A La Découverte de La Photorésistance ! [PDF]

Zitiervorschau

Commun

M. GUITARD

M. ROTY

M. THIERIOT

A la découverte de la photorésistance ! La page a été mise à jour le 19/1/2015

Introduction Tu as appris au collège ce qu'est la résistance électrique et tu as découvert la loi d'ohm. Nous allons aujourd'hui découvrir ce qu'est une photorésistance, et à quoi cela peut bien servir. Au cours du TP, rédige un compte rendu en t'aidant des questions posées.

Prérequis La tension une grandeur de toute première importance ! Chauvin-Arnoux 1970 contre Chauvin-Arnoux MAX 3000

Plan

1 - Quel est l'effet d'une photorésistance dans un circuit ? 2 - Comprendre l'intensité du courant électrique avec la LDR 3 - Créer un capteur de luminosité utilisable avec DataDirect 4 - Comprendre le montage capteur de luminosité à l'aide de la loi d'ohm Rédacteur : JMR

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1 - Quel est l'effet d'une photorésistance (L.D.R.) dans un circuit

Dans un schéma électrique, une photorésistance (L.D.R. pour Light Dépendant Resistor en anglais) est symbolisée de cette manière :

ou

Réalise le circuit schématisé ci-dessous.

Qu'observes-tu si tu exposes la photorésistance à différentes luminosités?

Il est possible de mesurer la résistance R d'une photorésistance à l'aide d'un ohmmètre. Pour cela, débranche la L.D.R. du circuit puis branche-la seule aux bornes d'un multimètre (mêmes bornes que pour mesurer une tension). Enfin règle correctement le bouton des calibres.

Quel est l'action d'une résistance dans un circuit en série? Quelle est l'unité des résistances électriques ? Comment mesure-t-on une résistance? Dans quelle situation , la photorésistance s'oppose-t-elle le plus au passage du courant électrique?

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2 - Comprendre l'intensité du courant électrique avec la LDR

Pour comprendre la notion de courant électrique, reprends le circuit précédent et ajoutes-y un ampèremètre. Pour mesurer l'intensité d'un courant électrique, un ampèremètre doit être traversé par ce courant : il se branche donc toujours en série. Le courant électrique entre par la borne A ou mA et ressort par la borne com. Brancher un ampèremètre en dérivation peut provoquer un court circuit qui va griller le fusible de l'ampèremètre.

L'intensité du courant est la quantité d'électricité qui passe dans un fil par unité de temps, c'est un débit d'électricité. Vérifie que plus l'intensité du courant est grande plus la DEL brille. Vérifie que la position de l'ampèremètre dans le circuit n'a pas d'importance. Ce n'est pas évident pour toi ? Vas donc voir à cette adresse pour revoir les lois sur les intensités... Dans ton compte rendu, explique ce qu'est l'intensité du courant électrique, quelle en est l'unité, comment on la mesure, quelles sont les lois à connaître.

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3 - Créer un capteur de luminosité utilisable avec DataDirect Pour réaliser une acquisition de luminosité avec une interface du type datadirect, il faut un capteur qui convertisse les variations de luminosité en variation de .............................. Vérifie que le montage suivant associant un générateur, une résistance de de 2200 ohms et une LDR convient bien.

Réalise une acquisition qui permette de mesurer la période et la fréquence d'un tapotement du doigt sur la LDR. Dans ton compte rendu, recopie et complète la première phrase, recopie le schéma du capteur, colle le graphe de l'acquisition et donne la période et la fréquence du tapotement. A quoi d'autre pourrait servir un tel capteur?

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4 - Comprendre le montage capteur de luminosité à l'aide de la

loi d'ohm Au collège, tu as appris que la loi d'ohm s'applique aux résistances : U=R.I où U est la tension aux bornes de la résistance (en volt) où R est la résistance électrique de la résistance (en ohm) où I est l'intensité du courant traversant la résistance (en ampère)

Vérifie cette loi en réalisant le montage suivant avec différentes résistances et différentes valeurs de tensions. (évite une forte tension associé avec une faible résistance sous peine de "cramer" cette dernière)

Dans ton compte rendu, Explique ce qu'est la loi d'ohm et donne quelques exemples tirés de tes mesures.

Maintenant revenons au montage capteur de luminosité et comprenons son fonctionnement.

Si la LDR est de plus en plus éclairée, elle s'oppose de .........................au passage du courant, l'intensité du courant dans la LDR est de ........................forte Or, comme la résistance est en ....... avec, la LDR, l'intensité du courant qui traverse la résistance est également de............................ Enfin la tension au bornes de cette résistance est de ............................grande puisque la loi d'ohm indique que U et I sont ..................pour une résistance. En résumé, plus la LDR est éclairée, plus la tension au bornes de la résistance est grande.

Ah ! J'oubliais... Un message pour vous... Cliquez sur SUITE...

Des interrupteurs crépusculaires Index du site Les montages du site Interrupteur crépusculaire 3 Interrupteur crépusculaire 2

AOP en comparateur

- Dans la série, j'apprends avec de petits montages simples, voici un interrupteur crépusculaire.

