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Qu’est-ce qu’un amplificateur d’isolement ?

Un amplificateur d’isolement est un amplificateur capable de transmettre des signaux tout en assurant une isolation électrique entre les signaux d’entrée et de sortie.

Les amplificateurs d’isolement sont incorporés dans les circuits d’entrée et de sortie des cartes de circuits imprimés, telles que les cartes de contrôle des micro-ordinateurs. Le but est de fournir une isolation en courant continu des signaux externes entrants et de permettre des mesures précises. À ce titre, ils sont généralement utilisés dans les instruments de mesure et les équipements médicaux.

Ils servent également à assurer la sécurité de l’utilisateur. Les caractéristiques comprennent la protection contre les chocs électriques, la séparation des signaux, les mesures contre les potentiels de terre élevés et le bruit.

Utilisations des amplificateurs d’isolement

Les amplificateurs d’isolement éliminent les courants inverses causés par des potentiels de terre élevés et protègent l’alimentation électrique. Ils peuvent également être installés dans des environnements comportant de nombreuses sources de bruit. Les utilisations spécifiques sont les suivantes :

• Véhicules ferroviaires
  Surveillance de la tension et du courant des lignes aériennes, surveillance des systèmes d’alimentation des moteurs, interfaces des signaux de commande entre les véhicules, etc.
• Équipement de production d’énergie
  Interfaces entre la production d’énergie et les unités de contrôle, surveillance de la tension terminale de chaque cellule de batterie et de chaque cellule solaire connectée en série, transmission des signaux de contrôle des conditionneurs d’énergie, etc.
• Liés à l’AF
  Interfaces entre divers capteurs et dispositifs de contrôle, transmission de signaux de contrôle pour les grandes alimentations électriques, etc.
• Autres
  Équipements médicaux, équipements de fabrication de semi-conducteurs, équipements de communication, équipements de mesure, etc.

En les incorporant aux points clés du circuit, ils fonctionnent comme une mesure de sécurité pour éviter à l’utilisateur de recevoir un choc électrique en cas de défaillance de l’équipement.

Principe des amplificateurs d’isolement

Les amplificateurs d’isolement sont un type d’amplificateur qui fait fonctionner des circuits tout en les séparant et en les isolant complètement. De cette manière, les circuits ne sont pas affectés de manière bidirectionnelle par une mise à la terre ou une alimentation commune. Les principales méthodes de transmission des signaux sont optiques, magnétiques et capacitives. Le fonctionnement de la méthode magnétique est le suivant.

Le signal d’entrée de l’amplificateur d’isolement entre d’abord dans l’amplificateur tampon 1 du côté de l’entrée. Cet amplificateur présente une impédance d’entrée élevée et une faible impédance de sortie. Un amplificateur tampon 2 similaire est prévu du côté de la sortie de l’amplificateur d’isolement.

Il existe un circuit d’isolation entre les deux amplificateurs tampons, mais les côtés entrée et sortie sont complètement isolés l’un de l’autre en termes de courant continu. Le circuit d’isolation comprend un transformateur de signal avec des éléments de commutation connectés aux bobines primaire et secondaire respectivement. Le redressement synchrone est possible en activant et désactivant simultanément les deux éléments de commutation.

Le redressement synchrone transfère alors au secondaire une tension égale à la tension du signal entrant dans le primaire. Par conséquent, même si les côtés primaire et secondaire d’un transformateur de signal sont complètement isolés, le signal peut toujours être prélevé du côté secondaire.

Caractéristiques des amplificateurs d’isolement

Les amplificateurs d’isolement présentent les caractéristiques suivantes :

• Aucune fuite de courant du côté de la sortie vers le côté de l’entrée, de sorte qu’il n’y a pas de risque de choc électrique et que la sécurité peut être assurée.
• L’amplification du signal des sections à haute tension est possible car l’amplificateur fonctionne même lorsque des tensions élevées existent entre l’entrée et la sortie.
• Il fonctionne même en présence d’un bruit extrêmement élevé entre l’entrée et la sortie, ce qui permet de rejeter le bruit en mode commun.
• Tension de tenue élevée. (De nombreux produits ont une tension de plusieurs milliers de volts).

Autres informations sur les amplificateurs d’isolement

1. Alimentation des amplificateurs d’isolement

Les transformateurs d’isolement des amplificateurs d’isolement comportent un transformateur de puissance en plus du transformateur de signal. Du côté primaire du transformateur de puissance, une onde carrée provenant de l’oscillateur est ajoutée et la même onde carrée est générée du côté secondaire.

La fréquence de l’oscillateur est réglée pour correspondre à la réponse en fréquence de l’amplificateur d’isolement – un oscillateur à onde carrée d’environ 50 kHz à 100 kHz. La tension du transformateur de puissance commande les éléments de commutation sur les côtés primaire et secondaire respectivement.

Les côtés primaire et secondaire du transformateur de puissance sont également isolés en courant continu ; les alimentations des amplificateurs tampons primaires et secondaires sont fournies par les côtés primaire et secondaire du transformateur de puissance.

2. Photocoupleurs pour amplificateurs d’isolement

Si la transmission du signal de l’amplificateur d’isolement est optique, l’on utilise un photocoupleur. Ce photocoupleur est un circuit intégré optique utilisé dans les circuits d’amplificateurs d’isolement lorsque l’entrée et la sortie sont complètement flottantes dans un circuit isolé l’une de l’autre, ou lorsque des signaux de potentiels différents sont détectés.

Qu’est-ce qu’un moteur de broche ?

Un moteur de broche est un moteur dans lequel la partie moteur de la source d’énergie et la partie rotative sont intégrées.

Comme il n’y a qu’un seul arbre rotatif, la configuration de l’équipement est simplifiée. Une broche est l’arbre rotatif d’une machine tournante.

Également appelé unité de broche, ce terme est utilisé pour les machines-outils telles que les tours. Un moteur de broche désigne donc un moteur intégré à la broche.

Les dispositifs de contrôle de la rotation composés d’un moteur, d’engrenages et de courroies ont généralement tendance à être plus compliqués à contrôler en raison du nombre de composants. De plus, ils ont tendance à augmenter la taille de l’équipement, alors que les moteurs de broche permettent d’ajouter facilement plusieurs axes rotatifs en parallèle de manière peu encombrante.

Utilisations des moteurs de broche

Les moteurs à broche sont largement utilisés à l’intérieur des machines de transformation. Voici quelques exemples d’utilisations des moteurs de broches :

• Perceuses et fraises.
• Rotation des disques durs d’ordinateurs.
• Outils de coupe tels que les scies circulaires.
• Outils de perçage et de meulage.
• Bras pour robots coopératifs et articulés.

Il existe une large gamme de produits, allant des modèles à couple élevé à ceux capables de tourner à grande vitesse. Il est possible de sélectionner le produit optimal parmi une variété de moteurs-broches en fonction de l’utilisation.

Depuis quelques années, les moteurs-broches sont également utilisés dans les robots articulés, où l’axe de rotation du bras du robot est combiné avec l’axe du moteur-broche. Grâce à leur faible encombrement, ils peuvent également être utilisés pour entraîner la rotation des disques durs.

