~ Opto Electronique ~

Etude & Composants

Au sommaire sur cette page :
La Lumière (cours de TS)
On distingue le modèle ondulatoire et le modèle corpusculaire. Cependant en opto-electronique on s'attarde plus particulierement sur la longueur d'onde qui permet de differencier toutes les couleurs par exemple. La longueur d'onde µ, de formule µ = c.t = c / f avec t la période du signal et c sa célérité (300 000 km.s-1) définit tous les mouvements périodiques : la lumière, mais aussi la HF (télévision, radio), le four micro-onde, les appareils medicaux (rayons X, IRM...). La lumière visible mais aussi les ultraviolets, infrarouges, etc... La longueur d'onde s'exprime en mètres, mais pour la lumieres on utilise le nm (nano-mètre=milliardième de mètre).
Le Laser (cours de TS)  [ Haut de Page ]
Le Laser appartient au spectre visible par l'oeil humain. Sa longueur d'onde peut etre par exemple égale à 632.8 nm (par ex. en TP au lycée), donc se rapproche du rouge. C'est une lumière monochromatique (une seule longueur d'onde, et non pas plusieurs comme dans la lumière solaire), cohérente et très directive (un faisceau donc un point très directif), très puissante (utilisée dans l'industrie pour découper le métal), etc... Il est de plus en plus utilisé en optoelectronique, car de plus en plus simple à mettre en oeuvre : télémétrie (reflexion), détection d'obstacle (même principe), voire espionnage (en pointant un laser sur une vitre, on peut étudier les vibrations réfléchies par la vitre, elle-même vibrant par exemple avec une conversation derriere : ensuite il suffit d'amplifier et de traiter le signal afin de la rendre audible).
Les Photorésistances  [ Haut de Page ]
Il s'agit d'une petite plaque photosensible circulaire, de diamètre variable (généralement de 5 à 12 mm). Comme son nom l'indique, ce composant fait varier sa résistance au courant en fonction de la lumière qu'il reçoit. Pour les LDR classiques, la resistance atteint plus de 10 MOhms dans l'obscurité et par exemple 100 KOhms pour un eclairement de 100 lux (l'unité de mesure de l'intensité lumineuse). Elles sont utilisées pour des detecteurs de lumiere (petites alarmes de tiroirs pour des applic. simples !), mesure et etalonnage reclamant peu de precision, etc...
Les Cellules Solaires ou Photopiles  [ Haut de Page ]
Présentés sous la forme de plaquettes circulaires ou rectangulaires au silicium amorphe, ou polycristallin, de dimensions tres variables (de quelques cm² à quelques m²), ces composants sont cependant toujours aussi onéreux, ce qui restreint leur utilisation générale. Utilisant la lumiere comme source d'énergie, de l'electricité est ainsi produite. Le courant de sortie disponible peut varier de quelques mA sous quelques volts, à plusieurs A en 12 ou 24V ! On peut en voir apparaître dans certaines maisons, sur des bateaux (tres commun), caravanes, courses automobiles, etc...
La LED (ou DEL en français)   [ Haut de Page ]
Quelle grande famille !
Pour calculer la resistance à uiliser avec :
Il faut utiliser la loi d'Ohm : sachant la tension d'alim U1 ; on connait U2 la tension de la LED : en moyenne 2V, et son intensité consommée : env. 12mA. L'intensité dans le circuit sera donc de 12mA (série avec la resistance), et la tension aux bornes de la resistance sera de U1-U2=7V si on utilise une pile de 9V. La loi d'Ohm est U=R.I, donc R= U / I, donc R = 7 / 0.012 = 583 Ohms. Faites le test avec une resistance de 570 Ohms : si tout grille, j'ai du me planter dans une soustraction :)
Autres applications : alimenter une LED en 220V alternatif ; faire clignoter une LED en 220V ; la combinaison de LEDs bleues, rouges et vertes permet d'obtenir une lumiere blanche et intense ;
Les Afficheurs  [ Haut de Page ]
Il y a tout d'abord les bargraphs, echelles à LED : un bloc rectangulaire composé d'une rangée de LED (10 ou autre) rectangulaires. On peut les commander par exemple avec un LM3914 ou 3915 en fonction de la tension (indication d'une température, tension). Dans le même genre, on peut trouver des matrices à LED : blocs rectangulaires composé de LEDs rondes placées en lignes et colonnes (genre matrice 5x7). On peux faire des motifs avec, etc...

Puis les classiques afficheurs 7 segments à cathode ou anode commune (1 point commun pour tous le segments, qui sont en fait de simples diodes), de tailles tres variables : d'une hauteur de 13mm à 20 cm ! Rien de plus à dire, ils se comportent comme des LEDs ! Ils peuvent être commandés par des drivers spécifiques, de la famille CMOS ou TTL (comme le 4511). On peut alors les commander à partir d'un code BCD (sur 4 bits). Sachez que pour des economies d'énergie, vous pouvez profiter de la persistance retinienne, en affichant seulement les informations à une certaine frequence (>> 25 Hz). Ansi, une alimentation par impulsion diminuera la consommation. Idem si vous voulez commander 4 afficheurs. Vous disposerez de 7 voies de commande reliées à chaque anode de chaque segment de chaque afficheur (ouf !) et de 4 (dans le cas de 4 afficheurs) transistors PNP reliés aux cathodes respectives, commandés sequentiellement (très utilisés avec des µcontroleurs : vous n'avez qu'à etudier le montage à PIC de la page electronique : decompteur de temps sur 4 afficheurs 7 seg. avec alarme) ! Il faurdra se baser sur un signal d'horloge : à chaque transition, vous changerez de transistor et changerez l'etat des 7 voies d'info selon l'afficheur à commander ! C'et aussi simple que ça !