- Ce que c'est, que ça, que c'est ? - Eh bien c'est un montage qui va réagir en fonction de la luminosité ambiante. Tu as remarqué dans ton village que le soir les lampadaires s'allumaient à la nuit tombée, c'est ce principe qui est mis en application ici. - Le montage N° 1 provoquera l'allumage d'une LED. - Le montage N° 2 commutera un relais, qui lui peut commuter une charge plus importante.. - Il existe en électronique un composant (photorésistance) qui présente une résistance variable en fonction de la lumière. Cette résistance peut aller jusqu'à 1 Méga-Ohms dans le noir et seulement 1 à 2 K-Ohms en pleine lumière. - Ce composant s'appelle LDR qui est le diminutif de Light Dependant Resistor. Le chiffre indique le diamètre de la LDR - Voici un tel composant : Figure 1

Figure 1

- Si l'on inclut une LDR dans un montage potentiométrique, on aura une tension qui varie en fonction de la lumière...

La tension U varie en fonction de la lumière. Voir le montage diviseur de tension

- Nicolas, si tu as regardé le montage du pré-ampli RIAA 2, tu as vu que celui-ci comporte un comparateur pour tester l'usure de la pile, tu sais donc comment fonctionne un AOP monté en comparateur. - ??? - Bon à ta mine, je vois ce que c'est... Tu relis ceci et tu reviens... - Je suis revenu ... - Bien, je peux donc te montrer le schéma définitif...

Le montage est alimenté en 9 Volts

- Tu reconnais à gauche du schéma le montage potentiométrique (la LDR et R1). Le comparateur est constitué de R2-P1-R3 et IC1 una AOP LM741 ou TL 071. - Si j'ai bien compris, l'amplificateur opérationnel est monté en comparateur non inverseur, la "Sortie" de celuici est donc proche du zéro volt tant que l'entrée "Plus" est négative par rapport à l'entrée "Moins". Si l'entrée "Plus" devient positive par rapport à l'entrée "Moins", la sortie de l'AOP bascule et présente donc une tension proche de la tension d'alimentation. - Voilà, et dans ce cas le transistor devient conducteur et la diode LED s'allume. Une explication quand même... 1- Il fait jour. La photorésistance présente une résistance d'environ 2k Ohms. La tension présente sur l'entrée "Plus" de l'AOP est de 1,5 Volts. R1 =10k-Ohms d'ou 1,5 volts = 9 Volts* LDR / (R1+LDR) soit 9 * 2/(10+2). 2- Il fait nuit. La photorésistance présente une résistance d'environ 1000 K-Ohms, la tension sur l'entrée "Plus" est d'environ 8,5 volts. La résistance variable P1 règle la tension de consigne sur l'entrée "moins" de l'AOP. Celui-ci règle donc la sensibilité du montage. La résistance R5 limite l'intensité sur la base du transistor et la résistance R6 l'intensité dans la diode LED. Le condensateur C1 est un condo de découplage. - Et la résistance R4 ? - Bien Nicolas, je vois que tu suis... Cette résistance introduit une réaction positive de la sortie à l'entrée du comparateur. Elle stabilise le montage (car il peut arriver selon le capteur utilisé que celui-ci présente des impulsions parasites qui entraîneraient une

instabilité de la sortie du comparateur). Elle permet donc de gommer ces parasites.

- Une LDR produit des parasites ! - Non, je mets cette résistance par principe, la valeur de 1 Méga Ohms n'est pas critique.

Schéma interrupteur crépusculaire 2

- Le montage N°1 ne commute qu'une LED, celui-ci, grâce au relais peut piloter une charge dont la consommation peut atteindre 10 Ampères. Donc un montage qui peut être utile. L'alimentation doit être en fonction du relais utilisé, entre 9 et 12 volts.

- Le schéma est identique au premier, la seule différence est le transistor T2 qui commande un relais. (transistor 2N1711 au lieu d'untransistor 2N2222). Attention au sens de la diode D1, une inversion et le transistor rend l'âme. - Nomenclature des composants :

- Les circuits imprimés :

Les circuits imprimés, un don est bienvenu Haut du formulaire

Bas du formulaire Schéma interrupteur crépusculaire 3

- Dans la série des interrupteurs crépusculaire, en voici un à transistors, très facile à mettre en œuvre

- Plus simple, tu meurs !. Mais tu m'expliques quand même. - Eh bien, quand il fait jour, la LDR présente une résistance minimum, donc le potentiel au point nodal LDR-RV1 est supérieur à 0,6 volt. Le transistor Q1 est donc en conduction. Par conséquent le potentiel de la base de Q2 est proche du 0 Volt, ainsi celui-ci ne conduit pas, le relais est donc au repos. Quand la lumière baisse (crépuscule) la résistance de la LDR augmente, le potentiel de la base de Q1 chute au dessous de 0,6 Volt, celui-ci ne conduit plus, Q2 devient conducteur (base > à 0,6 volts), et le relais colle.