Principe des moteurs de broche

La construction des moteurs de broche est souvent très similaire à celle des servomoteurs largement utilisés. La broche est installée sur le même axe que l’axe de rotation. Les types de moteurs utilisés sont les moteurs synchrones et les moteurs à induction.

1. Moteurs synchrones

Les moteurs synchrones sont constitués d’un rotor composé d’aimants permanents fixé à un arbre en rotation et de plusieurs stators circulaires installés à sa périphérie. Le stator est constitué d’un fil électrique enroulé autour d’un noyau de fer. Il agit comme un électro-aimant et se maintient temporairement lorsqu’il est traversé par un courant alternatif.

Comme la phase du courant alternatif change d’un moment à l’autre, la polarité des électroaimants change également avec le temps. La polarité de l’aimant permanent du rotor est fixe, de sorte que le rotor peut tourner en alternant attraction et répulsion avec le stator.

2. Moteurs à induction

Les moteurs à induction utilisent un rotor conducteur au lieu du rotor à aimant permanent des moteurs synchrones. Le rotor conducteur est souvent constitué de pièces métalliques en forme de cage.

Le principe est que le champ magnétique rotatif généré par le stator produit un courant électrique dans le conducteur du rotor, provoquant une action d’induction électromagnétique qui fait tourner l’arbre. Contrairement aux moteurs synchrones, des erreurs appelées “glissement” se produisent dans la phase de rotation, ce qui les rend inadaptés à un positionnement fin. Cependant, ils comportent moins de pièces et sont moins chers, ce qui explique qu’ils soient largement utilisés dans les produits de grande puissance.

Autres informations sur les moteurs de broche

Différences entre les moteurs de broche et les servomoteurs

La broche désigne l’arbre rotatif des équipements rotatifs industriels utilisés pour la coupe et le meulage. L’objectif principal des moteurs de broche est donc la coupe et la rectification. Des moteurs à très haute vitesse de rotation et à couple élevé sont souvent utilisés.

En revanche, les servomoteurs sont largement utilisés dans les machines de précision où une grande exactitude de positionnement est requise. Les robots d’assemblage et les équipements d’emballage automatique en sont des exemples. Les moteurs utilisent des dispositifs d’entraînement tels que des encodeurs pour détecter la position et la vitesse de rotation du rotor.

Ces informations de détection sont communiquées à un automate ou à un pilote pour mettre en œuvre le contrôle par retour d’information. Cela permet de contrôler la rotation à grande vitesse avec une grande précision. Tous les types de moteurs, qu’il s’agisse de moteurs de broche ou de servomoteurs, sont utilisables.

Toutefois, les moteurs à induction sont souvent utilisés pour les moteurs de broche et les servomoteurs de grande capacité, tandis que les moteurs synchrones sont souvent utilisés pour les servomoteurs de petite capacité.

Qu’est-ce qu’un IO à distance ?

L’IO à distance est un dispositif permettant de commander à distance des appareils de mesure, d’entrée et de contrôle dans les usines et autres installations.

Comme il est utilisé via un réseau, il ne nécessite pas de réglages de câblage compliqués et est efficace pour réduire le bruit causé par le transport de données sur de longues distances. Ces produits sont largement utilisés dans une variété d’usines aujourd’hui, où l’automatisation des usines à l’aide de l’IoT et d’autres technologies progresse afin de réduire les coûts de main-d’œuvre et d’améliorer l’efficacité de la production.

Utilisations des IO à distance

Les IO à distance sont utilisés dans l’atelier dans une variété d’installations d’automatisation d’usine. Il est utile de gérer collectivement la température, la pression, l’humidité, le courant, la tension et d’autres appareils de mesure qui doivent être mesurés et contrôlés dans une usine, par exemple dans une salle de contrôle, s’ils sont compatibles avec la communication réseau.

Il existe de nombreux produits qui prennent en charge les lignes de réseau pour divers instruments de mesure et qui doivent être sélectionnés de manière appropriée en fonction du réseau d’instruments de mesure utilisé.

Principe de l’IO à distance

Les IO à distance, également connues sous le nom d’IO distribuées, transmettent des signaux d’entrée par communication à des dispositifs maîtres tels que des PC et des API dans les usines.

1. PLC

L’API, vers lequel l’IO à distance envoie et reçoit des signaux, est l’abréviation de “Programmable Logic Controller” (contrôleur logique programmable). C’est un contrôleur utilisé pour commander des équipements et des installations. Dans les usines de fabrication, les automates programmables contrôlent le fonctionnement de divers types d’équipements, tels que les bandes transporteuses et les capteurs.

2. Réseau

Il existe de nombreux produits pour les réseaux utilisés par les IO à distance, qui sont compatibles avec les différents réseaux industriels proposés par les fabricants d’automates. Les réseaux industriels typiques sont EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link et HLS.

Les équipements de traitement gèrent de nombreux types de communication, depuis les produits qui utilisent des CPU pour le traitement à grande vitesse jusqu’à ceux qui offrent un faible coût sans CPU ni autres composants.

Configuration IO à distance

Les IO à distance se composent d’une section de communication réseau, d’une unité de traitement et d’une section de connexion reliées par un seul câble. Dans la section de connexion, de nombreux produits sont fournis avec des bornes pour diverses connexions. Cela permet de connecter des câbles de contrôle tels que des capteurs, des interrupteurs et des LED.

Certains produits prennent en charge plus de 60 connexions. Les IO à distance peuvent également être connectés en parallèle. Il est possible de les étendre relativement facilement en ajoutant des IO à distance supplémentaires en parallèle lorsque le nombre de connexions requises est insuffisant pour un OI à distance ou lors de l’introduction de nouveaux composants électroniques qui nécessitent un nouveau câblage. La section de communication réseau permet de se connecter à des automates programmables, à des SCD ou à d’autres IO déportés dans l’armoire de commande par l’intermédiaire d’un réseau.

Informations complémentaires sur les IO à distance

1. IO à distance radio

Outre la méthode câblée, dans laquelle les appareils sont reliés directement les uns aux autres par des lignes de communication, il existe également une méthode sans fil, dans laquelle un émetteur/récepteur est intégré à l’appareil et communique sans fil. Par IO à distance, l’on entend ici la commande à distance d’un équipement par des méthodes sans fil utilisant la radio.

Il existe plusieurs types de méthodes de communication radio sans fil. La méthode de communication la plus couramment utilisée est le WiFi, qui équipe notamment de nombreux appareils modernes. Cependant, l’utilisation réelle de l’IO à distance sans fil concerne surtout les secteurs industriels telles que les usines, les immeubles et les bâtiments spéciaux.

Afin de répondre à leurs exigences élevées en matière de fiabilité, les fabricants utilisent souvent leurs propres bandes de fréquences, proches de la 1G. La fiabilité de la méthode de communication dépend du savoir-faire de chaque entreprise.

