amplification de la tension de sortie d'un phototransistor

[sidyaCIM]

Bonjour à tous, je viens de m'inscrire dans ce forum et je compte beaucoup apprendre avec la communauté électronique.
Je suis entrain de réaliser un projet d'encodeur optique dont je rentrerai dans les détails si nécessaire. Actuellement je suis en phase de simulation et de test des différents éléments qui vont constitués cet encodeur.
Ma question est là suivante: J'alimente mon circuit (led+phototransistor) dont le schéma électrique nommé "circuit phototransistor et led" est représenté en pièce-jointe avec une tension de 1.75V et mesure la tension de sortie du phototransistor (au niveau du collecteur). Après plusieurs tests je trouve que l'amplitude de la tension de sortie vaut 640mV comme indiqué sur l'image en pièce-ointe nommée 'résultat de test". Mon but maintenant est d'amplifier cette tension du collecteur jusqu'à environ 1.75V. J'avais voulu mettre un ampli op mais je travaille en basse fréquence (100Hz) et en faible consommation avec une alimentation max de 2V (imposée). Je ne peux donc pas utilisé cette méthode d'amplification avec les ampli op. Il paraît que un MOS peut faire l'aire mais je sais pas comment ni avec quel schéma. Si quelqu'un a une idée sur cette méthode ou d'autres méthodes qui pourraient m'aider, je suis preneur de note.

Merci d'avance pour vos réponses !
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[gcortex]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

Un simple npn BC547 avec une petite résistance de base et une au collecteur.
En décuplant la valeur de la pull down RE. Combien ?

[sidyaCIM]

Bonjour et merci pour votre participation à cette discussion.

La résistance RE est de 1.1MΩ.

Merci d'avance !

[gienas]

Bonjour sidyaCIM et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

... La résistance RE est de 1.1MΩ ...

Hum. Une telle résistance, difficile d'être "optimiste".

D'abord, un phototransistor ne génère pas une tension, mais un courant.

Dans ces conditions, un "amplificateur" comme tu le penses n'est pas la solution. Il faut modifier la conception en tenant compte des particularités des composants imposés.

J'ai du mal à imaginer de la simulation à ce niveau. S'agissant d'optique, avec émission et réception, dans un environnement inconnu, je ne comprend pas comment le simulateur peut "tout" prévoir.

Une résistance de 1MΩ n'est pas raisonnable à cet endroit.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gcortex]

Une résistance de 1MΩ n'est pas raisonnable à cet endroit.

Bonjour, pourquoi ? @100Hz c'est suffisant pour évacuer les charges.
On peut aussi faire un préampli avec un JFET 2N3819 avec sa résistance de source.

[sidyaCIM]

gienas, la résistance de 1.1MΩ est la bonne valeur d'après nos résultats de test à l'oscilloscope car c'est avec cette valeur que le phototransistor devient saturé. La connexion entre les deux composants électronique n'étant que optique, j'ai donc placé un système d'obturation (fente) entre l'émetteur et le récepteur afin de moduler la quantité de lumière reçu par le détecteur en fonction du codage. C'est ce qui fait que nous avons une faible tension au niveau du collecteur du phototransistor. Je suis très limité en ce qui concerne les choix et là je suis un peu bloqué.

Encore d'autres idées ou suggestion ?

[gienas]

... C'est ce qui fait que nous avons une faible tension au niveau du collecteur du phototransistor. Je suis très limité en ce qui concerne les choix et là je suis un peu bloqué ...

Sans connaître la totalité du cahier des charges, il est impossible de donner des conseils. Comme on ne sait rien non plus du but de la réalisation ni de ses conditions environnementales.

Je maintiens qu'une résistance de charge, à saturation, de 1MΩ c'est casse cou. Mon jugement se base sur l'expérience.

[sidyaCIM]

Le cahier des charges nous impose une consommation de 1µA.s.
Je dois réaliser un encodeur optique de 10 bits donc dix paires de led et phototransistor. J'ai fait l'expérience avec une seule led et phototransistor pour le moment et j'ai trouvé un temps de montée de 112ns pour le phototransistor avec un courant de 63µA qui traversent la led. J'obtiens donc une consommation de 112ns*63µA*10=70pA.s. Donc pour cette partie du cahier des je suis bon à condition de pouvoir amplifier la tension obtenue au niveau de la sortie du phototransistor (640mV) car cette sortie sera relié à l'entrée d'un MCU qui ne tient en compte que des tensions supérieures ou égales à 1.65V.

Encore besoin plus de détails ? Pour le moment je suis bien parti, tous les éléments du cahier des charges sont vérifiés, il me reste juste à régler ce problème de tension de sortie.

ps: Les tests on été réalisés lorsque la lumière ambiante et la led sont allumées.

[sidyaCIM]

Je me rectifie, la résistance de 1MΩ était trouvée la plus optimum pour avoir une tension plus élevée au niveau du collecteur et non pour saturer la phototransistor !

[gcortex]

On peut aussi faire un préampli avec un JFET 2N3819 avec sa résistance de source.

Laisse 1Mohm

[sidyaCIM]

gcortex, c'est combien la tension d'alim de ce composant ( JFET 2N3819) ? est ce que c'est en dessous de 2V ou bien ?

[Vincent PETIT]

Salut,
Ton application dépend de :
- La puissance de la LED (souvent donné en mW/sr)
- De l'angle d'éclairage par rapport au phototransistor (voir la puissance relative)
- De la distance entre la LED et le phototransistor
- De la sensibilité du phototransistor (voir la courbe Ee souvent donné en mW/cm² vs courant I_C)

La valeur de la résistance d'émetteur va servir simplement à obtenir la tension, image du courant I_C. Le courant I_C dépend de la puissance lumineuse reçue par la diode, et celle-ci dépend de la puissance, de la distance et de l'angle entre la diode et le transistor. La puissance d'émission de la diode est fonction du courant qui va la traverser.