- Pour ce qui est de C1 ? - Et bien celui-ci introduit une constante de temps en introduisant un léger décalage pour la conduction de Q2. (temps de charge d'un condensateur). Ce qui empêche par exemple que le relais colle au passage d'un bref signal lumineux. Les phares d'une voiture par exemple. Rien de plus à dire pour ce montage, peut être les transistors, n'importe quel équivalent convient. - Le circuit imprimé :

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Bas du formulaire

AOP en comparateur

- Dans un ampli opérationnel, il y a 2 entrées (notée + et -) et une sortie (Us). Dans le montage en comparateur, la sortie ne peut avoir que 2 états. Soit elle est basse (proche du 0 volt), soit elle est haute (proche du + de l'alimentation). On peut dire 2 états logiques, = bas, H= haut. - Ainsi la sortie est H lorsque U1 est > à U2 et L lorsque U1 est < à U2. (figure 1 la diode s'allume lorsque U1 > à U2). Regarde sur la figure 2, l'entrée + (U1) varie entre le moins et le plus de l'alimentation (courbe noir), l'entrée (U2) est à un potentiel fixe déterminé par un pont résistif (ligne rouge). Tant que l'entrée U1 est inférieure à U2, la sortie Us reste à l'état L, lorsque U1 est supérieur à U2 Us passe à l'état H. - Avec ceci, on peut faire une multitude de choses... Il suffit de prendre des capteurs adéquats qui mesurent une grandeur quelconque et le tour est joué. Par exemple, une cellule photo-électrique pour faire fonctionner une lampe la nuit ou un capteur de température pour faire fonctionner un ventilateur. - Dans le cadre de ce montage, c'est la tension de la pile qui est mesurée par rapport à une tension fixe, pour ce qui est de la LED, une clignotante convient mieux. - Pour information, l'AOP est cablé en comparateur non inverseur. Pour avoir un comparateur inverseur U1 doit être sur l'entrée -, et U2 sur l'entrée + de L'AOP.

Description des composants et montages du site Le régulateur LM317 Alimentation stabilisée Alimentation stabilisée à transistors Symétriseur de tension

Le régulateur LM 317 Index du site Les montages du site

- Bon, Nicolas comme c'est aujourd'hui dimanche, on ne va pas s'éterniser longtemps sur un tel montage. Des alimentations stabilisées, il y en a une plâtrée sur le web, et celle-ci ne sort pas des sentiers battus...

Pourquoi tu le fais alors ? - Et bien, sur le site il y a des montages qui fonctionnent par piles. Mais comme celles-ci sont chères, il est parfois judicieux de faire une alimentation secteur. Il y a l'option "Je l'achète toute faite, et pourquoi pas dans une grande surface". C'est vrai elles ne sont pas chères, mais la qualité y est telle ? J'en doute fort, ayant eu l'occasion d'en ouvrir plus d'une. Voici donc une petite alimentation qui tient la route. Elle emploie en effet un régulateur de tension LM 317, dont la présentation n'est plus à faire. Elle peut débiter jusqu'à 1,5 ampère, mais dans ce cas, il faut munir le régulateur d'un radiateur conséquent. L'alimentation proposée ici est plutôt prévue pour de petits montages, en remplacement des piles. L'intensité demandée sera donc beaucoup moindre.Elle est réglable en tension par un ajustable multitours. On peut le remplacer par un potentiomètre de même valeur, que l'on met sur la face avant. Au vu du débattement en tension 28-1,5= 26,5 Volts, si l'on veut un réglage fin, il faut mettre en série sur le potentiomètre un deuxième potentiomètre de valeur moindre (le dixième). Ici, 470 Ohms.

Voici le schéma :

- Eh bien dis donc, cela se voit que c'est dimanche, tu t'es pas dilaté la rate ! Tu es pressé d'aller à la messe ou quoi ?

Hein! Bof... Non... Heu... Tu sais c'est un montage facile... Hum... Je t'explique quand même. Pour ce qui est du transformateur, la tension et la puissance de celui-ci sera en fonction de ce que tu veux alimenter. La tension à l'entrée du régulateur sera au minimum de 3 Volts audessus de la tension de sortie. Les diodes D1 et D2 protègent le régulateur. Les condensateurs céramiques C2C5 sont toujours placés au plus près des pattes du régulateur. Pour ton information, la diode LED est alimentée par le transistor FET Q1. Celui-ci est câblé en générateur de courant constant. Ainsi quelle que soit la tension de sortie (5-30 Volts environ), la diode LED éclairera avec la même intensité lumineuse. Á noter toutefois, qu'avec le FET employé, il ne faut pas dépasser 30 volts. - Le brochage des composants.

- Pour le calcul de la tension de sortie du LM 317 en fonction des composants RV1 et R1. Ces petits logiciels ici ou là Hum... Heu... Bon... Et bien voilà... Voilà voilà... Hum... - C'est du rapide aujourd'hui. Tu pars à la messe ?

- Hum.. Heu, ben oui, c'est l'heure... Tu sais l'officiant n'aime pas attendre. Un capricieux en somme... Hum

- Et ce soir, tu vas aux vêpres...

- Bien sur, l'un ne va pas sans l'autre...

- Ne nous refais pas le coup des prolongations en disant que l'officiant bégaie.. Tu sais que l'on mange à 19 heures... Et tu donnes le bonjour à Zaza, la patronne du bistro en face de l'église.. Bon, Jacky est tombé dans le potage... Va être en retard le Jacky... Sera pas à l'heure le Jacky. Pourvu qu'il ne soit pas excommunié le Jacky... :-) - Au fait, il a oublié de mettre en page le circuit imprimé avec les composants. Heureusement que je suis là.

