LES OPTOCOUPLEURS

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TD FONCTIONNEMENT DES OPTOCOUPLEURS

I. Baccalaurat STI gnie lectrique session 1992 Table de dcoupe de mtaux en feuilles A. Prsentation du systme 1. FS11 : Traduction optique lectrique :
Informations dentre : Trace. D dont le support est une tension Vd rectangulaire de frquence Fd. Information de sortie : Grandeur de lecture L dont le support est une tension rectangulaire VL. Lamplitude de VL est fonction de la position de la tte par rapport au trac. Cette fonction permet de convertir en une grandeur lectrique la position de la tte de lecture par rapport au trac. Le capteur utilis est un senseur optique haute rsolution HBCS 1100 Hewlett Packard. 1

B. Etude du senseur optique HBCS-1100

Quand T est satur, un courant de 35mA traverse la DEL du HBCS 1100. A partir de la documentation, donner la valeur de la tension directe Vf de la DEL.

VF=1,5V. 2 Calculer la valeur de la rsistance R4. R4=(+5V-VECsat-VF)/IF R4=(5-0,4-1,5)/0,035=88,57. 3 Dterminer compltement R4 (srie E12). R4=100. 4 Vd est un signal rectangulaire, obtenu la sortie Q dun circuit logique CMOS 4047 aliment sous 5V. Calculer la valeur de R5 max permettant la saturation de T.

2.

Schma structurel de FS11 :

IBmin>IF/hFEmin IBmin>35mA/100 IBmin>350A R5max<(+5V-VEBsat-Vd)/IBmin R5max<(5-0,6-0,05)/350 R5max<12428,57. 5 Dterminer compltement R5 (srie E12). R5=12k. 6 Daprs la documentation du HBCS 1100, donner la variation Ip du photocourant total circulant dans la photodiode. 0A<IPtyp<250nA.

Hypothses : Le transistor T fonctionne en commutation. Le transistor de loptocoupleur ne fonctionne pas. Seule, la photodiode est utilise.

C. Etude du convertisseur courant-tension

1 Exprimer littralement la valeur de la tension VL en fonction de Vcc, R1, R2, R3 et Ip. VL=+5Vx(R1/(R1+R2))-IPxR3.

LES OPTOCOUPLEURS 2 Calculer la valeur de R3 telle que : VL=0V si la tte de lecture est hors du trac, donc dans le cas o il y aurait rflexion. On prendra Ip=250nA. En dduire VL sur la trace (Ip=0nA). Prsence de lumire rflchie: 0V=2,5V-IPxR3 R3=2,5/Ip R3=2,5/250n=10M. Absence de lumire rflchie (Sur trac ou Hors trac et Vd=1 logique) : IP=0nA, VL=2,5V. 3 Complter le chronogramme suivant :

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c)

HBCS-1100

Position tte de lecture Sur trac Hors trac Vd 5V 0V VL 2,5V 0V

D. Documentations techniques a) 2N2907
|VCEsat|=0,4V |VBEsat|=0,6V hFEmin=100

La photodiode du senseur peut-tre utilise seule, ou suivie de son transistor amplificateur. Lorsque seule la photodiode est employe, il faut liminer leffet de diode constitu par le substrat en reliant la sortie collecteur du transistor au potentiel positif et en courtcircuitant sa fonction base-metteur. Ce circuit est recommand pour amliorer le rapport entre le photocourant produit par la lumire incidente et le photocourant parasite en empchant les diodes constitues par le substrat de fonctionner en photodiode.

La cathode de lmetteur 700nm est relie mcaniquement et physiquement au substrat et au botier. Dans les usages impliquant une modulation ou une commutation de la DEL, la cathode doit tre relie la masse lectrique du systme. Ceci permet dobtenir un couplage capacitif minimal des transitoires de commutation entre les diodes du substrat et la partie amplificateur. Le senseur HBCS-1100 comporte en outre, un transistor NPN qui permet damplifier le photocourant de sortie. Une contre-raction au courant assure un gain en courant modr et la stabilit du point de polarisation.

