enveloppe supérieure avec une légère ondulation.

Table des matières

CHAPITRE 1: Description générale du dispositif
1.1 Introduction
1.2 Principe de fonctionnement
1.2.1 Alimentation
1.2.2 Emetteur
1.2.2.1 Diode électroluminescente
1.2.3 Récepteur
1.2.3.1 Photodiode
1.2.3.2 Phototransistor
1.2.4 Conclusion
CHAPITRE 2: Schéma synoptique et étude des différents étages du montage
2.1 Introduction
2.2 Schéma synoptique d’émetteur
2.2.1 Alimentation
2.2.1.1 Adaptation et isolation
2.2.1.2 Transformateur
2.2.1.3 Redressement
2.2.1.4 Filtrage
2.2.1.5 Régulateur
2.2.2 Astable
2.2.2.1 Circuit intégré CD4011
2.2.2.1.1 Brochage du CD 4011
2.2.2.1.2 Description des pins du CD 4011
2.2.2.1.3 Conditions de fonctionnement recommandées par le constructeur
2.2.2.1.4 Caractéristiques
2.2.2.1.5 Porte NAND
2.2.3 Darlington
2.2.3.1 Avantages
2.2.3.2 Inconvénients
2.2.4 Emetteur de lumière
2.2.4.1 Diode LED
2.3 Schéma synoptique du récepteur
2.3.1 Etude des différents étages
2.3.1.1 Capteur de lumière
2.3.1.2 Préamplificateur – Amplificateur
2.3.1.2.1 Amplificateur Linéaire
2.3.1.2.2 Caractéristiques 
2.3.1.3 Adaptateur d’impédance
2.3.1.4 Intégrateur
2.3.1.4.1 Filtre
2.3.1.4.2 Diode détectrice
2.3.1.4.2.3Constante de temps RC
2.3.1.5 Transistor en commutation
2.3.1.5.1 Transistor bipolaire
2.3.1.5.2 Les trois montages fondamentaux à transistors
2.3.1.5.2.1 Montage émetteur commun (EC) 
 Schéma équivalent au transistor NPN( ou PNP)
 Principe de fonctionnement
2.3.1.5.2.1 Montage base commune (BC)
2.3.1.5.2.3 Montage collecteur commun (CC)
2.3.1.5.3 Le transistor en commutation (interrupteur statique)
2.3.1.5.3 Les régimes de fonctionnement
 Régime de blocage (état bloqué)
 Régime linéaire (amplificateur)
 Régime de saturation (état passant)
2.3.1.5.4 Grandeurs caractéristiques
2.4 Conclusion.
CHAPITRE 3: Réalisation pratique
3.1 Introduction
3.2.2 fonctionnement du montage émetteur
3.3.1 Circuit électrique du récepteur
3.3.2 Fonctionnement du récepteur
3.4: Conclusion

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