Alimentation stabilisée simple Index du site Les montages du site

- Tiens, dans la série montages de vacances, j'en profite que Jacky soit à la plage, pour vous présenter cette petite alimentation tous voltages. Pourquoi tous voltages !. Et bien, on peut mettre le régulateur de tension que l'on veut. Il suffit d'adapter les composants connexes. Cette alimentation utilise les régulateurs de la série LM7805 à LM7824 Volts, selon ce que l'on souhaite comme tension de sortie. Il faut simplement veiller à ce que la tension à l'entrée du régulateur soit supérieure de 3 volts au minimum par rapport à la sortie. La tension de service des condensateurs C1- C4 devront être adaptée aussi, des 25 Volts suffiront dans la majorité des cas. R1 est à calculer également. Bon, vraiment pour les débutants, je donne un exemple pour le calcul de R1. Pour une tension de sortie du régulateur de 12 Volts, supposons que la tension à l'entrée est de 18 Volts. Calcul de R1: Tension de service d'une Led rouge= 1,8 Volts, donnons-lui un courant de 0.020 ampère : R1= 18-1,8 =16,2 Volts... 16,2/.020= 810 Ohms. N'oublions pas la puissance que la résistance doit dissiper P= U2/R donc 16,22/810 = 0,320 Watt...

- Le schéma:

Alimentation stabilisée universelle à transistors

Fourni par

Traduction

Index du site Les montages du site

- Nicolas, une alimentation à composants discrets, que des transistors, sans circuits intégrés, adaptable selon ses besoins, cela te tente...

-

Bof...

- Quoi bof ! Attends cela tient la route ! Ce n'est pas un schéma à la petite semaine, à la pousse moi que j'tombe. -

Hé

alors

?

- Hé alors! Ben attend... Je chemine consciencieux pour te faire plaisir, et tu me fais Bof. Je trifouille comme un malade dans mes archives pour te faire zieuter un truc sympa, et tu me joues les blasés, façon adjudant de carrière années 70. Tu comprends que cela me chagrine, cela me refile comme des impatiences... - Heu... Hum... Heu... Et bien tient, j'ai justement besoin d'une alimentation qui va de 1 à 22 volts sous 2 ampères. :-)

-

A

bien

tout

de

même...

Je

vois

que

monsieur

s'intéresse.

- Oui bien sùr que je m'intéresse, mais tu sais Jacky, il faut que tu t'imprègnes quand ce moment, je pédale rétrograde, c'est la rentrée des classes... Ha bon... Si tu as des problèmes de dérailleur, alors je conçois. Non, c'est le pédalier. - Hum... Allons donc... Le pédalier en plus... Hum... Un vélo tout neuf d'occasion ... - Donc, je disais donc que pour commencer ce montage, je définis le choix du transformateur pour une alimentation de 1 à 22 V sous 2A..

- Tension du transformateur : - Sa tension de service sera au moins égale à la tension de sortie maximum de ton alimentation (22 Volts). - Puissance du transformateur : - On pourrait être tenté de prendre un transformateur de 2 ampères. Mais il ne faut pas oublier qu'il y à des pertes, en plus il n'est pas très bon de faire travailler un transformateur à la limite de ses possibilités. Dis-toi bien qu'un transformateur à la limite de sa puissance va chauffer, un transformateur doit tiédir tout au plus. Il est donc bien de multiplier la valeur en courant voulue par √2. Soit 2*1,414= 2,8, donc 3 ampères convient. Soit une puissance de 22V *3= 66VA. - Et bien maintenant Nicolas, tu vas voir chez les marchands de composants, s'ils disposent d'un transformateur de 22 Volts 66 VA. - Ils n'en n'ont pas. Le plus près est 24 Volts et 80 VA de puissance. - Très bien, c'est donc celui-ci que l'on va prendre, et vu qu'il sortira un peu plus de 22 volts, ton alimentation pourra grimper de 1 à 24 volts sous 2 ampères.

-

Choix

du

pont

de

diodes

:

- Le pont de diodes ne doit pas être sous dimensionné non plus. Toujours le problème de surchauffe... En principe, je prends la valeur en ampérage souhaité multipliée par 1,5... Soit 2 *1,5= 3 ampères. Donc le pont de diodes B250C3700-2200 (3,7 A) convient. -

Choix

du

condensateur

de

filtrage

:

- Ici point de mégotage non plus. La valeur de la capacité de ce condensateur détermine la tension de ronflement à l'entrée du montage, et dans une moindre valeur celle de la sortie. La tension de sortie au niveau du pont à diode sera d'environ 24*√2= 34 Volts. De cette valeur, on enlève théoriquement la chute de tension occasionnée par le pont de diodes (1,4Volt environ). - Pourquoi

théoriquement

?

- Et bien, cette perte est compensée par le fait que les transformateurs délivrent une tension de sortie un peu plus grande que la valeur annoncée. Maintenant, regarde le schéma.

