Caractéristiques de dipôles
Méthode : Caractéristiques de diodes à l'oscilloscope
Le but est de tracer directement à l'oscilloscope la caractéristique de diodes à l'oscilloscope.
Les diodes choisies seront des diodes au germanium et au silicium et des diodes Zener.
Le montage proposé est le suivant :
Ce montage utilise un transformateur écran (ou transformateur d'isolement).
Expliquer le rôle de ce transformateur.
Le générateur BF que vous utilisez est-il relié à la Terre ?
Si non, est-il utile d'utiliser un transformateur d'isolement ?
L'oscilloscope permet, en mode X-Y (prendre l'intégralité du signal, mode DC), de visualiser la caractéristique de la diode.
Choisir une tension sinusoïdale délivrée par le générateur BF d'amplitude de l'ordre de 3 V et une fréquence comprise entre 50 et 200 Hz.
Modifier l'allure de la caractéristique en jouant sur la touche LEVEL du générateur BF.
Visualiser également les signaux u et i sur les voies X et Y de l'oscilloscope.
Choisir R égale à 3000 Ω (boîtes variables).
Remarque importante :
Le montage oblige à prendre la masse de l'oscilloscope au point M, borne commune de la diode et de la résistance R.
Cela revient à prendre une convention du type "générateur" pour la résistance et non une convention "récepteur" plus habituelle.
Tracer ces caractéristiques sur feuille ou faire l'acquisition sur un logiciel de traitement de données.
Déterminer, de manière précise, les seuils des deux premières diodes et la tension Zener de la diode Zener.
(Pour une diode au silicium, le seuil est de l'ordre de 0,6 V ; pour une diode au germanium, il est de l'ordre de 0,2 V ; la tension zener est de l'ordre de quelques V).
Complément : Redressements du courant avec des diodes
Redressement mono-alternance :
Reprendre le montage précédent (la diode est au silicium) et visualiser la tension aux bornes de R (égale à 500 Ω par exemple) ainsi que celle aux bornes de la diode.
Justifier l'allure de l'oscillogramme obtenu (la tension d'entrée sera un générateur BF mais il pourrait aussi être le secondaire d'un transformateur branché sur le secteur).
Redressement bi-alternance :
On réalise le montage suivant, utilisant un pont de diodes appelé pont de Graëtz.
Visualiser la tension aux bornes de R et justifier théoriquement sa forme.
Expliquer le fonctionnement de ce circuit.
Déterminer la tension v(t) en fonction de e(t). On supposera que les diodes ont une tension de seuil de Us.
Complément : Détecteur de crête ; filtrage par condensateur et taux d'ondulation
On considère le montage ci-dessous.
La tension d'entrée est de la forme :
On suppose que
.
La diode est supposée idéale et de seuil nul.
On note
la tension aux bornes de
.
Aspect théorique :
Décrire qualitativement et comparer les évolutions temporelles de
et
. On pourra s'aider d'une représentation graphique.
A partir de quel instant
le courant
devient-il nul ? Montrer que
.Comment varie
aux instants ultérieurs ?Montrer qu'au cours d'une période, la variation maximale de tension
aux bornes de la résistance est approximativement proportionnelle à T et que :
AN : on désire que la tension
soit de l'ordre de 12 V et qu'un courant de 1 mA circule dans R. Quelle doit être la valeur de la capacité C pour que
, la fréquence du générateur étant de 50 Hz ?
Aspect expérimental :
C : boîte de capacités variables ; R : boîte AOIP x 100 Ω ; e(t) : générateur BF (< 1 kHz) et diode au silicium ou au germanium.
Visualiser la tension aux bornes de la résistance (Avec R = 500 Ω et
par exemple) et aux bornes du BF.Faire varier la constante de temps RC et conclure sur l'évolution de l'oscillogramme.
Tracer l'oscillogramme obtenu pour différentes valeurs de C.
On définit le taux d'ondulation résiduelle :
où
est l'amplitude des oscillations résiduelles et
la valeur moyenne du signal.Calculer
. Afin de mesurer plus facilement l'ondulation résiduelle, amplifier sur l'oscilloscope la partie variable du signal (
) en passant sur la position AC. La valeur moyenne se mesure en position DC ou avec un voltmètre continu.
Comment varie le taux d'ondulation avec la capacité du condensateur ?
Méthode : Caractéristique d'une photodiode
Document à télécharger pour cette partie :
Fiche technique de la photodiode BPW34
Une photodiode est un composant électronique sensible à la lumière.
C'est un composant actif : éclairée, elle génère du courant (par effet photoélectrique).
La caractéristique théorique d'une photodiode est donnée sur la figure suivante (voir également la fiche technique).
Elle dépend de l'éclairement lumineux (relié au flux du vecteur de Poynting) et noté
(en
) reçu par la photodiode et du spectre de la lumière reçue (donc de la longueur d'onde
).
En inverse, la photodiode a une grande résistance et se comporte comme un "interrupteur ouvert".
Au contraire, dans le sens direct, elle possède une faible résistance et se comporte comme un "interrupteur fermé".
La figure de droite montre que le courant
dans la diode lorsqu'elle est polarisée en inverse est proportionnel à l’éclairement.
Ainsi, la mesure de
est une mesure directe de la puissance lumineuse reçue par la photodiode.
Tracé de la caractéristique de la photodiode :
On souhaite tracer la caractéristique lorsque la photodiode est simplement éclairée par la lumière naturelle du laboratoire.
On dispose :
D'une source de tension continue
de
.D'une résistance de protection de 500 Ω.
D'un ampèremètre et d'un voltmètre.
On réfléchira à l'utilisation des montages amont et aval :
Animation JAVA sur les montages amont et aval (Jean-Jacques Rousseau, Université du Mans) :
Cliquer ICI
Proposer un protocole expérimental pour obtenir cette caractéristique.
Point de fonctionnement :
On place un générateur idéal de fem
en série avec une résistance
et la photodiode branchée en direct.
Déterminer graphiquement le point de fonctionnement du circuit ainsi réalisé.
Influence de la puissance lumineuse reçue :
On souhaite mesurer l'intensité du courant en inverse,
, en fonction de l’éclairement
et montrer la dépendance linéaire entre
et
.
On dispose d'une source lumineuse (à alimenter avec une tension continue de 6 V) placée sur un banc d'optique, qui émet un flux énergétique total
(ou puissance lumineuse, en
) de manière isotrope.
Montrer que l’éclairement reçu par la photodiode peut s'écrire sous la forme :
où
est la distance de la source lumineuse à la photodiode. Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier la dépendance linéaire entre
et
. Réaliser l'expérience et conclure sur la dépendance entre
et
en traçant une courbe expérimentale bien choisie.
Simulation : Animations JAVA de Jean-Jacques Rousseau (Université du Mans)
Montages amont et aval : Cliquer ICI
Linéarisation d'une thermistance : cliquer ICI
Photorésistance : cliquer ICI
Caractéristiques de diodes LED : cliquer ICI
Pont de Graetz : cliquer ICI
Redressement et filtrage : cliquer ICI
Doubleur de tension : cliquer ICIJean-Jacques
Conformateur à diodes : cliquer ICI
