Option MPI (Zone 3)

TP n°4 : Etalonnage d'une diode au silicium

Objectif : Etudier un capteur de température : une diode au silicium.

Etude expérimentale

Important : Avant de commencer votre circuit, noter bien le numéro de la diode au silicium que vous avez utilisé.

Réaliser le montage suivant à partir de la liste de matériel ci-dessous :

Générateur de tension continue 5 V (boîtier Bora)
2 multimètres numériques
une résistance de 1 kW
une plaque de connexion
une diode au silicium montée sur un support en plexiglas

Flécher puis nommer la tension positive U_AB aux bornes de la diode (placer les points A et B sur le circuit).
Noter l'intensité I_ddu courant qui traverse la diode. Inverser la diode. Qu’observez-vous ? Interpréter.
Replacer la diode dans le sens passant.

On veut étudier la tension U_ABaux bornes de la diode en fonction de la température en traçant le graphe U=f(Température). On va pour cela faire une acquisition en utilisant le boîtier Bora relié au PC.

La température sera lue sur le thermomètre puis entrée au clavier sous synchronie.

La tension U_AB pourrait être mesurée à l’aide d’un voltmètre puis entrée au clavier. Une autre méthode consiste à utiliser le boîtier Bora comme voltmètre et envoyer le résultat de la mesure à synchronie.

Oter l’ampèremètre puis le voltmètre du circuit.

Utiliser la fiche méthode n°5 pour paramétrer le logiciel. On utilisera les paramètres suivants :

Tache n°	Paramétrages de synchronie
1	Relier le point A de la diode à l’entrée EA0 puis le point B à la masse du boîtier.
5	choisir le mode pas à pas, instantanée
6	Ne pas utiliser de capteur, Synchronie ne connaît pas le capteur que vous utilisez
7	Calibre -1/+1
8	Entrer U_AB pour le nom de la variable mesurée et V pour son unité
9	La tension U_AB est à portée en ordonnée dans la fenêtre 1 : Cocher la fenêtre 1
10	Cliquer sur 1 pour paramétrer la deuxième variable (la température)
11	Choisir le mode pas à pas, clavier dans la rubrique configuration matérielle (la température est à rentrer au clavier)
12	Entrer Température pour le nom de la variable mesurée et °C pour son unité Ne pas cocher de fenêtre (la température n’est pas à porter en ordonnée mais en abscisse)
13	Cliquer sur l’onglet Fenêtre, puis indiquer que la température est à porter en abscisse
14	Echelle en X : calibrer sur Manuelle ; minimum =0 et maximum=100 Echelle en Y : calibrer sur Manuelle ; minimum=0 et maximum=1

Appelez le professeur avant de poursuivre afin de vérifier vos paramètres d’acquisition.
Dans le ballon, verser de l'eau jusqu’à moitié avec 3 à 4 glaçons. Introduire la diode dans le ballon.
Commencer l’acquisition :
entrer 5°C pour la température
valider par entrer
Dès que cette température est atteinte, cliquer sur acquérir (synchronie mesure alors la tension correspondante)
Chauffer le ballon à l'aide d'un chauffe ballon (thermostat au maximum).
Réaliser une mesure tous les 5°C environ (en utilisant la même méthode que précédemment)

Tracé et modélisation de la courbe d’étalonnage.

Tracer avec synchronie le graphe U=f(Température)

Modéliser la droite obtenue en indiquant que l'incertitude sur la température est de 1°C, celle de la tension est de 0,001 V et que l’on souhaite avoir une précision sur la valeur affichée à 10^-3 près.

Donner l'équation de cette droite.

Utilisation de la courbe d’étalonnage.

Si la diode était placée dans une casserole d'eau bouillante, quelle serait la tension à ses bornes ?
A partir de l’équation précédente, exprimez la température en fonction de la tension U
La tension aux bornes de la diode est égale à 0,50 V. Quelle est sa température ?

Conclusion : ce qu’il faut retenir de ce TP.

La diode au silicium peut être utilisée comme capteur de température car la …………….. à ses bornes varie en fonction de la ……………….. .

Le graphique ci-dessous représente une fonction …………… dont l’équation est du type …………………… . Cette équation permet également d’exprimer la température T en fonction de la tension U :

Les capteurs

A partir d’une recherche sur Internet, donner une définition au mot capteur puis des exemples.

Exercice d’application.

On cherche à déterminer la valeur minimale de la résistance de protection utilisée dans le montage du TP.

Quelle sont les valeurs extrêmes de la tension aux bornes de la diode. L’écart est-il important ?
Calculer, en prenant les valeurs extrêmes, la valeur moyenne de la tension aux bornes de la diode
Quelle est la relation entre la tension U_g positive aux bornes du générateur, la tension U_AB aux bornes de la diode et la tension U_R positive aux bornes de la résistance ?
En déduire la valeur moyenne de U_R (en prendra la valeur moyenne de la tension aux bornes de la diode calculée précédemment et U_g=5V)
L’intensité maximale que peut supporter la diode est de 10 mA. Quelle doit être la valeur minimale de la résistance pour que cette valeur ne soit jamais dépasser ?

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Claire RANDON et Tony BOIVIN

Professeurs de sciences-physiques

Lycée Augustin Thierry 41000 Blois
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depuis le 1er septembre 2001