Caractristiques lectriques du systme TA=+25C Paramtres Symboles Min. Typ. Max. Photocourant total IP 150 250 375

Units nA

Conditions de mesure IF=35mA, VD=VC=5V Conditions de mesure IF=35mA IF=35mA, P=700nm IF=35mA

b) Srie E12
10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82

Caractristiques lectriques et optiques de lmetteur TA=+25C Paramtres Symboles Min. Typ. Units Tension directe Tension inverse Energie rayonne Longueur donde crte Rsistance thermique Coefficient de temprature de VF VF BVR E P JC VF/T 5 5 680 9 700 150 -1,2 1,5 V V V nm C/W mV/C

IF=35mA

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TD Caractristiques lectriques pour TA=+25C. Tension de sortie VOL Tension de sortie VOH Tension dentre VIL Tension dentre VIH VOH=2,5V VOH=4,6V VOH=9,5V VOH=13,5V VOL=0,4V VOL=0,5V VOL=1,5V VDD 5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 5 10 15 5 10 15 5 10 15 15 Min. 4,95 9,95 14,95 2,75 5,50 8,25 -2,1 -0,44 -1,1 -3,0 0,44 1,1 3,0 Typ. 0 0 0 5 10 15 1,5 3,0 4,0 3,7 7,0 11,0 -4,2 -0,88 -2,25 -8,8 0,88 2,25 8,8 0,005 0,010 0,015 5 0,01 Max. 0,05 0,05 0,05 2,25 4,50 6,75 20 40 80 7,5 300

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d) HEF 4047B
Le circuit intgr HEF 4047B constitue un multivibrateur astable command par un systme de porte construit suivant une logique mettant en uvre un monostable dclench sur un front montant ou descendant, avec des options de redclenchement et de comptage externe.

Unit V

Courant de sortie IOH

mA

Courant de sortie IOL Courant de repos IDD Capacit dentre CIN Courant dentre IIN

mA

Il a pour entres : +TRIGER, -TRIGGER, ASTABLE, ASTABLE , RETRIGGER et MR (Remise zro gnrale). Les sorties sont O, 0 et OSCILLATEUR OUPUT. Dans tous les modes de fonctionnement, une capacit externe (Ct) doit tre connecte entre CTC et RCTC, et une rsistance externe (Rt) doit tre connecte entre RTC et RCTC. Le fonctionnement astable est valid par un niveau haut sur lentre ASTABLE. La priode de londe rectangulaire aux sorties O et 0 est fonction des composants externes utiliss. Des impulsions dentres vraies lentre ASTABLE ou des impulsions complmentaires lentre ASTABLE permettent lutilisation du circuit comme multivibrateur command par une porte. En mode astable, la priode de limpulsion prsente la sortie OSCILLATOR OUPUT sera gale la moiti de celle de la sortie O. Mais, cette sortie, un rapport cyclique de 50% nest pas garanti. En mode monostable, le dclenchement sur front montant consiste appliquer le front avant dune impulsion lentre +TRIGGER et un niveau bas lentre TRIGGER. Pour le dclenchement sur le front descendant, le front arrire dune impulsion est appliqu lentre TRIGGER et un niveau haut lentre +TRIGGER. Les impulsions dentres peuvent avoir une dure quelconque par rapport aux impulsions de sorties. Le multivibrateur peut-tre redclench sur le front avant seulement en appliquant une impulsion commune aux entres RETRIGGER et +TRIGGER. Dans ce mode, limpulsion de sortie reste au niveau haut tant que la priode de limpulsion dentre reste infrieure celle dtermine par les composants RC. Une option externe de dcomptage peut-tre mise en uvre en couplant O un compteur N externe et en remettant le compteur zro avec limpulsion de dclenchement. Limpulsion de sortie du compteur est reboucle sur lentre ASTABLE et sa dure est gale N fois la priode du multivibrateur. Un niveau haut lentre MR interdit toute impulsion de sortie la mise sous tension. Cette entre peut aussi tre active pour arrter limpulsion de sortie nimporte quel instant.