Sans aucune infos, sans valeurs des composants dans le schéma du côté de la LED, sans les docs constructeurs des composants, alors là franchement je ne vois pas du tout comment déterminer la résistance d'émetteur ?

[sidyaCIM]

Salut Vincent, l'angle est de 60°...

Voilà les références des composants que j'utilise.
Pour la led: APTD1608LSECK/J3-PF
Pour le phototransistor: SFH 3710

La résistance RE a été déterminée en plaçant un potentiomètre en série avec une résistance puis faire tourner ce potentiomètre jusqu'à obtenir une tension maximale sur le collecteur du phototransistor.

[sidyaCIM]

Vincent, j'ai oublié de te le préciser: la distance entre la led et phototransistor est de 3mm

[Vincent PETIT]

La LED n'est pas du tout adaptée au cahier des charges, on ne peut rien calculer, on est complètement hors spec. Avec cette LED il faudrait au moins 2mA pour évaluer la puissance lumineuse d'émission et ensuite faire tous les calculs pour trouver le courant dans le phototransistor.

Si tu fais passer 63µA dans la LED on ne pas calculer.

[Qristoff]

Vincent, j'ai oublié de te le préciser: la distance entre la led et phototransistor est de 3mm

Pourquoi ne pas utiliser directement une fourche optique au lieu de 2 composants séparés ?
Si je comprends correctement d'après tes explications, les couples led/phototransistors doivent fonctionner en tout ou rien (10 bits). Les sorties doivent donc prendre des états logiques pour le µC qui est derrière. Dans ce cas, pourquoi alimenter le phototransistor en 2V et non avec la tension du µC en plaçant de simples résistances de pull-up et mettre des trigger de schmitt entre le phototransistor et le µC ?

[Vincent PETIT]

Moi j'avais compris que c'était un encodeur analogique ? D'où le photo câblé en suiveur ?

Ou alors j'ai rien compris.

[jiherve]

Bonsoir,
en plaçant la charge dans le collecteur cela devrait être meilleur et un JFET en 2V j'ai des doutes.

JR

[gcortex]

Un Jfet polarisé c'est 0V, mais c'est vrai que le 2N3819 a un cut off pouvant aller jusque -8V :
http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/ptialcd/jfet/2N3819.pdf

J'ai lu que maintenant on s'en sert pour des circuits alimentés en 100mV

[jiherve]

Bonjour,

un cut off pouvant aller jusque -8V

d'où ma remarque.
JR

[sidyaCIM]

Qristoff, effectivement les leds seront reliées à la sortie du µC pour pouvoir les piloter donc seront aussi alimentées avec la tension de sortie du MCU qui est de 2V. De même pour les phototransistors ils seront reliés à l'entrée du MCU. C'est pourquoi dans mes tests j'ai choisi une alim de 2V mais en principe les composants seront alimentés avec l'alim du µC. Mais est ce tu peux développer un petit peu ton idée de fourchette optique stp ? Je t'informe que nous avons des contraintes dimensionnelles donc on peut pas choisir n'importe quelles tailles de composants pour la réalisation du capteur.

jiherve, la configuration que tu proposes est du type émetteur commun (si je te suis bien ) dans le quel la lumière entraîne la transition du signal de sortie de l'état haut à l'état bas. Jusqu'ici j'étais entrain d'utiliser l'autre configuration (collecteur commun) mais ça reste à tester si l’émetteur commun est la meilleure solution ou pas.

Vincent, oui il s'agit d'un capteur analogique dont la sortie sera traitée en digital avec un µC. En ce qui concerne le calcul du courant du phototransistor, nous avons juste mis un connecteur au niveau de l'émetteur pour mesurer le courant avec un ampèremètre, pas besoin de casse-tête ! En mettant RE à 1.1MΩ et un signal pulse sur le collecteur, on obtient bien un signal de sortie de 640mV au niveau de l'émetteur.

En tout cas jusqu'à maintenant, toujours pas de solution à mon problème mais je vous remercie quand-même. Je continue à chercher.


SidyaCIM

[Qristoff]

Mais est ce tu peux développer un petit peu ton idée de fourchette optique stp ?

Par exemple, https://fr.rs-online.com/web/p/capteurs-optiques-a-fourche/3018442/

[sidyaCIM]

Qristoff merci pour ta proposition mais cette fourche optique ne pourra pas être utilisée en raison des contraintes dimensionnelles imposées par le cahier des charges.

[Qristoff]

J'avais cru comprendre qu'il y avait 3mm entre led et phototransistor. C'est quoi le cahier des charges du capteur ?

[sidyaCIM]

Voilà les dimensions du capteur imposées par le cahier des charges:

Surface: 10*10mm
Hauteur: 6mm max.

[jiherve]

bonsoir,
à quoi ce capteur est il destiné ?
y aura t il un ou plusieurs canaux ?
JR

[sidyaCIM]

jiherve, ce capteur sera utilisé comme capteur angulaire. Il sera destiné à mesurer la position angulaire d'un objet en rotation.

[Qristoff]

Voilà les dimensions du capteur imposées par le cahier des charges:

Surface: 10*10mm
Hauteur: 6mm max.

Dommage, c'était presque bon ! 5.33x8.89 mais hauteur 8.38

[DAT44]

Bonjour,
proposition de montage avec un PNP :

[sidyaCIM]

Bonjour DAT44, merci pour cette proposition. Je vais voir si le montage marche avec la configuration type collecteur commun.