- C'est la tension aux bornes de la résistance R7 qui sert à contrôler la limitation de courant via P2-R5-RV1 et Q6. À la puissance maximum de l'alimentation (2A) la chute de tension aux bornes de R7 est de 0,56 * 2A= 1,12 Volts (U=R*I). Il y a aussi une perte de tension aux bornes collecteur-émetteur de Q7 ( Q1-Q2-Q7), environ 2,5 volts. Ainsi à la tension maximale de ton alimentation (24V) il faut à l'entrée + IN une tension minimale de 24+1,12V+2,5V= 28 Volts. On a calculé plus haut une tension minimum de 34 Volts (tension aux bornes de la

capacité de filtrage) d'où une différence de 6 Volts. Connaissant cette tension de ronflement, on calcule la valeur du condensateur de filtrage par la formule C= I * T / Ur (I=courant maxi de sortie_T= durée de la période après redressement double alternance (100Hz) _Ur= tension de ronflement). Ce qui fait donc C (Farad)= (2A*0.01)/6= 3300µF. C aura donc une valeur de 3300 mini où mieux 4700µF 63V. -

Calcul

du

dissipateur

:

- Le choix du dissipateur est important et là non plus pas de mégotage, je dirais même que l'opulence s'impose. Tu vois sur le schéma que c'est le seul transistor 2N3055 qui va drainer le courant de sortie. Certes le 2N3055 est une bête de travail, le Comtois de l'électronique, mais il faut en prendre soin tout de même. Donc il sera placé à l'extérieur du boîtier, afin de lui procurer un bon refroidissement. Pour ce calcul, une règle tacite existe: La dissipation maximale du transistor ballaste est égale à la tension à son entrée multipliée par le courant maximum ici 2A: P maxi= 30V * 2= 60W. Moi je considère la tension minimum à laquelle on demande l'intensité maxi (2A), j'estime cette tension à 4,5 volts. En effet rare sont les montages qui demandent beaucoup d'intensité en dessous de cette tension. Donc P maxi= (30-4,5) * 2A = 51 watts environ. Comme il ne faut pas être radin sur cette puissance, je prends la moyenne des deux, soit Pm= 55 watts. - Le transistor ballast choisi est le 2N3055. Les données constructeur indiquent: Puissance maximale de 115 W. Température maxi de la jonction (puce silicium) Tj max= 200°. Résistance jonction-boîtier: Rjb= 1,5 °C/W Résistance boiter-radiateur: Rbr= 0,5 °C/W - Pour le cas où l'on isole le boîtier du transistor avec du mica, il faut savoir que cela ajoute une résistance thermique de 0,5. - On détermine la température ambiante dans laquelle se trouvera le radiateur. En général, on prend Ta= 25° (si le radiateur se trouve à l'extérieur du boîtier). Compte tenu de ces éléments, on peut calculer le type de radiateur à utiliser (résistance thermique). La formule est Rth = (Tj-Ta/Pm)-Rjb-Rbr. Soit Rth= (200-25/55)-1,5-0,5= 1,3 °C/W. Si on place du mica entre le transistor et le radiateur retrancher 0,5 soit 0,8 °C/W, ou tout autre dissipateur de résistance thermique inférieure. - Dans tous les cas mettre de la graisse silicone. -

Étude

du

schéma

:

- On voit que le régulateur de tension proprement dit prend en fait la forme du transistor Q7 un 2N3055. Celuici associé à Q1-Q2 il constitue un émetteur suiveur à gain en courant élevé. Q3-Q4 constitue un amplificateur différentiel comparant la tension de consigne (fixée par l'utilisateur) présente sur le curseur de P1 avec une fraction de la tension de sortie dérivée par le biais du diviseur résistif RV2-R8. L'amplificateur différentiel essaye de rendre égale ces deux tensions en faisant varier en conséquence, par Q5, la commande de l'émetteur suiveur de sortie (Q2-Q1-Q7). Si la tension de sortie dépasse la valeur fixée à l'aide de P1, Q5 verra sa conductivité augmenter de sorte que la base de Q2 se trouve forcée vers la masse. Q2-Q1Q7 deviendra donc moins passant diminuant ainsi la tension de sortie. Si la tension de sortie tombe en deçà de

la valeur requise, on aura une fonction du processus inverse. La limitation de courant est confiée à Q6 par le biais de R7 placée sur la ligne de sortie. Cette résistance fait office de détecteur de courant, en effet la différence de tension aux bornes de celle-ci est liée au courant la traversant, (U=R*I). Si cette tension dépasse une certaine valeur, la tension aux bornes du réseau RV1-R5-P2 aura augmenté elle aussi, rendant conducteur Q6 depuis P2. Q6 met progressivement à la masse la commande de Q2. L'émetteur suiveur verra sa conduction diminuer, ceci se traduira par une chute de tension en sortie. Le potentiomètre P1 permet de varier la tension de sortie de 0 V et le maximum désiré. L'ajustable RV2 permet de définir le maximum. La formule de cette tension répond à l'équation Umax= 10V * +(1+RV2/R8). Si RV2= 0 (curseur butée J1+) le maximum sera de 10 V. A l'inverse le maximum sera de 40 Volts. Le potentiomètre P2 permet de jouer sur la limitation de courant entre 0A et une valeur ajustable définie par RV1. Lorsque RV1 est à zéro (curseur à fond vers R5) le maximum est de l'ordre de 2,5A. À l'inverse, le courant sera de 0,5A. Il faut respecter une tension d'entrée minimum de 15V (IN +). Sinon la tension des diodes Zener D2-D3 ne sera plus définie. -

Réglage

:

1- La tension : Avec un voltmètre à la sortie, on met P1 au maximum et on joue sur RV2 de manière à avoir la tension de sortie maximale requise, ici 24V. 2- Le courant : Avec un ampèremètre en sortie: On connecte ensuite une résistance de charge à la sortie, (une ampoule halogène de 24V 50W convient, ou alors une ampoule de phare de voiture). On commence par mettre RV1 à sa résistance maximale (courant minimum), P2 au courant maximum et P1 à la tension maximale, avant de régler par action sur RV1, le courant des sorties à la valeur maximale souhaitée, ici 2A. -

Pas

mal,

pas

mal

cette

alime...

