TP 10 Etude d une Photorésistance (LDR) Acquisition de données par ORPHY GTS 2

Transcription

1 TP 10 Etude d une Photorésistance (LDR) Acquisition de données par ORPHY GTS 2 Objectifs : - Relever la caractéristique courant-tension, à flux énergétique fixé, d'une photorésistance. - Étude de la variation de R en fonction du flux lumineux. I) La photorésistance : Elle est constituée d'une couche mince de semi-conducteur homogène sur un support isolant. Deux peignes métalliques déposés sur le semi-conducteur assurent le contact électrique. Dans l'obscurité, sa résistance R dépasse 1 MΩ. Sous un éclairage ambiant, R ~ quelques kω. Dans le faisceau d'une lanterne de projection, R ~ 100 Ω. II) Expérimentation : Matériel : - Un banc d'optique avec lampe. - Une alimentation 0-20 V - Deux multimètres. - Une photorésistance. - Un PC avec les logiciels GTS2 et Régressi, ainsi qu une carte d acquisition ORPHY GTS 2. II 1 : Caractéristique courant-tension : II-1-a) Montage de base : EA0 0V orphy (borne noire en bas à droite) U R EA0 orphy (borne rouge en bas à droite) 59

2 Positionner la photorésistance à l extrémité du tube puis réaliser le montage. Prendre garde aux branchements sur la carte d acquisition ORPHY. Positionner la lampe à une trentaine de cm de la photorésistance et l allumer. II-1-b) Acquisition : Mettre sous tension l imprimante, l écran puis l unité centrale. Lorsque C:\> apparaît, taper WIN et valider. Attendre quelques instants afin que le bureau du PC apparaisse et double cliquer sur l icône représentant le logiciel d acquisition de données GTS2, une fenêtre apparaît alors. Réaliser les opérations suivantes (sauf si visiblement elles ont déjà été faites) : Cliquer dans la case «Mode» : - Dans Mode de fonctionnement, cocher «entrée clavier» ; - Une fenêtre s ouvre alors pour spécifier quelle est la grandeur à placer en abscisse. Taper I pour l intensité et taper ma pour son unité. Valeur min : 0 ; valeur max : 10. Pour différentes valeurs de la tension variable U (une bonne douzaine de 0 à 10 V maximum!), entrer au clavier dans le cadre prévu à cet effet la valeur de I lue à l ampèremètre puis taper entrée. Le logiciel se charge alors de prélever la valeur de U R aux bornes de la photorésistance et de tracer le point dans un graphe. (prendre soin de ne pas faire bouger la lampe qui éclaire la photorésistance). Quand toutes les mesures ont été réalisées, transférer votre acquisition vers le logiciel Régressi en cliquant sur son icône. Une boîte de dialogue apparaît. Dans Paramètre, Nom : d Unité : cm Valeur : 30 Dans commentaire : U R = f (I) pour d = 30cm Dans Données vers Régressi : cocher Nouveau fichier Cliquer sur OK. La courbe U R = f (I) apparaît alors dans le logiciel Régressi. Cliquer droit et dans «coordonnées», sélectionner «ligne» puis «OK». Choisir deux autres positions de la lampe (une plus éloignée et l autre plus proche de la photorésistance) et refaire les mêmes mesures. Pour cela, faire les opérations suivantes pour chacune des deux nouvelles acquisitions : - Cliquer sur l icône «basculer vers l acquisition» 60

3 - puis remettre l acquisition «à zéro» en cliquant sur l icône : - Quand l acquisition est faite, basculer vers Régressi en précisant, dans la boîte de dialogue, la nouvelle valeur de d. Vérifier que le choix «nouvelle page» est cochée. A la fin de ces trois acquisitions, trois pages, donc trois courbes, ont été créées sur Régressi. II-1-c) Mise en forme des courbes: Pour des raisons pratiques, on superpose les trois courbes sur le même graphe. Pour cela, cliquer sur l icône «choix des pages» et cocher toutes les pages (si ce n est pas déjà fait). Les trois courbes s affichent alors sur le même graphe. Mettre les légendes correspondant aux courbes obtenues en cliquant sur l icône «identifier les courbes» : Imprimer le graphe obtenu. II-1-d) Modélisation des courbes: Qu est-ce qu une modélisation? C est trouver la fonction mathématique qui représente le mieux les points expérimentaux tracés dans le graphe. Le logiciel Régressi permet de réaliser cela et donne l expression de la fonction trouvée. Pour cela : Sélectionner la première courbe à modéliser en cliquant sur l icône suivant : Vous devez lire «1/3» Cliquer ensuite sur le bouton «Début modélisation» : puis cliquer sur le bouton «modélisation graphique» : 61

4 Cliquer sur «manuelle», puis cliquer sur OK. Qu avez-vous demandé au logiciel? De trouver la fonction linéaire du type U = a.i qui représente le mieux la courbe que vous venez de tracer. Le logiciel donne alors la valeur du coefficient directeur a correspondant à votre courbe. Relever la valeur du coefficient directeur de chacune des courbes en les sélectionnant chacune leur tour : a 1, a 2 et a 3. II-1-e) Exploitation : En déduire les valeurs, en Ohm, de la résistance de la LDR dans chaque cas. Est-ce que l évolution de la valeur de R avec l éclairement est conforme avec la théorie? II 2 : Étude directe de la variation de R en fonction du flux lumineux : II-2-1) montage et manipulation : En l'absence de luxmètre on fera varier la distance d entre la lampe L et la photorésistance. Le flux lumineux Φ est en première approximation proportionnel à 1/d 2. Relever la valeur de R a l ohmmètre tous les 10 cm jusqu'à environ 1 m par exemple. Tracer le graphe de R en fonction de 1/d 2, à l aide de Régressi. Dans la barre des menus de Régressi, cliquer sur fichier puis clavier. Rentrer les grandeurs d et R ainsi que leurs unités respectives puis cliquer sur OK. Une fenêtre des grandeurs apparaît, remplir le tableau de couples de valeurs (d, R). Dans le menu, cliquer sur fenêtre et mosaïque verticale pour voir apparaître les points du graphe R = f(d). Étant donné que l on veut tracer la courbe R = f(1/d 2 ), il faut introduire la variable x = 1/d 2 dans l onglet expression, puis valider. Dans la fenêtre Graphe, demander au logiciel de tracer effectivement R = f(1/d 2 ). 62

5 Appliquer le modèle théorique sur la courbe, pour cela, faites un clic-droit et dans le menu contextuel qui apparaît, choisir une modélisation prédéfinie «puissance», valider puis cliquer sur ajuster le modèle. Renouveler, si nécessaire, plusieurs fois l ajustement afin d obtenir un écart relatif le plus faible possible! Imprimer alors le tableau de valeur, la courbe et les résultats de la modélisation. II-2-2) Exploitation : - Quel type de graphe obtenez-vous? - Donner l expression mathématique de la courbe obtenue. - Conclusion : l évolution de R avec la distance à la source est-elle cohérente avec le fonctionnement d une photorésistance? 63