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Physique
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I Le capteurs de lumière

I.1 La photorésistance

Une photorésistance ou résistance photogénique ou cellule photoconductrice ou cellule photoélectrique est un composant électronique dont la résistivité varie en fonction de la quantité de lumière incidente c'est-à-dire que plus elle est éclairée, plus sa résistivité baisse.
photoresistanceSymbole photorésistance

NB : En anglais, la photorésistance est appelé LDR (Light Dependant Resistor).

La résistance varie selon la loi suivante : \(R = {R_0}{L^{ - k}}\). Avec
• R : résistance aux bornes de la photorésistance [Ω]
• R0 : résistance nominale [Ω]
• L : intensité lumineuse [Lux]
• k : coefficient propre à la photorésistance

Sa courbe de variation étant la suivante
caracteristique photoresistanceQuelques applications sont à dénombres
• Alarme ;
• Commande d'éclairage ;
• Photographie.

I.2 La photodiode

Une photodiode est un composant électronique ayant la capacité de capter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique.
photodiodeLorsque l’on éclairé une photodiode, l'intensité du courant augmente proportionnellement à l’intensité de l'éclairement reçue.
Quelques applications sont à dénombres
• Mesure quantitative de la lumière;
• Télécommande ou transmission à distance.

II. Les capteurs de température

II.1 La thermistance

Une thermistance est un composant électronique dont la résistance électrique varie en fonction de la température.
C'est l'un des principaux capteurs de température utilisés en électronique.
On distingue deux catégories de thermistances
• Les thermistances à coefficients de température négatifs (CTN) ;
• Les thermistances à coefficients de température positifs (CTP).

II.1.1 Les thermistances à Coefficients de Température Négatifs (CTN)

Les thermistances à coefficients de température négatifs (CTN) (en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des résistors dont la valeur ohmique diminue quand la température augmente et vice-versa.
ctnLa loi de variation du coefficient de température est exponentielle. \(R = A\exp \left( {\frac{B}{\theta }} \right)\)
A et B sont donnés par le catalogue du fabriquant et \(\theta \), la température.
Quelques applications sont à dénombres
Mesure et contrôle de la température ;
Limiteur d'appel de courant ;

Compensation de la dérive thermique des circuits à transistors.

NB : Le coefficient de température négatifs (CTN)

II.1.2 Les thermistances à Coefficients de Température Positifs (CTP)

Les thermistances CTP (en anglais PTC, Positive Température Coefficient) sont des résistances électriques dont la valeur ohmique augmente avec la température dans une plage de température limitée (typiquement entre 0 [°C] et 100 [°C]), mais diminue en dehors de cette zone utile.
ctpQuelques applications sont à dénombres
• Stabilisation du courant dans les postes téléphonique ;
• Protection de ligne (surtension, court-circuit) ;
• Compensation de la dérive thermique des circuits à transistors ;
• Capteur de température ;
• Protection thermique des moteurs.

III Les capteurs d’ondes

III.1 L’antenne

Une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.
L'antenne est un élément fondamental dans un système radioélectrique, ses caractéristiques dont le rendement, le gain, le diagramme de rayonnement influencent directement sa performance et sa portée.
schema antenneIl existe deux types d'antennes :
a) Les antennes d'émission
C'est un dispositif qui permet de convertir une énergie électrique en une énergie électromagnétique transportée par une onde électromagnétique
b) Les antennes de réception
Contrairement à l’antenne d’émission, il permet de convertir une énergie électromagnétique transportée par une onde électromagnétique en une énergie électrique.
Il existe plusieurs modèles d’antennes
• Les antennes filaires
antenne yagi• Les antennes à fente (exemple : antenne demi onde)
• Les antennes Patch (exemple : antenne planaire)

antenne pach• Les antennes à ouverture (exemple : antenne à cornet)
antenne a cornet• Les antennes à réflecteur (exemple : antenne parabolique)
antenne paraboliqueUne antenne isotrope est une antenne purement théorique. Elle est considérée comme une antenne qui émet avec la même puissance de rayonnement dans toutes les directions de l'espace. Une telle antenne n'a donc pas de direction de propagation privilégiée, on dit qu'elle n'est pas directive.
Les antennes sont caractérisées par leur :
a) Diagramme de rayonnement ;
L'énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l'espace, certaines directions sont généralement privilégiées : ce sont les « lobes de rayonnement ».

Le diagramme de rayonnement d'une antenne est un diagramme qui permet de visualiser les lobes d'émission dans les trois dimensions.

b) polarisation ;
La polarisation d'une antenne est celle du champ électrique de l'onde qu'elle rayonne ou qu'elle reçoit de façon privilégiée.

La polarisation d'une antenne est la caractéristique d'une antenne traduisant son adaptation à l'orientation du champ électrique de l'onde reçue.