2. IO à distance Ethernet

L’IO à distance Ethernet utilise une norme de communication appelée Ethernet pour l’entrée/sortie à distance d’équipements électriques et électroniques connus sous le nom d’IO à distance. Ethernet est un protocole de communication standard allant de la couche physique à la couche de liaison de données dans le modèle OSI, qui organise les fonctions nécessaires à la communication entre les dispositifs d’information.

En tant que protocole de la couche liaison de données, son rôle principal est d’assurer le transfert fiable des données au sein d’un même réseau. Plus précisément, le rôle d’Ethernet est de transférer des données d’une interface Ethernet à une autre interface Ethernet dans le même réseau.

Pour envoyer des données à partir d’une interface Ethernet, chaque bit “0” et “1” est converti d’un signal électrique en un signal physique. Le signal physique reçu par l’interface Ethernet est reconverti en un signal électrique “0” et “1”. En tant que protocole physique, la norme Ethernet normalise également la conversion des signaux physiques et l’utilisation de supports de câbles.

3. HLS

HLS est un réseau “un maître vers plusieurs esclaves” qui peut contrôler des IO numériques par lots à grande vitesse : jusqu’à 63 circuits intégrés esclaves peuvent être connectés à un circuit intégré maître et jusqu’à 2016 IO peuvent être contrôlés.

Le CI maître HLS dispose d’une mémoire intégrée pour les registres de contrôle des IO et les registres de contrôle de la communication correspondant à chaque CI esclave.

Qu’est-ce qu’une carte de sondes ?

Une carte de sondes est un instrument nécessaire à l’inspection au niveau des plaquettes dans le processus de fabrication des semi-conducteurs.

Elles sont utilisées en les attachant à l’équipement d’inspection des plaquettes. La majeure partie du coût des semi-conducteurs est déterminée par l’équipement de fabrication. Le coût du boîtier lui-même et de l’emballage a également un impact significatif au cours de la phase de fabrication. C’est pourquoi il est possible de contrôler les coûts en déterminant si un produit est bon ou mauvais au niveau de la plaquette, une fois le processus de fabrication des semi-conducteurs achevé, et en n’envoyant que les bons produits vers les processus suivants.

Une plaquette contient plusieurs centaines à plusieurs milliers de puces. L’inspection des plaquettes consiste à trier ces puces en déterminant si elles sont bonnes ou mauvaises avant de les découper en pièces individuelles et de les emballer, et les cartes sondes sont nécessaires à ce niveau.

Utilisations des cartes de sondes

L’inspection des plaquettes de silicium implique un testeur LSI : il introduit des signaux électriques, appelés motifs de test, dans la puce et évalue le motif du signal de sortie en le comparant à la valeur attendue, un prober de plaquette. Il contrôle le positionnement au niveau de la puce pour connecter avec précision les signaux aux bornes d’électrodes de chaque puce, et une carte de sonde, qui contrôle le positionnement pour atteindre avec précision des centaines, voire des dizaines de milliers de bornes d’électrodes dans la puce.

Les cartes de sondes doivent donc être fabriquées spécifiquement pour chaque modèle de puce, ce qui est coûteux en soi et nécessite une recréation en raison de l’usure due à l’utilisation, mais est essentiel en termes de coûts de production globaux. Les puces à semi-conducteurs sont utilisées un nombre incalculable de fois, non seulement dans les ordinateurs, mais aussi dans presque tous les produits de notre vie, et les cartes de sondes en sont l’un des supports.

Principe des cartes de sondes

La carte de sondes est montée sur le prober de la plaquette et sert de connecteur entre les bornes d’électrodes de la puce et le testeur LSI via le prober de la plaquette.

Des broches de contact à déversement et des broches à haute densité sont montées sur la tête de test LSI pour la connexion. Le pas de placement des bornes d’électrodes sur la puce semi-conductrice est plus étroit que la densité de placement des broches de la tête de test, à plusieurs dizaines de microns : il est nécessaire de connecter les deux par l’intermédiaire d’une carte de sondes.

Structure des cartes de sondes

La partie supérieure de la carte de sondes comporte les bornes de connexion avec la tête de test et la partie inférieure comporte les aiguilles de connexion aux bornes d’électrodes de la puce semi-conductrice.

En connectant les bornes de connexion de la tête de test et de la carte de sondes, puis en connectant les bornes d’électrode de la puce semi-conductrice et l’aiguille de la carte de sondes, une connexion électrique est formée et chaque puce semi-conductrice sur la tranche de silicium est testée en jugeant si elle est bonne ou mauvaise en fonction des signaux électriques émis par le testeur LSI.

Les cartes de sondes sont disponibles en version avancée et en version cantilever. Dans la version avancée, des blocs avec des bornes verticales sont fixés à la carte et les sondes peuvent être disposées librement pour faciliter la maintenance. Dans le cas du type cantilever, les sondes sont montées directement sur la carte sans aucun bloc, ce qui permet de s’adapter plus facilement aux bornes à pas étroit.

Informations complémentaires sur les cartes de sondes

En raison des exigences de précision et de fiabilité élevées dans l’inspection des wafers, les cartes de sondes sont souvent fabriquées à partir de substrats céramiques. Kyocera utilise par exemple des substrats céramiques monocouches et multicouches à couche mince avec métallisation pour les cartes sondes destinées aux DRAM, aux mémoires flash et aux dispositifs logiques.

En général, les connexions de signaux des circuits semi-conducteurs intégrés à grande échelle, appelés LSI ou LSI système, utilisent des connecteurs à ressort ou des connecteurs à haute densité pour leurs bornes. Les cartes de sondes servent également d’intermédiaire entre cette tête de test et la plaquette à inspecter. Comme elles exigent un haut degré de fiabilité de connexion et des fonctions de performance de test électrique, leurs mécanismes et leurs matériaux sont délicats. Des matériaux tels que la céramique sont utilisés.

Toutefois, les cartes de sondes ont une durée de vie limitée et doivent être remplacées régulièrement. La moindre déformation due à un impact physique les empêche de remplir l’usage auquel elles sont destinées et ce sont des articles consommables difficiles à réparer.

Qu’est-ce qu’un contrôleur programmable ?

Un contrôleur programmable est un dispositif de contrôle doté d’un microprocesseur intégré.

Normalement, les entrées telles que les capteurs et les interrupteurs des équipements sont transmises aux moteurs et aux écrans par l’intermédiaire de mécanismes de commande tels que des relais mécaniques et des minuteries. En revanche, un contrôleur programmable contrôle le fonctionnement de l’équipement au moyen d’un programme dans le contrôleur programmable, sans avoir besoin de relais mécaniques ou d’autres mécanismes de contrôle.

Comme il y a moins de contacts mécaniques, l’équipement peut être contrôlé sans qu’il y ait d’usure de contact et de défauts entre les composants électroniques, de dispositifs d’entrée/sortie gênants et de câblage entre les relais mécaniques pour le contrôle. De plus, le câblage électrique peut être simplifié, ce qui réduit la taille des équipements et de les produire en masse.

Utilisations des contrôleurs programmables

Les contrôleurs programmables sont utilisés dans un grand nombre de domaines, notamment les systèmes d’automatisation des usines, les automobiles, les appareils ménagers et les équipements industriels et commerciaux.