- Ha au fait... Fais voir ton vélo que je le répare. Hum... Comment cela se fait-il que tu pédales rétrograde... Le dérailleur... Le pédalier... Fichtre ! Un vélo d'occasion tout neuf qui n'a jamais servi... Cela n'est pas normal... Ha... Quand la qualité n'est plus là... &^!!!!!!... Ou punaise...

- Le montage proposé est une simple adjonction qui transforme une alimentation de laboratoire ordinaire en une double alimentation. Ce circuit crée, électroniquement, un point milieu dont le potentiel se situe à la moitié de la tension d’alimentation (U/2), point qui servira de référence de masse pour le circuit à tester. De par son principe, notre adjonction est un amplificateur opérationnel non inverseur tamponné par le biais d’une paire de transistors Darlington de puissance. Cette fonction de tampon permet au circuit de fournir plusieurs centaines de milliampères. On notera que l’inversion de phase du circuit-tampon implique que la ligne de rétroaction doit être reliée à l’entrée non-inverseuse du CA3140. Le CA3140 se targue d’une plage de tensions d’alimentation très étendue sachant qu’elle va de 4 à 36 volts. Aucun des composants utilisés ici n’est critique de sorte que l’on devrait obtenir des résultats très satisfaisant en utilisant les composants que l’on trouvera dans l’un ou l’autre de ses tiroirs qui abritent tant de secrets. La consommation de courant propre de cette adjonction ne que de quelques milliampères. F. Jensen pour Elektor 7/8/2001

Une masse virtuelle - Il est parfois nécessaire d'obtenir une masse"virtuelle" pour alimenter un circuit. Comme par exemple alimenter un AOP avec une tension symétrique à partir d'une alimentation asymétrique. Cela peut se faire de différentes manières, d'une manière simple, comme par exemple la figure 1, ou en ajoutant un AOP. (CI1 figure ci-dessous). Schéma d'un préamplificateur RIAA du site.

Une masse virtuelle

Figure 1

2.2.2.3 Rôle dans le robot

Nous avons utilisé ce capteur ultrason pour la recherche des balles qui ont été placé sur l'aire de jeu et pour évité les obstacles aussi. 2.2.3. Capteur de couleurs :

Les capteurs de couleurs sont très présents en robotique. Par abus de langage, on parle de capteurs de couleurs, en réalité, nous devrions parler de capteurs d'intensité lumineuse. Ce type de capteur permet d'identifier plusieurs type de surface ayant des réflexions différentes : un bleu, un rouge et un vert par exemple. Nous présenterons un petit composant très pratique pour ce genre de détection (LDR), En réalité un capteur de couleur par (LDR) n'existe pas, cela veut dire qu'il faut faire une conception de ce dernière par le base de capteur d'intensité lumineuse. Donc La carte de détection de couleur est très simple dans son principe. Une diode électroluminescente (LED) éclaire la face intérieure de la bande, et on détecte la lumière réfléchie grâce à une photo résistance (LDR). On choisi LED Bleu car elle est très efficace pour détecte les couleurs suivant : Bleu, Rouge, Vert et Noire. Accompagné d'un montage permettant de comparer quatre surfaces aux réflexions différentes. Nous allons ici expliquer le principe de fonctionnement de capteurs d'intensité lumineuse (LDR), le capteur LDR est une photorésistance, une cellule

photoélectrique sensible à la quantité de lumière reçue. Une variation de lumière (ou d'ombre) provoque une variation de signal. C'est un capteur passif. Donc elle doit être utilisée soit avec une source de lumière spécifique, fonctionnant alors comme une barrière tendue entre la source de lumière et le capteur, soit en tant que capteur d'ambiance pour suivre l'évolution de l'intensité lumineuse d'un lieu. Emetteur (LED) Récepteur (LDR) Figure 2.11 : le schéma de principe de la détection d'intensité lumineuse. L'émetteur et le récepteur doivent être positionnés en face de la surface à analyser. La réflexion de L'intensité lumineuse sera différente selon la couleur de surface à analyser. La figure 2.12 représente le brochage de ce capteur.