En pratique, la polarisation est horizontale, verticale ou circulaire

c) directivité ;
La directivité correspond à la largeur du lobe principal

d) gain.
Le gain définit l'augmentation de puissance émise ou reçue dans le lobe principal.
Il est dû au fait que l'énergie est focalisée généralement dans une direction.

III.2 Le microphone

Le microphone est un capteur de pression, c'est-à-dire qu'il mesure la pression de l'air et ses variations dans le temps en un point de l'espace, Il a pour but de convertir les ondes sonores en courant électrique.
Il existe plusieurs types de microphones, qui ont tous toutefois un élément commun : la membrane, elle est une couche élastique, léger, très fin et extrêmement fragile qui va se charger de transformer la variation de la pression de l’air (onde acoustique) en vibration qui sera par la suite transformé en signal électrique.
Le microphone est caractérisée par :
• L'impédance :
c'est l'impédance propre du microphone.
• La sensibilité d'un microphone :
Elle permet de mesurer la tension électrique effective à sa sortie lorsque celui-ci est exposé à une pression acoustique de 1 Pascal (94 dB) sous une fréquence de référence de 1000 Hz.
Elle est définie en mV/Pa.
• La directivité d'un microphone :
elle indique sa capacité à être plus ou moins sensible selon l’angle de provenance d'une source sonore. Ainsi un microphone sera dit :
⇒ omnidirectionnel lorsqu'il peut capter uniformément le champ acoustique quel que soit l'angle ;
unidirectionnel lorsqu'il peut capter des sons issus d'une seule direction ;
bidirectionnel lorsqu'il peut capter des sons issus de l'avant et de l'arrière.

• La bande passante : c'est la bande de fréquence que le microphone est capable de capter.
Exemple : la bande de fréquence audible par l'oreille humaine varie de 20Hz à 20KHz.

III.3 Les types de microphone

Il existe deux principaux types de microphone :
• Les microphones dynamiques ;
• Les microphones statiques.

a) Les microphones dynamiques

Les micros dynamiques convertissent le son capté en un signal électrique grâce à un mécanisme d'électromagnétisme. C'est le même principe qu'une dynamo de vélo, un conducteur électrique se déplace dans un champ magnétique et crée un courant électrique.
Un exemple le microphone électrodynamique
Un microphone électrodynamique comporte deux éléments essentiels :
• une bobine mobile,
• un aimant fixe.

Lorsqu'une onde sonore rencontre la membrane d'un microphone, elle la fait vibrer. La membrane étant reliée à la bobine, ces vibrations sont transmises à la bobine, la bobine étant placée dans le champ magnétique créé par l'aimant, il apparaît alors un courant induit dans la bobine, et une tension entre ses bornes.
microphoneb) Les microphones statiques

Un micro statique est un micro qui a forcément besoin d'une alimentation pour fonctionner.
On peut citer comme exemple le microphone électrostatique ou à condensateur.

Pour microphone électrostatique ou à condensateur, lorsque les ondes sonores stimulent la membrane, la distance entre elle et l'armature arrière varie, entrainant la variation de la capacité du condensateur. On obtient ainsi des variations de charge, donc la production d’un courant électrique alternatif qui, une fois passé dans une résistance calibrée, va fournir une tension électrique.
microphone a condensateur

IV Les capteurs à effet piézoélectrique

L'effet piézoélectrique (du mot grec ancien « piezein » : pousser) décrit la capacité de certains corps solides à générer une charge électrique en cas de contrainte mécanique.

Un capteur piézoélectrique est un capteur utilisant l'effet piézoélectrique afin de mesurer des grandeurs physiques telles que la pression, l'accélération.

IV.1 Le capteur de pression

La pression est la force appliquée par un liquide ou un gaz sur une surface, il permet de convertir une pression mécanique en une valeur électrique.
Elle est généralement mesurée en unités de force par unité de surface.
Les unités communes sont le Pascal (Pa), le Bar (barre), N / mm2

Un capteur de pression est un instrument composé à la fois d'un élément sensible à la pression pour déterminer la pression réelle appliquée au capteur et de certains composants pour convertir cette information en un signal de sortie.

Les capteurs de pression absolue mesurent la pression par rapport à une chambre de référence (presque vide).
Les capteurs de pression manométrique - ou capteurs de pression relative - sont utilisés pour mesurer la pression par rapport à la pression atmosphérique.

La pression P exercée par une force \(\overrightarrow F \) sur une paroi S est donnée par : \(P = \frac{F}{S}\)
Unités : 1 bar = \({10^5}\) Pa; 1 Pa = 1 N/ \({m^2}\)

 Le principe de fonctionnent des capteurs de pression

Un fluide va agir sur une membrane qui va se déformer, cette déformation est ensuite mesurée par un élément sensible comme un élément piézo-électrique, une jauge de déformation. Cette valeur peut être lue directement (exemple capteur en mv/V) ou plus généralement, conditionnée par une électronique interne.
Il existe également des capteurs à sortie numérique.