Capteur de position à optocoupleurs. 98COU029 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 1. Position 1. Position 2. repère solidaire du disque

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Serge Alain
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1 Enoncé : Le capteur de position étudié permet de repérer sur des diodes électroluminescentes 4 positions angulaires d un disque en rotation autour d un axe. Le schéma de principe du capteur et le positionnement des optocoupleurs sont donnés sur les schémas ci-dessous : Position 2 Position 1 repère solidaire du disque optocoupleur 1 optocoupleur zone opaque Position 3 Position 4 zone translucide disque en rotation autour de l axe disque en rotation autour de l'axe axe led 1 led PhotTr 1 PhotTr zone opaque ou zone translucide Le principe de fonctionnement des optocoupleurs est décrit ci-dessous : - lorsqu une zone opaque du disque est présente entre la led de l'optocoupleur et le phototransistor, le phototransistor n est pas excité et par conséquent il est bloqué. - inversement, lorsqu une zone translucide du disque est présente entre la led de l'optocoupleur et le phototransistor, le phototransistor est excité et par conséquent il est saturé. 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 1

2 Le montage électronique a le schéma ci-dessous : V DD = 5 V R 1 R 2 A opto R 1 R 2 1 A Dec 2 4 S LED T LED 1 A T 1 S 1 B opto 1 1 B B G S 2 LED 2 T 2 S 3 LED 3 T 3 M 1. Les optocoupleurs utilisés ont pour principales caractéristiques : - Intensité du courant dans la diode électroluminescente : I F = 2 ma - Tension aux bornes de la diode électroluminescente lorsqu elle est traversée par I F : V F = 1.5 V. - Intensité maximale du courant dans le collecteur du phototransistor lorsqu il est saturé : I CMAX =.5 ma. - Tension V CESAT entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor lorsqu il est saturé : V CESAT = V. Les portes inverseuses intervenant dans le schéma électrique sont considérées comme parfaites et en particulier ont une résistance d entrée infinie. 1.1 Après avoir repris le schéma d alimentation de la diode électroluminescente de l'opptocoupleur, et après avoir fléché sur ce schéma les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor R Après avoir repris le schéma d alimentation du phototransistor Tr, et après avoir fléché sur ce schéma les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor R Quelles sont les valeurs prises par la tension u A M lorsque le phototransistor PhotTr est : saturé? bloqué? 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 2

3 1.4 Compléter le chronogramme 1 présent sur le document réponse. 2. Le décodeur 2 4 a la table de fonctionnement donnée ci-dessous : Entrées Sorties Validation Sélection S S1 S2 S3 G A B H X X H H H H L L L L H H H L H L H L H H L L H H H L H L H H H H H L H représente une tension de niveau haut correspondant à une tension de 5 V. L représente une tension de niveau bas correspondant à une tension de V. En utilisant la table de fonctionnement ci-dessus compléter le chronogramme 2 présent sur le document réponse. 3. Les transistor T, T 1, T 2 et T 3 ont pour principales caractéristiques : - Tension entre base et émetteur lorsque le transistor est passant : V BE = -.7 V. - Coefficient d amplification en courant β moy = Tension entre collecteur et émetteur lorsque le transistor est saturé : V CESAT = -.2 V. Les diodes électroluminescentes LED, LED1, LED2 et LED3 ont pour principales caractéristiques : - Tension de seuil lorsqu elles sont passantes : U seuil = 1.6 V. - Intensité du courant conseillé pour obtenir un éclairement correct : I FLED = 2 ma. On s'intéressera au fonctionnement du transistor T et de la diode électroluminescente correspondante LED. 3.1 Quelle doit être la tension u SM pour que le transistor T soit bloqué? Quel est alors l état de la diode électroluminescente LED? 3.2 Quelle doit être la tension u SM pour que le transistor T soit saturé? Quel est alors l état de la diode électroluminescente LED? 3.3 Après avoir repris le schéma d alimentation de la diode électroluminescente LED et après avoir fléché les différentes tensions, déterminer la valeur à donner au résistor pour assurer une brillance correcte de la diode électroluminescente LED. 3.4 Quelle est l intensité du courant I BSAT, courant limite assurant la saturation du transistor T? 3.5 En prenant un coefficient de sursaturation de 3, tel que I BSS = 3.I BSAT, déterminer la valeur à donner au résistor. 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 3

4 4. Synthèse 4.1 Compléter le chronogramme 3 présent sur le document réponse et indiquer les diodes électroluminescentes allumées. 4.2 Les diodes électroluminescentes LED, LED1, LED2 et LED3 sont disposées à la circonférence d un cercle. Positionner ces diodes, pour qu elles indiquent, lorsqu elles sont allumées, la position correspondant au repère solidaire du disque. Document réponse : Chronogramme 1. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque u A M u B M u AM u BM 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 4

5 Chronogramme 2. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque u AM u BM u SM u S1M u S2M u S3M 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 5

6 Chronogramme 3. Posit 1 Posit 2 Posit 3 Posit 4 Position du repère solidaire du disque u SM u S1M u S2M u S3M LED allumée 98COU29 Académie de POITIERS - Groupe Physique Chimie page 6

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