Parmi les exemples d’utilisations commerciales, l’on peut citer l’utilisation dans les grandes machines à laver et les séchoirs d’un contrôle séquentiel car ils sont moins chers et plus robustes que l’utilisation d’un PC. Un autre facteur est que l’équipement de refroidissement n’est souvent pas nécessaire car il n’y a pas de carte graphique et le microprocesseur génère peu de chaleur.

Les contrôleurs programmables peuvent être de type monobloc, dans lequel tous les composants électroniques nécessaires au fonctionnement sont intégrés, ou de type modulaire, dans lequel les différents composants fonctionnels sont sélectionnés par l’utilisateur.

Il est important de sélectionner les spécifications de la mémoire, du processeur, des bornes de sortie et d’entrée en fonction de l’équipement électronique à utiliser.

Principe des contrôleurs programmables

Un contrôleur programmable se compose d’une section d’entrée, d’une section de sortie, d’une section arithmétique et d’une mémoire. La section d’entrée est reliée à des capteurs et à des interrupteurs et, sur la base des informations d’entrée, la section arithmétique les traite en fonction du code de programme contenu dans la mémoire et les transmet à des moteurs, à des écrans et à des dispositifs de communication.

Si vous souhaitez modifier le fonctionnement des équipements électroniques contrôlés par le contrôleur programmable, vous n’avez pas besoin de modifier le câblage ou d’autres composants. Il suffit de modifier le code du programme, ce qui permet de gagner du temps et de réduire les coûts de main-d’œuvre.

Les programmes utilisés dans les contrôleurs programmables comprennent la méthode de l’échelle, la méthode SFC, la méthode de l’organigramme et la méthode de l’échelle à degrés, la méthode de l’échelle étant la plus courante. La méthode de l’échelle est une méthode d’écriture de programmes sur un PC dans laquelle les symboles tels que les relais, les interrupteurs et les minuteries sont connectés entre deux lignes droites parallèles, comme une échelle.

La caractéristique de cette méthode est qu’elle est facile à apprendre car le code du programme peut être créé par des opérations visuelles.

Autres informations sur les contrôleurs programmables

1. La différence entre un contrôleur programmable et un séquenceur

Si vous travaillez dans le domaine de la production, vous entendrez peut-être parler de séquenceur. En fait, il n’y a pas de différence entre un contrôleur programmable et un séquenceur.

Séquencer fait référence au nom commercial des contrôleurs programmables de Mitsubishi Electric. Il a été commercialisé sous le nom de Séquenceur en tant que dispositif mécanique permettant le contrôle des séquences.

Comme il a été complètement accroché en tant que nom pour décrire une fonction, il est également utilisé aujourd’hui comme un autre nom pour le contrôleur programmable.

2. Connexion du contrôleurs programmables au PC

Un PC est généralement utilisé pour stocker un programme dans un contrôleur programmable. Chaque société qui commercialise des automates vend un logiciel PC pour l’édition du programme, qui est utilisé pour stocker le programme.

Les signaux sériels sont utilisés depuis longtemps pour la connexion à un PC. De nombreux PC anciens étaient équipés d’un port série permanent, mais de nos jours, les ports série sont rares.

Les signaux sériels nécessitaient également des ports COM correspondants ou l’installation de pilotes spéciaux. Ces dernières années, le montage de séquences est souvent effectué à l’aide de ports USB. Ils ne nécessitent pas d’adaptation des ports COM et sont connus grand public.

Si un réseau est construit à l’aide d’Ethernet, l’édition peut maintenant être effectuée à partir du port Ethernet vers plusieurs contrôleurs.

Qu’est-ce qu’un voltmètre ?

Un voltmètre est un appareil qui mesure la tension entre deux points à mesurer. L’on distingue principalement les voltmètres numériques et les voltmètres analogiques. Les voltmètres numériques utilisent un convertisseur A/N pour convertir la tension d’entrée en une valeur numérique et l’afficher numériquement, ce qui permet des mesures très précises.

Les voltmètres analogiques, quant à eux, sont une combinaison d’un ampèremètre et d’un diviseur de tension. Ils se caractérisent par le fait que la valeur de la tension peut être approximativement déterminée à partir de la position de l’aiguille du compteur. Les voltmètres à courant alternatif convertissent généralement le courant alternatif en courant continu à l’aide d’un circuit redresseur et mesurent et affichent la tension. Cependant, la mesure des ondes de distorsion est moins précise que celle des ondes sinusoïdales.

Utilisations des voltmètres

Les voltmètres sont utilisés dans un large éventail d’utilisations, notamment le réglage et l’inspection sur les lignes de production, la surveillance de l’état de fonctionnement de divers types d’équipements et la mesure de la température et de l’humidité en combinaison avec des capteurs.

Chaque modèle de voltmètres a une plage de tension de mesure définie, il est donc nécessaire de choisir le modèle approprié en fonction de l’utilisation prévue. Selon l’objet de la mesure, l’impédance d’entrée du voltmètre peut affecter le fonctionnement du circuit, entraînant des erreurs de mesure, il faut donc en tenir compte.

Il est important de clarifier les exigences de performance du voltmètre et de choisir un voltmètre qui répond à ces exigences, par exemple en choisissant un voltmètre dont la précision de mesure est supérieure d’un ordre de grandeur, en particulier lorsqu’une mesure précise est requise.

Principe des voltmètres

Les principes de fonctionnement des voltmètres numériques et analogiques sont décrits ci-dessous.

1. Voltmètres numériques

Les voltmètres numériques se composent d’un convertisseur d’entrée, d’un convertisseur A/N et d’une unité d’affichage. Le convertisseur d’entrée se compose d’un amplificateur et d’un diviseur de tension et ajuste la tension à mesurer entre deux points de manière à ce qu’elle se situe dans la plage de tension d’entrée du convertisseur A/N. En d’autres termes, l’amplificateur amplifie la tension à mesurer entre deux points.

L’amplificateur amplifie la tension mesurée lorsqu’elle est faible et le diviseur de tension divise la tension mesurée lorsqu’elle est élevée, afin que le convertisseur A/N puisse la convertir en une valeur numérique avec une grande précision. La valeur numérique convertie par le convertisseur A/N est affichée sur l’écran sous forme de tension après conversion des effets de l’amplificateur et du diviseur de tension.

L’impédance d’entrée du convertisseur peut être réglée à un niveau relativement élevé, ce qui minimise l’effet sur le circuit auquel le voltmètre est connecté et permet une mesure très précise de la tension.

2. Voltmètres analogiques

Les voltmètres analogiques se composent d’un ampèremètre et d’un diviseur de tension. Lorsque la sonde du volmètre est reliée à deux points du point à mesurer, le courant obtenu en divisant la tension entre les deux points par la somme de la résistance du diviseur de tension et de la résistance interne de l’ampèremètre s’écoule dans l’ampèremètre. L’aiguille du compteur oscille en fonction de la valeur du courant, qui est la valeur de la tension obtenue en multipliant la valeur du courant par la somme de la valeur de la résistance du diviseur de tension et de la valeur de la résistance interne de l’ampèremètre.

