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1 Denis Rabast 1/1 IUFM Aix Marseille Opto lectronique L opto lectronique s int resse aux composants et techniques permettant l mission ou la r ception de signaux lumineux par des syst mes lectroniques ; les applications sont nombreuses, nous citerons ici quelques exemples. La signalisation : - diodes lectroluminescentes, - afficheurs 7 segments, - afficheurs cristaux liquides (afficheurs LCD), - crans divers. La transmission d information : - t l commande infrarouge, - communication entre cartes lectroniques avec isolation galvanique, - liaisons faibles distances fibre optiques, - liaisons transoc aniques fibre optiques. La d tection et la mesure : - d tection de mouvement et de position par optocoupleur, - mesure sur des gaz ou liquides, - mesures de distances et pointages par faisceaux laser ; - cam ra couplage de charge (cam ra CCD).

2 Comme nous pouvons le voir, le domaine est extr mement vaste, aussi nous limiterons nous aux id es g n rales et notions de bases, en essayant de pr senter un catalogue des composants disponibles sur le march . Nous nous int resserons dans un premier temps aux metteurs, puis aux r cepteur, puis aux blocs comprenant les deux l ments. 1 Emetteurs Diodes lectroluminescentes (DEL ou LED pour Ligh Emetting Diode) Le passage d un courant dans une jonction PN provoque une dissipation d nergie, habituellement sous forme thermique ; en choisissant correctement les mat riaux, on peut obtenir aussi un rayonnement lumineux, visible ou infrarouge. Caract ristiques principales La premi re caract ristique prendre en compte pour ces diodes est la longueur d ondes d mission : lumi re visible (380 nm 770 nm) ou infrarouge (770 nm 1100 nm) pour les t l commandes par exemple.

3 Sur la figure suivante est repr sent gauche la caract ristique d un LD 271 mettant dans l infrarouge 950nm avec une bande passante de 55 nm (mesur la moiti de la puissance maximale) et droite celle d une TSHA 5203 mettant dans l infrarouge galement mais 875 nm avec une bande passante de 80 nm. opto lectronique Denis Rabast 2/2 IUFM Aix Marseille L clairement, pr cis par l intensit visuelle en mcd (milli candela) pour les DEL mettant dans le visible, et par la valeur du flux lumineux (en mW) pour les diodes infrarouges, est videmment une donn e importante, l objectif tant de produire un rayonnement ; Si l objectif est une transmission d information vers un autre syst me lectronique, les diodes tant g n ralement command es en tout ou rien, les temps de commutation n cessaire pour tablir et couper le courant dans le composant d finira le d bit d information maximal (en bit par secondes).

4 L angle d mission lumineuse est une donn e important pour une t l commande par exemple : l metteur vise t-il pr cis ment le r cepteur (auquel cas un faible angle d mission de la DEL permet d envoyer plus de puissance vers le r cepteur pour la m me puissance mise) ou la vis e est elle approximative, comme dans une t l commande pour t l viseur par exemple. Le constructeur donne g n ralement l angle de rayonnement correspondant une att nuation par 2 de la puissance maximale (ici +/-25 pour la LD 271 repr sent e ci-apr s), puis une courbe repr sentant l intensit lumineuse relev e dans les diff rentes directions (coordonn es polaires gauche et cart siennes droite). Enfin la tension de seuil de la diode peut tre une donn e important pour un syst me aliment par batterie d accumulateur (une tension de seuil de 3,5 V n cessitera un l vateur de tension si l alimentation est compos e de deux accumulateurs de 1,2 V en s rie).

5 La tension aux bornes de la diode d pend galement beaucoup du courant dans la diode. opto lectronique Denis Rabast 3/3 IUFM Aix Marseille Diff rents types de LED mettant dans le domaine visible Les constructeurs proposent un choix important de LED mettant dans le domaine visible : - DEL de couleurs diff rentes, rouge, jaune, verte, orange, bleue et m me blanche (c est dire dire mettant suffisamment de couleurs pour faire du blanc). Leur luminosit est de l ordre de 10 mcd pour un courant de 10 mA. Il est noter que ces diodes pr sentes des tensions de seuil diff rentes, en cons quence de quoi il est d conseill de les brancher en parall le ; Voici quelques ordres de grandeurs pour des LED mettant dans le visible, polaris es par un courant de 20 mA : LED rouge 1,6 V ; LED orange 2,0 V ; LED jaune 2,4 V ; LED verte 2,4 V ; LED bleue 3,0 V ; LED blanche 3,5 V ; - DEL faible consommation, pour les syst mes aliment s sur batterie par exemple, qui pr sente une luminosit de 2 mcd pour un courant de 2 mA.