Figure 2.12 : Schéma développé du capteur de couleurs. 2.2.3.1 Principe de fonctionnement :

On retrouve sur la droite notre LDR. L'émetteur est constamment alimenté, une résistance de 100 ohms permet une émission puissante avec protection de DEL. L'entrée du récepteur est connectée au Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R2 Pull Up pour éviter le court circuit lorsque la résistance de LDR est très petite. Selon la luminosité de la LED reçue sur la base du LDR, la tension sur la sortie du LDR va varier entre 0 et 5 Volts. Ce qui nous intéresse ici est de discerner plusieurs états, selon la couleur imposée. Nous allons utiliser un convertisseur de tensions du microcontrôleur (module ROVIN) pour comparer la tension reçue du LDR, donc on a chaque couleur une valeur en décimale correspondant a ça couleur. Ce capteur fonctionne tés bien lorsque les conditions ambiantes restent invariables. La lumière artificielle ou naturelle qui vienne perturber le bon fonctionnement du capteur. Pour éviter ce genre de problème, il faudrait protégé bien LDR de la lumière extérieur. S(v) 3V couleur rouge 2V couleur vert 1V couleur bleu Dans ce tutoriel, nous allons apprendre ensemble à mesurer la luminosité ambiante d'une pièce au moyen d'une photorésistance et d'une carte Arduino /

Genuino. Nous verrons d'abord comment fonctionne une photorésistance, puis comment l'utiliser. En bonus, nous verrons comment augmenter ou réduire la sensibilité de la photorésistance si le besoin s'en fait sentir.

Sommaire 

Qu'est-ce qu'une photorésistance ?



Mesurer une luminosité avec une photorésistance o

Le montage de démonstration

o

Le code de démonstration

o

Le résultat



Bonus : Améliorer la sensibilité du montage



Conclusion

Bonjour à toutes et à tous ! Dans mon précédent article, nous avons vu ensemble comment mesurer des tensions avec une carte Arduino / Genuino. Nous allons aujourd'hui mettre à profit ces nouvelles connaissances en mesurant la luminosité ambiante d'une pièce au moyen d'une photorésistance.

Qu'est-ce qu'une photorésistance ?

Photorésistance et symbole

Une photorésistance est un composant dont la résistivité dépend de la luminosité ambiante. Pour faire simple, c'est une résistance dont la valeur change en fonction de la lumière qu'elle reçoit. Il existe différents types de photorésistances, chacune ayant des valeurs de résistance différentes en fonction de la luminosité ambiante. Le type le plus classique de photorésistances est de 1M ohms (obscurité) / 12K ohms (pleine lumière). C'est ce genre de photorésistance qui est employé plus bas dans ce tutoriel. Qu'importe le diamètre de la photorésistance, sa valeur dans l'ombre ou en pleine lumière, quand une photorésistance est illuminée, sa résistance diminue. On peut donc utiliser une photorésistance pour mesurer la luminosité ambiante. Sans faire une liste exhaustive, voici quelques exemples d'utilisations très classiques pour une photorésistance : 

Détection jour / nuit,



Mesure de luminosité ambiante (pour ajuster un éclairage par exemple),



Suiveur de lumière (pour panneaux solaires, robots, etc),

Fiat Lux et lux fuit Si vous voulez faire l'homme de science en soirée, criez "Fiat lux et lux fuit" en allumant la lumière dans une pièce. Cela signifie littéralement "Que la lumière soit et la lumière fut". Ce qui nous intéresse dans cette expression, dans le cadre de ce tutoriel, c'est le "lux". Le "lux" est l'unité de mesure de la lumière. Pour les curieux, voici de quoi lire pour ce soir avant d'aller au lit : https://fr.wikipedia.org/wiki/Lux_%28unit%C3%A9%29. Voici quelques exemples de valeurs, directement pompées de Wikipedia : Activité ou lieu concerné

Éclairement moyen

Nuit de pleine lune

0,5 lux

Rue de nuit bien éclairée

20 à 70 lux

Local de vie

100 à 200 lux

Appartement bien éclairé

200 à 400 lux

Local de travail

200 à 3 000 lux

Stade de nuit

150 à 1 500 lux

Extérieur par ciel couvert

500 à 25 000 lux

Extérieur en plein soleil

50 000 à 100 000 lux

Mesurer une luminosité avec une photorésistance Maintenant que vous savez tout ce qu'il y a à savoir sur les photorésistances, il est temps d'en mettre une à l'oeuvre dans un montage d'exemple. Le but du montage de démonstration sera de tout simplement mesurer la luminosité ambiante d'une pièce et d'envoyer la valeur mesurée vers l'ordinateur via le câble USB.

Le montage de démonstration

Matériel nécessaire Pour réaliser ce montage, il va nous falloir : 

Une carte Arduino UNO (et son câble USB),



Une photorésistance de 1M ohms (de diamètre 3mm ou 5mm, cela importe peu),



Une résistance de 10K ohms (marron / noir / orange),



Une plaque d'essai et des fils pour câbler notre montage.

Vue schématique du montage

Vue prototypage du montage Pour commencer notre montage, nous allons câbler la broche VCC de la carte Arduino à une des pattes de la photorésistance au moyen d'un fil. On relie ensuite la seconde patte de la photorésistance à une des deux pattes de la résistance de 10K ohms. Pour finir, on câble la seconde patte de la résistance de 10K ohms sur la broche GND de la carte Arduino.