L’aiguille du compteur ne peut être lue visuellement qu’à environ 1 % de la pleine échelle. Cela est nettement moins précis que les voltmètres numériques, qui peuvent mesurer avec une erreur de 0,1 % ou moins. Les ampèremètres utilisés dans les voltmètres analogiques sont principalement du type à bobine mobile utilisant des aimants permanents, mais le type à bande mobile utilisant des électro-aimants est également utilisé dans certaines applications. Le type à bande de fer mobile présente l’avantage de pouvoir mesurer la valeur effective du courant alternatif sans avoir recours à un circuit de redressement.

Comment utiliser un voltmètre

Les voltmètres peuvent être connectés en parallèle au circuit testé pour mesurer la tension. Dans le cas de la mesure de la tension continue, en plaçant la sonde de la borne Hi du côté du potentiel élevé et la sonde de la borne Lo du côté du potentiel faible, la tension à la borne Hi par rapport au potentiel à la borne Lo est affichée. Avec les voltmètres analogiques à courant continu, le fait de connecter le côté bas potentiel à la borne Hi et le côté haut potentiel à la borne Lo peut entraîner le compteur dans la direction opposée et le faire tomber en panne, il faut donc faire très attention.

En revanche, lors de la mesure de la tension alternative, les voltmètres numériques et analogiques convertissent la tension en tension continue via un circuit redresseur, il n’est donc pas nécessaire de faire attention aux bornes Hi et Lo. Les voltmètres analogiques requièrent également de l’attention lorsqu’ils mesurent des tensions élevées. Si une tension supérieure à la plage de mesure est appliquée, non seulement l’aiguille du compteur se décale, mais le compteur lui-même peut griller en raison de l’importance du flux de courant.

Si la valeur de la tension du circuit testé n’est pas connue, mesurez la plage de tension maximale pour déterminer la plage de mesure appropriée, puis passez à cette plage de mesure pour une nouvelle mesure. Les voltmètres numériques ne nécessitent pas la même procédure de vérification que les voltmètres analogiques, sauf si la tension à mesurer dépasse la valeur nominale maximale du voltmètre.  Le convertisseur d’entrée est en effet conçu pour résister à des tensions élevées et dispose d’une fonction de plage automatique qui définit automatiquement la plage appropriée.

Qu’est-ce qu’une machine à couler sous pression ?

Une machine à couler sous pression est un équipement qui fait fondre un métal ou un alliage à grande vitesse et le verse dans un moule pour le couler.

Les machines à couler sous pression permettent de fabriquer en série des produits de même forme avec une grande précision, ce qui réduit la charge de travail des opérateurs. Elles sont également efficaces lorsque l’on utilise des métaux à faible point de fusion, tels que l’aluminium et le zinc. Ces métaux sont en effet plus faciles à fondre et à couler dans les moules.

En revanche, il est difficile d’utiliser des machine à couler sous pression pour les métaux à point de fusion élevé , d’autres méthodes doivent être utilisées pour le moulage. Un autre avantage des machines à couler sous pression est que la surface du produit est si lisse que le processus de polissage peut être omis.

L’absence de polissage permet de réduire le temps et les coûts de fabrication du produit.

Utilisations des machines à couler sous pression

Les machines à couler sous pression sont utilisées dans un grand nombre d’industries. Elles sont notamment utilisées dans la fabrication de pièces automobiles, d’équipements électroniques et de matériaux de construction. Récemment, des machines à machines à couler sous pression ont été développées : elles utilisent des matériaux respectueux de l’environnement afin de réduire les déchets de produits et d’augmenter la durabilité.

1. Pièces automobiles

L’aluminium est utilisé dans la fabrication d’une grande variété de pièces automobiles, allant de composants tels que les blocs moteurs et les culasses à de petits éléments décoratifs tels que les emblèmes et les poignées de porte. L’utilisation d’alliages d’aluminium légers et très rigides peut notamment améliorer le rendement énergétique et la sécurité des véhicules.

2. L’électronique

Dans le domaine de l’électronique, les alliages d’aluminium sont utilisés dans la fabrication de pièces métalliques utilisées dans les smartphones, les tablettes et les appareils photo numériques. Il s’agit par exemple des supports d’objectif et des boutons d’obturateur des appareils photo, ainsi que des cadres en aluminium des smartphones.

3. Matériaux de construction

Dans les matériaux de construction, les machines de moulage sous pression sont utilisées pour produire des pièces de formes petites à grandes et complexes, telles que les boutons et poignées de porte, les charnières de volets, les murs-rideaux et les panneaux de façade qui décorent l’extérieur des bâtiments.

Principe des machines à couler sous pression

Le principe de la fabrication de produits à l’aide de machines à couler sous pression consiste à créer un moule adapté à la forme et à y verser du métal liquide. Les machines à couler sous pression utilisent des pistons à commande hydraulique, qui nécessitent un certain niveau de pression.

Le métal liquide tel que l’alliage d’aluminium, appelé métal en fusion, est versé dans le moule relié à la machine de coulée sous pression. Le moule dans lequel le métal fondu est versé est soumis à une pression interne. Il faut donc veiller à ce que le moule ne soit pas trop serré, sinon le métal fondu risque de s’échapper par les interstices du moule.

Par exemple, pendant la coulée, les machines à couler sous pression  sont soumises à une forte pression pour maintenir les moules en place. Lorsque le métal liquide versé dans le moule est refroidi, il en résulte un produit durci qui épouse la forme du moule.

Types de machines à couler sous pression

Les machines à couler sous pression sont classées en deux types :

1. Systèmes à chambre chaude

Le système à chambre chaude tire son nom de la section d’injection, qui injecte le métal en fusion, et du four de stockage du métal en fusion, qui sont intégrés et la section d’injection est constamment chauffée. La section d’injection étant constamment chauffée, elle est utilisée pour couler des matériaux dont la température de fusion est basse du point de vue de la sécurité et de la durabilité des composants. Un avantage majeur est que le métal fondu peut être injecté efficacement.

2. Système de chambre froide

Le système de chambre froide tire son nom du fait que la section d’injection, où le métal en fusion est injecté, et le canal de stockage du métal en fusion sont séparés et que la section d’injection n’est pas chauffée en permanence. Le four de stockage du métal en fusion étant indépendant, il est utilisé pour la coulée de matériaux à haute température de fusion. L’injection de métal en fusion est nécessaire pour chaque produit, et la production tend à prendre beaucoup de temps.

Autres informations sur les machines à couler sous pression

Machines à couler sous pression

Les moules des machines à couler sous pression sont principalement responsables de la détermination de la forme et du changement de température.

1. Détermination de la forme
Le moule détermine la forme générale et détaillée du produit, ainsi que les petites rainures et les trous, car le produit est fabriqué en fonction du moule. La précision de la forme du moule est un point important car elle affecte directement la qualité du produit.