6 - DEL haute luminosit pour l clairage (torche lectrique) ou les DEL concurrencent par leur bon rendement les ampoules incandescence et allog nes ; la luminosit d une DEL blanche atteint 300 mcd pour un courant de 20 mA ; - DEL clignotantes (fr quence de l ordre de 3 Hz), ce qui permet de faire l conomie d un g n rateur de signaux carr s ; - DEL bicolores (3 broches) et arc-en-ciel (6 broches), la commande tant envoy e sur une des broches suivant la couleur d sir e ; - DEL avec r sistance int gr e (le constructeur pr cise alors la tension d alimentation en fonction de la luminosit d sir e). On trouvera ces composants sous forme ronde ou rectangulaire, en bo tiers de 1,8 10 mm et m me CMS, avec des angles d mission variant de 12 180.

7 Diodes laser La lumi re est un ph nom ne ondulatoire, donc caract ris par sa longueur d onde (qui d finit la couleur dans le spectre visible) et sa phase (par rapport une r f rence). Un rayon laser est compos d une lumi re monochromatique (une seule longueur d onde), dont les rayons sont tous en phase (on parle de lumi re coh rente). On obtient ainsi un rayonnement de haute nergie dont les applications sont aussi variable que la d coupe de m taux, la t l m trie et la lecture de disques optiques. Les diodes laser permettent de produire des sources lumineuses de faible puissance dont les applications vont concerner les t l communications (liaison par fibre optique), la lecture de disque optique, le pointage, la t l m trie Afficheurs sept segments et pav s lumineux (bargraphes et matrices) En regroupant 7 DEL dans un m me bo tiers, on peut r aliser un afficheur num rique (voire un afficheur hexad cimal succinct) : Kc a th o d e c om m u n eABCDEFGABFGDEC Les diodes peuvent tre connect es anode ou cathode (cas de la figure) commune.

8 Une huiti me DEL permet d afficher un point d cimal. De la m me mani re, il est possible de r aliser des bargraphes, pour la visualisation de niveaux ou des matrices (g n ralement 5 par 7 ou 5 par 8). opto lectronique Denis Rabast 4/4 IUFM Aix Marseille Alimentation de DEL Il est important de noter que quel que soit le mode d alimentation choisi, une DEL ne supporte qu une faible tension inverse (3 5 V max) ; en cons quence, si la DEL est susceptible d avoir une tension n gative ses bornes, on placera une diode de signal en antiparall le. Polarisation continue L alimentation la plus simple mettre en uvre est une polarisation continue : la DEL se comporte comme une diode classique, qui se polarise en direct pour clairer, avec un courant de polarisation de 10 mA (valeur classique) 20 mA suivant les composants, pour une tension de seuils de 1,5 V (valeur classique) 3,5 V suivant les composants.

9 C est le courant qui impose l clairement de la diode. Si on dispose d une source de tension (ce qui est g n ralement le cas), deux options sont possibles : - limiter le courant par une r sistance comme le montrent les figures suivantes : Vdd123 VddNOT12 NOT12 A gauche, on suppose que la sortie du circuit num rique est capable d absorber le courant n cessaire la DEL (ce qui est g n ralement le cas avec les CPLD et FPGA), droite une adaptation l aide d un transistor est n cessaire. Dans les deux cas des pertes importantes ont lieu au niveau de la r sistance, ce qui peut tre p nalisant pour un syst me aliment par batterie. Aussi trouvera t-on souvent les DEL aliment es par un syst me d coupage, comme le montre l exemple suivant : RSQ+_consignecourantVdd La bascule RS est r guli rement mise au NL1 par le train d impulsion ( fr quence fixe) sur son entr e S, ce qui met le transistor MOS en conduction et provoque la croissance du courant dans la DEL, croissance limit e par l inductance.

10 Lorsque le courant, mesur aux bornes de la r sistance atteint la valeur de consigne, la bascule est mise au NL0, bloquant le transistor. L nergie emmagasin e dans l inductance est alors restitu e dans la DEL, via la diode de roue libre. Le cycle recommence lors de l apparition d une nouvelle impulsion sur l entr e S de la bascule. La r sistance de mesure tant de faible valeur, les pertes sont galement tr s faibles. Si l inductance est de valeur suffisamment importante, le courant est presque continu dans la DEL. opto lectronique Denis Rabast 5/5 IUFM Aix Marseille Attaque par impulsions de courant Le courant maximal que peut supporter une DEL est limit par l chauffement produit par ce courant.