Il existe aussi des afficheurs LCD, à cristaux liquide. Le fait de faire passer un courant electrique à pour propriété d'exciter ces cristaux ce qui permet de visualiser des signes. Ces afficheurs sont soient fournis avec leur driver (installé avec), et se commandent de manière serielle ou parallele. D'autre sont configurables avec des drivers de type ICLxxxx (circuits intégrés voltmètres, etc...).

Enfin on trouve aussi des afficheurs LCD 1 ligne, 2 lignes, 4 lignes de 16, 20 caractères, à logique intégrée, voire retro-eclairés, surtout utilisés pour afficher du texte.

La Photodiode  [ Haut de Page ]
De fonctionnement très simple, elle agit comme une diode classique en présence de lumière. En général elle est calibrée pour être plus réceptive à une certaine longueur d'onde. C'est ainsi que les photodiodes infrarouges (télécommandes) sont reglées pour 900 nm environ. Vous pourrez créer une barriere infrarouge, voire un detecteur de fumée (une photodiode optimale, par exempe la PP506-1, 20FF chez Radiospares, voir bas de page)
Le Phototransistor   [ Haut de Page ]
Idem, il se comporte comme un transistor passant en presence de lumiere (avec une certaine longueur d'onde). Pleisn d'applications peuvent être envisagées, comme une barriere infrarouge (il et préférable d'utiliser dans ce cas un signal codé et envoyé de manière intermittente dans le faisceau).
Les OptoCoupleurs  [ Haut de Page ]
Disponibles sous forme de boitiers DIP4,DIP6,DIP8.

Il se compose d'une LED et d'un composant photo-sensible. En faisant allumer cette LED, on declenche le composant. Celui-ci peut etre un transistor, un darlington, un thyristor, un triac...

En fait cet ensemble est assimilable à une LED mise face à un photo transistor (ou triac, etc.) dans un milieu totalement isolé. Cela procure une isolation galvanique et electrique tres performante (notamment avec le triac pour du 220V). On peut aussi l'utiliser dans la téléphonie, etc...

Les Capteurs à Reflexion   [ Haut de Page ]
En voici un exemple :

Capteur à reflexion

Ce composant est constitué d'une LED, généralement infrarouge et soit d'un photo-transistor, diode ou dralington. Les deux sont montés presque face à face, de manière à ce que le faisceau de la LED puisse arriver sur le phototransistor que s'il est réfléchi par une surface adéquate placée à une distance convenable. Le modèle présenté ci-dessus est le HOA0708-001 de HoneyWell (voir bas de page). Il possède un filtre de lumière ambiante, le point de reflexion optimum est situé à 3.81mm. Ce genre de composant (comme celui que je vais vous presenter ci-dessous) est utilisé par exemple dans le comptage d'objets, de detection (proche !), etc...

Les Fourches Optiques   [ Haut de Page ]
En voici un exemple :

Fourche optique

Ici le composant est constitué d'une LED et d'un photo transistor placé face à face en haut du composant. Ainsi à l'etat naturel le faisceau est intact et le phototransistor est passant. Si un objet (feuille, plaque fine) le coupe, le transistor ne passe plus. On peut donc se servir de se genre d'objet pour le comptage d'objets, etc... Ce modèle est le HOA0825-001 de HoneyWell.

Ce même fabriquant par ailleurs propose sur son site (voir bas de page) des exemples d'applications. Vous pouvez en télécharger un ici (pdf) : applic.zip (80 Ko)

La Fibre Optique [ Haut de Page ]
Quesako ? On distingue fibre plastique et fibre de silice (ce dernier correspond surtout aux exigences industrielles en matiere de fiabilité). C'est en fait un guide de lumière. Il suffit d'insérer la fibre dans un emetteur adéquat. Cet emetteur lumineux enverra un signal lumineux qui parcoura la fibre jusqu'au recepteur optique. Voila pourquoi la fibre optique est un grand concurrent du fil electrique pour transporter des informations : la vitesse de la lumière, et surtout, pas d'echauffement, pas de parasites, pas de pertes, d'atténuation. La fibre optique est deja utilisée pour le cable, Internet, etc...

Bien sûr vous pouvez l'utiliser pour vos propres réalisations (même si ça ne sert pas : on a tous deja vu dans des catalogues une lampe avec des fibres partant du centre et s'éparpillant dans toutes les directions, diffusant ainsi la lumière : tres bel effet).

Il existe en effet pour pas tres cher des emetteurs infrarouges (15FF) et le recepteur photo transistor associé (15FF aussi). On peut aussi utiliser le spectre lumineux visible. Il existe des LEDs de couleur classique, qui, exactement comme les composants pré-cités, sont en fait un cylindre classique mais troués de maniere à ce que la fibre puisse se glisser juste en face de la source lumineuse. Attention : avant de rentrer la fibre dans le composant, il faut penser à en polir l'extremite ! Ces petits emetteurs-recepteurs peuvent suffire à assurer des liaisons à faible débit. Si les hauts débits vous interessent plus, il existe des transmetteurs beaucoup plus performants, mais aussi beaucoup plus cher : plus de 200FF l'emetteur, et idem pour le recepteur. Ces transmetteurs peuvent assurer des transmissions jusqu'à 150 MBd, sur plusieurs kilomètres.

Fibre optique classique plastique : 15FF le mètre env. ; atténuation : 120dB/km
Fibre optique silice : 15FF le mètre env. ; atténuation 3.5dB/km max.
Laquelle est la meilleure à votre avis pour les liaisons ?

Autres composants   [ Haut de Page ]

Constructeurs et revendeurs   [ Haut de Page ]

 

Réalisé par Aurélien R.