A PF nA

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page 4 / 5 Complter le tableau en prcisant pour deux valeurs (0V et 5V) de la tension dentre VMAGASIN, ltat de : ltage de sortie U10G ; la LED D6 ; la diode de loptocoupleur U15 ; le phototransistor de loptocoupleur U15 ; le transistor T1 ; le moteur M2. VMAGASIN 0V 5V Etage de sortie de U10G B S LED D6 E L Diode de U15 E L Transistor de U15 B S Transistor T1 B S Moteur A M

II. Baccalaurat STI gnie lectrique session 1993 Diffuseur de musique pour lieux publics LaserStar A. Prsentation du systme 1. FP2 : Mise en rotation du magasin de CD :
Dfinitions des entres -sorties Commande de mise en rotation du magasin ( MAGASIN ) : tension de niveaux TTL fournie par la fonction FP5 (Gestion du processus de slection du CD). Rotation du magasin : Action physique sur le magasin (ou panier circulaire) contenant les CD.

2.

Schma structurel de FP2 :

Utiliser les abrviations suivantes : P : passant S : satur B : bloqu L : allum E : teint M : marche A : arrt 3 Dterminer la valeur de R31, sachant que le courant traversant le moteur M2 est de 1A. IBmin_T1>IM2/min IBmin_T1>1/700 IBmin_T1>1,4286mA R31<(+24V-VEBsat_T1-VCEsat_U15)/IBmin_T1 R31<(24-1,3-0,4)/1,4286mA R31<15609,69. R31=15k. 4 Calculer le courant If de U15. IF=(+8V-VFmax_U15-VOLmax_U10G)/R27 IF=(8-1,5-1,1)/470 IF=11,4894mA

B. Etude de FP2
1 Quel est le rle de U15 ? Raliser une isolation galvanique (isoler lectriquement la partie commande de la partie puissance).

5 Vrifier que le transistor de U15 est bien satur. IFmin>IBmin_T/CTRmin IFmin>1,4286mA/20% IFmin>7,143mA or IF=11,4894mA, donc le transistor de U15 est bien satur.

C. Documentations techniques a) TIP115

700<<2000 VECsat=1V VEBsat=1,3V

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b) ULN2003

c)

MCT2

Photocoupleur coplanaire constitu dune diode larsniure de gallium mettant dans linfrarouge et dun phototransistor NPN au silicium, en botier plastique SOT-90 (DIL 6 broches). Il se caractrise par un transfert de courant lev, une faible tension de saturation, un isolement galvanique parfait tant en alternatif quen continu, une large dynamique de fonctionnement en courant de 1 60mA, une tension disolement de 4400V efficaces. Sa technologie nouvelle lui confre une grande fiabilit et des performances compatibles avec des environnements difficiles dans le domaine industriel et les tlcommunications. Caractristiques principales Tension collecteur-metteur (base ouverte) Courant direct de la diode en continu Taux de transfert (IF=10mA ; VCE=10V) Tension continue disolement Caractristiques pour TA=+25C Diode Tension directe de la diode (IF=20mA) Courant inverse de la diode (VR=3V) Capacit (V=0V ; f=1MHz) Phototransistor Tension de claquage collecteur-metteur (IC=1mA) Tension de claquage collecteur-base (IC=0,01mA) Tension de claquage metteur-collecteur (IE=0,1mA) Collecteur-metteur (VCE=10V) Collecteur-base (VCB=10V) Gain en courant continu (IC=100A ; VCE=5V) Photocoupleur Taux de transfert (IF=10mA ; VCE=10V) Tension de saturation collecteur-metteur (IF=16mA ; IC=2mA) Tension disolement efficace entre-sortie rptitive VCEsat VIO 20 60 0,15 0,40 3120 % V V VCEO VCBO VECO ICEO ICBO hFE 30 70 7 2 300 50 20 V V V nA nA Symbole VF IR Cd Min. Typ. 1,2 50 Max. Units 1,5 10 V A PF VCEO IF VI-O max max min max 30 60 20 4,4 V mA % KV