10 Etude de composants sensibles à la lumière ou émetteurs de lumière

1. Composant sensible à la lumière :La photorésistance

1. 1 Expérience

Mesurer la résistance d’une photorésistance en faisant varier l’éclairement. Qu’observe-t-on ?

la résistance de la photorésistance varie en fonction de l’éclairement

Dans quel sens varie sa résistance lorsque l’éclairement augmente ?

La résistance diminue lorsque l’éclairement augmente

1.2 Simulation

Réaliser le schéma ci-dessous dans Crocodile Physics.

Simulation :
Faire varier l’éclairement de la photorésistance et tracer la courbe R = f(I) avec un tableur à partir des valeurs données par le logiciel C.P.
Coller la courbe ici.

Une photorésistance est un composant dont la résistance diminue quand l’éclairement augmente.

Ce n’est pas un composant linéaire

2.La diode électroluminescente ( DEL )

2. 1 Symboles

Rappeler ce qu’est une diode ( dite « diode à jonction »).

Une diode est un composant qui ne laisse passer un courant que lorsque la tension à ses bornes est supérieure à une tension "de seuil". Elle ne laisse passer le courant que dans un sens.

Quel est son symbole ?

Quel est le symbole d’ une diode électroluminescente ( LED)?

C’est un composant qui émet de la lumière

2. 2 Caractéristique d’une LED

On veut étudier le comportement d’une LED, c’est à dire, connaître l’intensité I du courant qui la traverse en fonction de la tension la tension U_DEL qu’elle a à ses bornes.

Dans Crocodile Physics, réaliser le montage ci-dessous.

Le symbole représente un générateur de tension réglable

Ceci correspond au schéma de montage :

Faire varier la tension du générateur et noter les valeurs de I et celles de la tension aux bornes de la LED. Tracer la courbe I = f (U_DEL ) ; cette courbe s’appelle la « caractéristique de la LED »

Tant que U_DEL est inférieure à 1,9V, la LED est bloquée ( c’est à dire qu’elle ne laisse pas passer le courant dans le circuit ).

Quand U_DEL= 2V, la LED est passante. Le courant peut circuler et la LED s’éclaire. Quand la LED est passante elle a une tension de 2 V à ses bornes, quelle que soit l’intensité du courant.

2.3 Branchement d’une DEL dans un circuit

a) Branchement direct

Dans Crocodile Physics, réaliser un circuit avec une DEL branchée directement aux bornes d’un générateur de 6 V .

Que se passe-t-il?

La LED grille

Peut-on réellement réaliser ce circuit avec des composants ?

non, sinon la LED est détruite.

b) Résistance de protection Rp

Pour éviter que la Del ne grille, on va limiter l’intensité du courant qui la traverse.

Quel composant doit-on placer en série avec la dEL ?

une résistance judicieusement choisie qui va empêcher que l’intensité ne soit trop grande.

Calcul de Rp

Représenter un schéma avec un générateur 6V, une résistance ( appelée « résistance de protection » Rp et la DEL branchées en série.

Données : Lorsque la DEL est passante, la tension à ses bornes est de 2 V environ et l’intensité maximum qui peut la traverser sans la détériorer est de 18 mA environ

Calculer la tension aux bornes de la Résistance :

En déduire la valeur de la résistance Rp à utiliser.

Pour être sûr de protéger efficacement la LED il faut choisir une résistance : Rp > 222 Ω.

On choisit 470 Ω

Vérification expérimentale :

Réaliser le schéma du montage ( on veut mesurer U et I ).

(Faire vérifier par le professeur !)

Mesurer U = 6V
Mesurer I = 7,7 mA
Mesurer la tension aux bornes de la DEL. U_DEL = 2,24V

Cela correspond-il aux valeurs indiquées ?

Oui, on a bien I < 18 mA ; la LED est bien protégée.

2.4 Exemple d’utilisation

Réaliser le montage ci-contre, où une DEL rouge et une DEL verte sont montées tête bêche. (Faire vérifier par le professeur !)

Qu’observe-t-on ?

Une seule LED s’allume

On permute les bornes du générateur : Qu’observe-t-on ?

L’autre LED s’allume

Est-ce logique ?

oui, car on a inversé le sens du courant.

On remplace le générateur de tension continue par un générateur de basse fréquence (GBF) ; (on réglera l’amplitude du signal délivré par le GBF de façon que les DEL ne soient pas trop lumineuses).
(Faire vérifier par le professeur !)

Travailler avec une fréquence f =50 Hz et diminuer progressivement la fréquence. Qu’observe-t-on ?

les LED clignotent

3. La photodiode (BPW34)

3.1 composant

La photodiode a l’aspect représenté ci-contre et cela correspond au schéma ci-dessous.

3.2 Montage

Réaliser le montage représenté ci-contre .

3.3 Comportement de la photodiode

La photodiode:

est passante en sens direct (comme une diode classique!)
est aussi passante en sens inverse lorsqu’elle est éclairée. On montre, dans ce cas, que l’intensité du courant inverse est proportionnelle à l’éclairement.

Remarque importante : ne pas confoncdre LED et photodiode!

La LED, lorsqu'elle est traversée par un courant ( branchée en "direct"), émet de la lumière

La photodiode, lorsqu'elle est branchée en inverse et lorsqu'elle est éclairée, est traversée par un courant dont l'intensité dépend de l'éclairement.