La position de la porte de coulée du métal en fusion et l’écoulement du métal en fusion dans le moule sont déterminés en fonction de la forme du produit et du nombre de produits à fabriquer en même temps. Si le moule est gênant et que le produit ne peut pas être retiré, le produit est retiré en ajoutant un mécanisme pour déplacer le moule à un angle ou en poussant le cylindre hydraulique vers l’extérieur.

2. Changements de température
Les produits moulés sous pression sont fabriqués en refroidissant et en solidifiant le métal en fusion. Le moule, qui détermine la qualité du produit, est un élément très important de la machine à couler sous pression. De plus, la création d’un moule peut prendre plusieurs mois et les coûts associés à la création d’un moule représentent une part importante des coûts de production.

Si un moule est défectueux ou endommagé au cours de la production de masse, la production doit être interrompue. Il convient de noter qu’en plus d’une réduction significative de la capacité de production, il existe également des coûts supplémentaires liés à l’entretien des moules.

Qu’est-ce qu’une diode à petit signal ?

Les diodes à petit signal sont des diodes qui fonctionnent à des courants relativement faibles de quelques centaines de mA ou moins.

Elles sont utilisées dans le redressement et la commutation pour convertir le courant alternatif en courant continu, et dans la génération de tensions constantes. L’utilisation la plus connue est la démodulation.

La démodulation signifie que les ondes radio, qui combinent un signal porteur à haute fréquence avec un signal audio à basse fréquence, sont émises sous forme de signal audio vers un dispositif de sortie audio. Elles utilisent la capacité de la diode à ne détecter que les signaux à basse fréquence.

Utilisations des diodes à petit signal

Les diodes à petit signal sont utilisées dans les produits électroniques qui traitent de petits signaux et effectuent des opérations électriques, en particulier dans les applications à haute fréquence telles que les équipements électriques, les instruments de précision et les récepteurs radio, ainsi que dans les opérations de commutation.

Lors de la sélection des diodes, il convient de prêter attention à leurs valeurs nominales maximales et à la polarisation qui peut être appliquée en raison de leur fonctionnement à petit signal. S’il existe une possibilité de flux de courant excessif, un circuit de protection doit être installé pour empêcher le flux de courant excessif à travers la diode.

Principe des diodes à petit signal

Le principe des diodes à petit signal réside dans le fonctionnement de leur circuit caractéristique. Il utilise les phénomènes physiques se produisant à l’interface de la jonction PN des diodes à semi-conducteur et à l’interface de la jonction entre le métal et le semi-conducteur. Il utilise l’action de redressement se produisant dans les sens direct et inverse de la caractéristique I-V.

Le fonctionnement des petits circuits électriques est décrit en fonction de leurs fonctions typiques : commutation, redressement et génération d’une tension constante.

1. Fonctionnement par commutation

Lorsqu’une tension est appliquée à une diode, celle-ci est utilisée comme interrupteur, sa fonction étant de permettre au courant de circuler dans un seul sens. Lorsqu’une tension est appliquée dans le sens direct, le courant circule, ce que l’on appelle le fonctionnement à l’état passant. Dans le sens inverse, aucun courant ne circule même si une tension est appliquée, ce que l’on appelle le fonctionnement à l’état bloqué.

Les diodes à barrière Schottky et les diodes PIN sont utilisées comme diodes pour la fonction d’interrupteur avec une fréquence de fonctionnement relativement élevée. Elles permettent en effet une commutation rapide pour de faibles courants.

2. Circuits de redressement

La rectification est une opération de circuit qui convertit le courant alternatif en courant continu en utilisant la propriété de la diode de faire circuler le courant dans un seul sens. Normalement, le courant est un courant de demi-fréquence qui ne passe pas dans le sens négatif. Toutefois, lorsque des diodes sont connectées dans un circuit en pont, la partie négative du courant alternatif est convertie en positif et alimentée. Cela permet de convertir le courant en un courant continu de pleine fréquence.

3. Génération d’une tension constante

Il s’agit d’une opération de circuit dans laquelle les diodes Zener sont souvent utilisées. Une diode Zener est une diode capable de générer une tension constante sur une certaine plage, indépendamment du courant inverse. Ces diodes sont utilisées dans les circuits pour générer des tensions constantes et également comme circuits de protection.

Autres informations sur les diodes à petit signal

1. Exemples de construction de diodes à petit signal

Les structures des diodes à petit signal peuvent être classées en deux grandes catégories : les diodes planaires et les diodes mesa.

Type planaire
Le type planaire est la structure semi-conductrice la plus couramment utilisée : une couche de diffusion d’impuretés est formée près du film d’oxyde à la surface du semi-conducteur en silicium afin de créer une jonction PN pour la diode. Il est possible de construire les diodes nécessaires dans différentes parties du circuit intégré en termes de circuit. Cette structure peut être largement utilisée comme bloc de circuit à l’intérieur du circuit intégré, en plus des applications discrètes de diodes à petit signal

Type Mesa
Le type mesa a la particularité de former la jonction PN en forme de montagne verticale. En particulier, la zone de la partie de type N peut être élargie grâce à sa structure, ce qui permet d’obtenir une tension de résistance inverse relativement élevée. Cette structure est souvent utilisée dans les diodes à petit signal pour le redressement, en tirant parti de cette caractéristique.

2. Diodes à petit signal de type réseau

Lorsque des diodes à petit signal sont utilisées dans divers circuits, plusieurs diodes peuvent être utilisées. Les diodes à petit signal de type réseau conviennent dans de tels cas.

Il existe également des produits qui intègrent des diodes à petit signal dans un seul boîtier ou, par exemple, un réseau combiné de diodes Zener et de diodes à barrière Schottky. Ces produits sont utiles, par exemple, lorsque la tension Vf des diodes doit être divisée dans le circuit.

Qu’est-ce qu’un capteur optique ?

Un capteur optique, également appelé “élément récepteur de lumière”, est un dispositif à semi-conducteur. C’est l’un des dispositifs auxiliaires qui détecte diverses propriétés de la lumière en les convertissant en signaux électriques et c’est un dispositif accessoire qui compose une machine. La technologie de la détection optique est utilisée comme méthode de détection de la lumière. Il existe différents types de capteurs de lumière pour toutes sortes de situations. Une large gamme de capteurs a été développée, depuis ceux qui détectent si un objet lumineux se trouve dans une valeur spécifiée et qui passent s’il est allumé et échouent s’il est éteint, jusqu’aux types de capteurs qui fournissent une notification et aux capteurs très sensibles qui peuvent détecter des photons uniques.

Le capteur optique est également utilisé dans les détecteurs de mouvement pour les portes automatiques. La réponse du capteur est rapide, il n’y a donc pas de décalage supplémentaire. De plus, comme ils fonctionnent en détectant la lumière, ils n’ont pas besoin d’être en contact avec des personnes ou des objets, et ils n’entraînent pas de contamination des objets qu’ils détectent. Le capteur peut donc être utilisé en toute tranquillité. Pour ces raisons, un capteur optique est utilisé dans des applications industrielles et grand public.

La lumière comprend la lumière visible et la lumière invisible, comme les rayons ultraviolets et infrarouges. Par conséquent, lors de la sélection d’un capteur optique, il est nécessaire de choisir un capteur adapté à la longueur d’onde.

