Les ondes électromagnétiques

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1 Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique? Une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique oscillant à la même fréquence. Ces deux champs, perpendiculaires l un par rapport à l autre se propagent dans un milieu selon une direction orthogonale. La propagation de ces ondes s effectue à une vitesse qui dépend du milieu considéré. Dans le vide, la vitesse de propagation est égale à m.s-1. 1/17

2 Les grandeurs caractéristiques d'une onde La longueur d onde ( λ ) : elle exprime le caractère oscillatoire périodique de l onde dans l espace. C est la longueur d un cycle d une onde, la distance séparant deux crêtes successives. Elle est mesurée en mètre ou en l'un de ses sous-multiples. La période ( T ) : elle représente le temps nécessaire pour que l onde effectue un cycle. L unité est la seconde. La fréquence ( f ) : inverse de la période, elle traduit le nombre de cycles par unité de temps. Elle s exprime en Hertz (Hz) - un Hz équivaut à une oscillation par seconde. On a la relation suivante : λ = c / f λ : longueur d onde de l onde électromagnétique c : vitesse de la lumière (3.108 m.s-1) f : la fréquence de l onde 2/17

3 Longueur d'onde et fréquence Ex : Calculer la longueur d'onde d'un rayonnement de fréquence GHz Ex : Calculer la fréquence d'un rayonnement qui possède une longueur d'onde de 2,865m. 3/17

4 Le spectre électromagnétique 4/17

5 Le domaine visible Le domaine visible correspond à la partie très étroite du spectre électromagnétique perceptible par notre œil. C est dans le domaine visible que l'on peut distinguer l'ensemble des couleurs de l'arc en ciel, du bleu au rouge. Il s étend de quatre dixièmes de millième ( m) - lumière bleue - à huit dixièmes de millième ( m) de millimètre - lumière rouge. 5/17

6 La courbe de sensibilité de l œil L'œil ne présente pas la même sensibilité dans toutes les longueurs d'onde. On remarque, selon cette courbe, qu'une source de lumière située vers 650 nm doit être environ 10 fois plus lumineuse qu'une source de 560 nm pour être perçue avec la même intensité. 6/17

7 L'infrarouge Le domaine de l'infrarouge est relativement étendu puisqu'il couvre les longueurs d'onde de 0,7μm à 100μm. Dans cette fourchette de longueurs d'onde, on distingue généralement quatre types d'infrarouges qui vont du proche infrarouge à l'infrarouge lointain, en passant par l'infrarouge moyen et le thermique. 7/17

8 Les émetteurs de lumière : la LED Symbole : A Principe : c est une diode à jonction, qui émet un rayonnement lumineux lorsqu elle est traversée par un courant dans le sens direct. Couleur ou longueur d'onde : les couleurs disponibles sur le marché sont le rouge (655nm), le jaune (585nm), le vert (565nm) mais il en existe des oranges (615nm) et maintenant des bleues (450nm). Si le constructeur ne fournit pas le spectre, il donne la longueur d'onde de pointe (peak wavelength : peak ) et la bande passante à mi-intensité (spectral line halfwidth : 1/2 ). K 8/17

9 Spectre d'émission d'une LED Ex : Soit la led dont le spectre est donné ci-dessus. Quelle est la valeur de peak, de 1/2? Dans quel domaine du spectre émet cette led? 9/17

10 Intensité lumineuse d'une LED Le constructeur donne une intensité lumineuse minimale pour un courant donné (LED normale : 2 mcd pour 10mA), il existe des leds plus puissantes que l'on trouve sous la terminologie : à haute performance (19mcd), ultra lumineuse (rouge à 240 mcd) ou à très haute luminosité (400 à 2000mcd). L'intensité lumineuse émise est fonction de l'intensité électrique du courant traversant la led. En régime continu, les leds n'acceptent qu'une petite intensité électrique. L'intensité lumineuse émise est donc faible et ne peut suffire à commander un appareil à distance. 10/17

11 Intensité lumineuse d'une LED en régime continu Ex : en utilisant la courbe donnant I F en fonction du rapport cyclique du signal de commande de la led, donner la valeur maximale acceptée par cette led en régime continu. t p 11/17

12 Intensité lumineuse d'une LED en régime pulsé Le courant I F admet une valeur maximale supérieure au régime continu, mais celle-ci dépend de la fréquence d'utilisation et du rapport cyclique D (Duty cycle). Le constructeur fournit un réseau de courbe du courant I F en fonction du rapport cyclique D. Ex : f=1khz et D = 0,2 ; représenter l'allure du signal de commande. Donner pour la caractéristique ci-contre la valeur maximale du courant accepté par la led. t p 12/17

13 Intensité lumineuse d'une LED en régime pulsé Ex : On souhaite utiliser un courant de 300mA dans la led. Pour un rapport cyclique du signal de 0,05 chercher la valeur de tp. En déduire la période du signal de commande. t p 13/17

14 Un récepteur de lumière : la photodiode Symbole : A Principe : elle fonctionne en polarisation inverse, si l'éclairement augmente le courant inverse augmente (ce courant est souvent de l'ordre du A). Spectre de sensibilité : il est important d'accorder le spectre d'émission et le spectre de réception. Ce graphe donne la sensibilité relative en fonction de la longueur d'onde. K 14/17

15 Un récepteur de lumière : la photodiode Schéma d'application : Ex : la photodiode dont le spectre de réception est donné page précédente est-elle parfaitement accordée avec la led dont le spectre d'émission est donné page 3? 15/17

16 Un récepteur de lumière : le phototransistor Symbole : E C Principe : son fonctionnement est le même que celui d'un transistor bipolaire, l'intensité I B est ici remplacée par l'intensité du flux lumineux reçue. On bénéficie ainsi du coefficient d amplification propre au transistor, en revanche le temps de commutation sera plus long que pour la photodiode. 16/17

17 Un récepteur de lumière : le phototransistor Schéma d'application : Exemple de montage d'un phototransistor en commutation suivi d'une mise en forme par trigger à hystérésis. 17/17

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