Le montage fini Une fois la résistance de 10K ohms et la photorésistance câblées, il ne reste plus qu'à relier la jonction entre ces deux résistances à la broche A0 de la carte Arduino. Les plus attentifs auront remarqué que ce montage est un pont diviseur de tension, dont on a vu le principe de fonctionnement dans le tutoriel précédent

Le code de démonstration Bien, maintenant que nous avons notre montage, passons au code ! Le but de notre code va être de : 1. Lire la tension sur la broche A0, 2. Envoyer la valeur au PC (pour l'affichage), 3. Recommencer au point 1. Pour réaliser ce morceau code, nous allons utiliser la fonction analogRead() vue dans le tutoriel précédent. 1 2 3

void setup() { Serial.begin(9600); }

Nous allons commencer notre programme de démonstration avec la fonction setup() qui va simplement initialiser la communication avec le PC. PS Ne cherchez pas à comprendre comment utiliser Serial.begin() pour le moment, cela fera l'objet d'un futur tutoriel 1 2

void loop() { int valeur = analogRead(A0);

3 4

Serial.println(valeur);

5 6

delay(250); }

Dans la fonction loop(), nous allons faire deux choses : 1. Mesurer la tension sur la broche A0 avec analogRead(). 2. Envoyer la valeur au PC et attendre quelques millisecondes pour avoir le temps de lire ce qui se passe côté PC.

Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué Ce code de démonstration est volontairement très simpliste, car il n'y a pas de relation mathématique simple entre la valeur mesurée et la luminosité ambiante.

Courbe lumière VS résistance Si on regarde la courbe de luminosité (en lux) VS la résistance (en ohms) fournie par le fabricant, on se rend compte qu'il ne s'agit pas d'une droite, mais bien d'une courbe. Il est donc assez compliqué de déterminer quelle luminosité (en lux) correspondant à une valeur mesurée par analogRead(). Il faut aussi prendre en compte le fait qu'une photorésistance est un composant très peu cher, ce qui explique sa présence dans des jouets ou autres circuits à bas coût. Les tolérances de fabrication sont en général de ~40% de différences par rapport aux valeurs nominales de résistances.

Courbe couleur VS réponse De plus, une photorésistance est sensible à la chaleur et réagit différemment en fonction des couleurs. La mesure sera donc légèrement différente s'il fait très chaud ou très froid. De même, la valeur mesurée sera différente en fonction de la couleur de la lumière. Les photorésistances sont principalement utilisées pour détecter la présence (ou l'absence) de lumière dans une pièce ou à l'extérieur. Pour faire de véritable mesure de luminosité (en lux, avec une précision fixe qu'importent la température et la couleur), il existe des capteurs spécialisés pour cela comme le capteurTSL2561. Le code complet avec commentaires : /*

1 2 3

* Code d'exemple pour une photorésistance. */

4 5

// Fonction setup(), appelée au démarrage de la carte Arduino void setup() {

6 7

// Initialise la communication avec le PC Serial.begin(9600);

8 } 9 // Fonction loop(), appelée continuellement en boucle tant que la carte 10 Arduino est alimentée 11 void loop() { 12 13

// Mesure la tension sur la broche A0

14

int valeur = analogRead(A0);

15 16

// Envoi la mesure au PC pour affichage et attends 250ms

17

Serial.println(valeur);

18

delay(250);

19 } 20 21

L'extrait de code ci-dessus est disponible en téléchargement sur cette page (le lien de téléchargement en .zip contient le projet Arduino prêt à l'emploi).

Le résultat

Capture d'écran du moniteur série Après avoir envoyé le programme dans la carte Arduino, en ouvrant le moniteur série (onglet "outils"), puis en sélectionnant la bonne vitesse de communication (ici 9600 bauds), vous devriez voir apparaitre en temps réel la valeur numérique mesurée en sortie de la photorésistance. Si votre montage est correct, en couvrant la photorésistance ou en la pointant vers une source de lumière, les valeurs dans le moniteur série doivent normalement changer. N.B. La valeur mesurée n'a pas d'unité ! C'est une valeur purement indicative. Si vous voulez avoir une mesure en lux, il va falloir calibrer votre photorésistance

et intégrer les données de calibration dans le code. Savoir calibrer un capteur n'est pas le but de ce tutoriel, on en parlera une prochaine fois

Bonus : Améliorer la sensibilité du montage

Schéma d'un pont diviseur de tension Pour rappel, la formule d'un pont diviseur de tension est la suivante : Vout = Vin * (R2 / (R1 + R2))

Dans notre montage, la résistance R1 est remplacée par une photorésistance. Par conséquent, la valeur de R2 joue énormément sur la sensibilité du montage. Si la valeur de R2 est négligeable par rapport à la valeur de R1, la photorésistance sera peu sensible, car il faudra atteindre un niveau de luminosité important avant que R2 s'approche de la valeur de R1 et commence à faire une différence dans l'équation.

Au contraire, si la valeur de R2 est non négligeable par rapport à la valeur de R1, la photorésistance sera très sensible, car la moindre différence de luminosité entrainera un changement de la tension en sortie du pont diviseur. Pour résumer, plus la valeur de la résistance R2 est grande, plus la photorésistance est sensible. A l'inverse, plus la valeur de la résistance R2 est faible, moins la photorésistance est sensible. Trouver le juste milieu peu prendre un certain temps, dans ce genre de cas, un potentiomètre en lieu et place de R2 s’avère très pratique (cf tutoriel précédent).

Conclusion Ce tutoriel est désormais terminé. Si ce tutoriel vous a plu, n'hésitez pas à le commenter sur le forum, à le diffuser sur les réseaux sociaux et à soutenir le site si cela vous fait plaisir.