Il existe deux types de capteurs de lumière : ceux qui utilisent des semi-conducteurs tels que les photodiodes et ceux qui utilisent des tubes photomultiplicateurs.

Utilisations des capteurs optiques

Ces dernières années, l’automatisation des appareils de notre vie quotidienne s’est accrue et les applications des capteurs optiques se développent. Les télécommandes de téléviseurs et d’équipements audio en sont des exemples typiques. Ces télécommandes se déplacent en réponse à des rayons infrarouges, d’où l’utilisation de capteurs optiques pour les rayons infrarouges. Ils sont également utilisés dans les autofocus et les capteurs d’image des appareils photo. D’autres capteurs de lumière sont également utilisés dans les robinets de lavabos, qui s’allument et s’éteignent automatiquement lorsqu’ils détectent la main d’une personne.

Dès que vous sortez de chez vous, des capteurs de lumière sont utilisés partout dans notre vie quotidienne.

Dans les distributeurs automatiques de billets (DAB), les capteurs optiques sont utilisés pour la “détection des cartes”, la “détection des billets” et la “détection des mécanismes internes”. Dans les distributeurs de billets, ils sont utilisés pour la “détection de pièces” et la “détection de billets”. Un capteur de mouvement est utilisé pour allumer l’éclairage lorsque quelqu’un entre dans les toilettes, et pour éteindre l’éclairage lorsque personne n’est dans les toilettes, ce qui contribue à l’économie d’énergie.

Les capteurs optiques sont également utilisés pour tester la teneur en sucre des fruits, et la demande augmente car ils peuvent mesurer la teneur en sucre sans endommager le fruit. La teneur en sucre peut également être mesurée en appliquant le principe selon lequel plus il y a de sucre et de composants acides dissous dans le jus de fruit, plus l’indice de réfraction de la lumière est élevé.

Ils ont également été appliqués à l’astronomie. Dans le passé, les images astronomiques étaient enregistrées sur des plaques photographiques sèches, mais depuis les années 1990, les dispositifs à couplage de charge (CCD) ont été adoptés.

Technologie des capteurs optiques

Ces dernières années, la technologie des capteurs optiques a fait des progrès remarquables. Dans le domaine industriel, le contrôle non destructif est une méthode d’inspection qui permet d’examiner l’état d’un objet sans le détruire. Dans cette méthode d’inspection, un objet est exposé à un rayonnement ou à des ondes ultrasoniques afin de déterminer le degré de dommage sans détruire l’objet. Les capteurs optiques utilisent une méthode appelée spectroscopie dans le proche infrarouge, qui s’apparente à ce type de méthode d’inspection. La spectroscopie dans le proche infrarouge est utilisée dans les capteurs spectroscopiques dans le proche infrarouge et est un mécanisme qui n’affecte pas l’objet observé. Les rayons infrarouges sont classés en “rayons infrarouges proches”, “rayons infrarouges moyens” et “rayons infrarouges lointains”, parmi lesquels les capteurs spectraux dans le proche infrarouge traitent les rayons infrarouges proches.

Les capteurs spectroscopiques dans le proche infrarouge peuvent observer une large gamme de matériaux, des matériaux inorganiques aux matériaux organiques. Par exemple, ils sont utilisés en conjonction avec l’apprentissage automatique pour vérifier la détérioration du béton dans les matériaux inorganiques, et dans les matériaux organiques pour observer la quantité de graisse dans le corps des personnes et des poissons.

Ainsi, la technologie des capteurs optiques continue d’évoluer, non seulement dans un domaine, mais aussi en intégrant des technologies supplémentaires.

Principe des capteurs optiques

Il existe de nombreuses méthodes de détection pour les capteurs optiques. Les deux principaux types sont le type à transmission et le type à rétro-réflexion. Le type transmissif nécessite un projecteur émettant de la lumière et un récepteur recevant de la lumière, et réagit lorsqu’il y a un obstacle entre eux. Dans le type rétro-réfléchissant, le projecteur et le récepteur sont intégrés dans une seule unité, et la lumière émise par le projecteur est détectée lorsqu’elle est interrompue par un réflecteur qui la renvoie.

Il existe également deux types de capteurs, l’un utilisant l’effet photoélectrique interne et l’autre l’effet photoélectrique externe.

Effet photoélectrique interne

Ce type de capteur utilise des semi-conducteurs, comme les photodiodes, et utilise l’effet photovoltaïque ou photoconducteur. Les cellules au silicium couvrent le domaine de la lumière visible, tandis que les cellules au germanium couvrent les longueurs d’onde de l’UV à l’IR. Les CCD, souvent utilisés dans les appareils photo, se situent dans le domaine de la lumière visible.

Effet photoélectrique externe

Lorsque la lumière est irradiée, les électrons sont éjectés de la cathode et collectés sur l’anode pour être amplifiés et détectés. Les capteurs utilisant des tubes photomultiplicateurs peuvent détecter une large gamme allant de la région ultraviolette du vide à 1700㎛. Les capteurs utilisant des phototubes peuvent également détecter de la lumière ultraviolette à la lumière visible.

Caractéristiques des produits à capteurs optiques

Les produits à capteurs optiques sont disponibles dans les types suivants, qui sont conçus pour correspondre à la cible de détection et ont des caractéristiques dans le chemin optique.

1. Capteur photo transmissif

La lumière émise par l’élément émetteur de lumière a une structure en forme de U, les deux éléments se faisant face, de sorte que la lumière émise par l’élément émetteur de lumière frappe l’élément récepteur de lumière à une certaine distance entre eux. La lumière émise par l’élément émetteur de lumière est mesurée à la sortie de l’élément récepteur de lumière, qui varie en fonction de l’obstruction.

2. Capteur photo séparé

L’élément émetteur de lumière et l’élément récepteur de lumière sont séparés dans un boîtier, et la distance entre les capteurs longs peut être réalisée pour permettre n’importe quel réglage souhaité.

3. Capteur photo réfléchissant

Les éléments émetteurs et récepteurs de lumière sont alignés dans la même direction ou montés à un certain angle. La lumière émise par l’élément émetteur de lumière est projetée sur un objet détectable donné et la lumière réfléchie par cet objet est mesurée par l’élément récepteur de lumière.

4. Capteur photo à prisme

Les éléments émetteurs et récepteurs de lumière sont alignés dans la même direction et montés sur un prisme entre les éléments émetteurs et récepteurs de lumière pour effectuer des mesures.

5. Photocapteur à actionneur

En combinant un capteur photo transmissif avec un actionneur (levier) qui tourne, le capteur est fermé par le levier pour effectuer une discrimination mécanique.

Qu’est-ce qu’un photocoupleur ?

Un photocoupleur est un élément capable d’isoler électriquement les circuits d’entrée et de sortie lors de la transmission de signaux du côté de l’entrée vers le côté de la sortie.

Il est également appelé opto-isolateur ou isolateur optique. Dans un photocoupleur, le signal électrique d’entrée est d’abord converti en signal optique à l’aide d’un élément émetteur de lumière, puis le signal optique est reconverti en signal électrique à l’aide d’un élément récepteur de lumière pour former le signal de sortie.

Cela signifie que les signaux peuvent être transmis même lorsque le circuit du côté de la sortie n’est pas connecté électriquement au circuit du côté de l’entrée. Ce niveau élevé d’isolation est la principale raison de l’utilisation des photocoupleurs. Une autre caractéristique est leur durée de vie relativement longue en tant que moyen de transmission de signaux.

Utilisations des photocoupleurs

Les photocoupleurs sont utilisés dans les équipements où une grande fiabilité est requise en raison de leurs propriétés isolantes et de leur longue durée de vie. Il s’agit par exemple d’équipements électroniques médicaux.

Dans les équipements audio et de communication, où un faible niveau de bruit est requis, les photocoupleurs servent à transmettre les signaux des circuits numériques aux circuits analogiques, empêchant ainsi le bruit de pénétrer dans les circuits analogiques.

Les photocoupleurs sont également utilisés dans les équipements qui entraînent des moteurs. Les moteurs commandés par onduleur sont largement utilisés de nos jours, mais la génération de bruit est inévitable dans le contrôle de la vitesse de rotation. Ce bruit peut s’infiltrer dans l’équipement et provoquer des dysfonctionnements, c’est pourquoi les signaux sont transmis via des photocoupleurs afin de bloquer le bruit du moteur.

De plus, ils sont également utilisés pour la transmission de signaux entre des dispositifs fonctionnant sur des alimentations indépendantes. Le risque d’électrocution est particulièrement élevé lorsque l’appareil est connecté à des dispositifs flottants, mais s’il est connecté via un photocoupleur, la sécurité peut être assurée car l’appareil est isolé des dispositifs flottants.

Principe des photocoupleurs

Comme mentionné ci-dessus, un photocoupleur est une unité combinant un élément émetteur de lumière tel qu’une diode électroluminescente et un élément récepteur de lumière tel qu’un phototransistor, ces éléments étant enfermés dans un boîtier qui bloque la lumière de l’extérieur. Les éléments émetteurs et récepteurs de lumière sont montés à proximité les uns des autres et, lorsque l’élément émetteur de lumière est allumé, l’élément récepteur de lumière passe de l’état éteint à l’état allumé, ce qui constitue le principe de la transmission du signal par le photocoupleur.

Le dispositif émettant le signal est connecté à la borne d’entrée du photocoupleur et l’élément émetteur de lumière est allumé/éteint. Le dispositif recevant le signal est connecté à la borne de sortie du photocoupleur via une résistance pull-up de quelques kΩ à l’alimentation électrique. Avec cette configuration, la borne de sortie du photocoupleur est égale à la tension d’alimentation lorsque l’élément électroluminescent est éteint, et se situe autour de 0,1V – 0,3 lorsque l’élément électroluminescent est allumé.

En d’autres termes, des impulsions apparaissent en réponse à l’activation/désactivation de l’élément émetteur de lumière par le dispositif émettant le signal, et le dispositif du côté récepteur reçoit ces impulsions et procède au traitement du signal. De cette manière, le photocoupleur couple les circuits d’entrée et de sortie par l’intermédiaire de la lumière, mais il n’y a pas de connexion électrique entre eux et ils sont isolés.

Types de photocoupleurs

Il existe plusieurs types de photocoupleurs avec des éléments différents, en fonction de l’application. Les éléments typiques sont les suivants :

1. Photocoupleurs de sortie à transistor

Il s’agit de la configuration de base des photocoupleurs. Elle reste la plus utilisée sur le marché en raison de son faible prix et de sa grande polyvalence. Il existe des produits présentant diverses caractéristiques telles qu’un rendement de conversion élevé, une tension de tenue élevée et un faible entraînement d’entrée. Ils ont un large éventail de fonctions et leurs principales applications sont l’isolation des signaux, la détection de la rétroaction et les commutateurs isolés.

2. Photocoupleurs à sortie IC

Afin d’atteindre des vitesses élevées et des fonctions spécifiques, le photocoupleur est un circuit intégré doté d’un élément récepteur de lumière. Ils sont capables de transmettre des signaux à grande vitesse, de 1 à 50MHz, alors que les types de sortie à transistor ne peuvent transmettre que des signaux de quelques kHz à une douzaine de kHz au maximum. Les photocoupleurs à sortie IC peuvent être classés en trois catégories :

• Groupes de produits conçus pour la transmission à grande vitesse de signaux logiques
• Groupes de produits dotés d’une fonction de pilotage pour les éléments d’alimentation externes
• Groupes de produits avec fonctions de rétroaction courant/tension

3. Photocoupleurs à sortie triac

Utilisés comme interrupteurs d’isolement pour contrôler directement des charges CA telles que des moteurs et des solénoïdes directement connectés à des alimentations électriques commerciales de 100V ou 200V utilisées dans les maisons, les bureaux et les usines. En utilisant des triacs à tension de claquage élevée, il est possible de commander des charges CA ON/OFF avec des courants infimes d’environ 10mA ou plus, tout en les isolant électriquement.

L’élément seul ne peut contrôler que des courants alternatifs d’environ 100mA, mais en l’utilisant comme pilote pour un triac externe, il est possible de contrôler des courants alternatifs allant jusqu’à plusieurs A.

4. Photocoupleurs de sortie MOSFET

Ce dispositif comporte deux MOSFET connectés à la source commune dans l’étage de sortie et a la même fonctionnalité qu’un relais mécanique. La caractéristique du MOSFET est qu’il peut fonctionner non seulement comme un simple commutateur, mais aussi comme un commutateur de signaux analogiques.

Autres informations sur les photocoupleurs

Fluctuations de sortie et durée de vie des photocoupleurs

Le coefficient de transfert de courant (CRT) est un paramètre caractéristique des photocoupleurs. Le facteur de transfert de courant est le rapport entre le courant de sortie (IC) et le courant direct d’entrée (IF) et est équivalent au facteur d’amplification du courant continu (hFE) d’un transistor.

• La valeur varie en fonction de l’IF
• Influencé par la température ambiante
• Il diminue progressivement avec le temps

Il faut en tenir compte lors de la conception des circuits. Cela signifie que si le coefficient de transfert de courant fluctue en raison de changements environnementaux ou au fil du temps, le courant de sortie changera, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement du circuit. Il est donc important d’examiner la valeur de l’IF, la valeur de la résistance d’excursion haute, etc. de manière à ce que les fluctuations du niveau du signal ne les affectent pas.

De plus, si le photocoupleur est utilisé pendant une longue période, le coefficient de transfert de courant diminuera progressivement et il ne sera plus possible d’obtenir un signal de sortie suffisant. La principale cause de la baisse du coefficient de transfert de courant est la détérioration progressive des LED, qui entraîne une diminution de l’efficacité lumineuse.

La durée de vie d’un photocoupleur est clairement indiquée dans les données du fabricant de l’appareil, il est donc nécessaire de déterminer le modèle et les conditions d’utilisation en s’y référant.