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Circuits à détecteurs photosensibles
pour lumière visible

Deux versions d´un circuit de détection des trains pour lumière visible sont présentées sur cette page. Le premier utilise des photorésistances au sulfure de cadmium (CdS), et le second des phototransistors au silicium..
Les deux circuits sont conçus pour qu´une led s´allume lorsqu´un train est détecté (et masque le détecteur), mais l´inverse est aussi possible : ceci sera expliqué dans la section « Notes » de la page. Les circuits utilisent un circuit LM339, quadruple comparateur permettant 4 détections simples par boîtier.
Les circuits représentés sur les schémas montrent la présence de leds utilisées comme organes de sortie, mais de nombreuses autres options peuvent être retenues : relais électromécaniques, relais statiques ou gros transistors pour des charges plus importantes en courant. Ces options, tout comme les généralités concernant les comparateurs peuvent être consultées sur les pages « Comparateur de tension » et « Relais statiques » de ce site. Les liens vers ces pages sont en bas de cette page ou peuvent être accessibles par « l´INDEX des CIRCUITS ».

Détection par photorésistances

Le premier circuit de détection utilise des photorésistances au sulfure de cadmium. Elles sont d´usage peu courant car plus chères et habituellement plus grosses que les phototransistors. De plus elles sont facilement abîmées si on les ôte de leur boîtier en vue d´en réduire l´encombrement.
De bonnes affaires peuvent être parfois réalisées chez les revendeurs de surplus, ce qui peut les rendre intéressantes pour des applications en dehors des zones de passage comme p. ex. les parties cachées d´un circuit.
Le circuit comporte quatre détecteurs identiques qui partagent la même référence de tension. Cette référence de tension prise entre R1 et R2 est égale à la moitié de la tension d´alimentation.

Fonctionnement du circuit
  1. Quand une cellule est masquée par un train, la lumière est interrompue et la résistance de la cellule s´accroît.
  2. Lors d´un accroissement de la résistance de la cellule, la tension entre la cellule et ses résistances séries (R3, 5, 7, 9) augmente.
  3. Lorsque la tension arrive à la tension de référence, la sortie du comparateur devient passante et la led s´allume.
  4. Lorsque la cellule est démasquée, le processus inverse s´engage et la led s´éteint.

Notes sur les cellules photoélectriques
  • Compte tenu de la grande variété de tailles et de résistances internes de ces cellules, il faudra déterminer la valeur convenable des résistances séries.
    Le plus pratique pour le faire est d´installer les cellules dans la position et sous les conditions d´éclairage réels.
    Un ohmmètre sera utilisé pour faire la mesure de la résistance de la cellule.Une valeur de résistance de 4 fois la résistance de cellule est sélectionnée pour être utilisée comme résistance série pour la cellule considérée. Par exemple si l´on trouve une cellule dont la résistance mesure 400 ohms, on choisira alors une résistance série comprise entre 1500 et 1800 ohms.
  • L´augmentation de la valeur de la résistance série a pour effet la diminution de la sensibilité de la cellule. Ceci est utile quand la lumière tombant sur la cellule est faible ou quand des ombres peuvent atteindre cette cellule.  
  • Pour assurer l´extinction de la led quand la cellule est obturée, les connections aux entrées « plus » et « moins » de l´un ou de tous les comparateurs sont inversées.  
  • Ce circuit peut être adapté à un usage nocturne en plaçant une petite ampoule au-dessus de la cellule.

Détection par phototransistors

Le second circuit de détection utilise des phototransistors sensibles pour lumière visible. Il sont tout à fait répandus et existent dans un grand nombre de tailles et de boîtiers.

 

Le circuit est constitué de 4 circuits de détection identiques, qui partagent la même référence de tension. Celle-ci, prise entre R1 et R2 est les deux tiers de la tension d´alimentation.

Fonctionnement du circuit

  1. Quand un phototransistor est masqué par un train, la lumière est interrompue et le transistor laisse passer moins de courant.
  2. Lors de la diminution de la conductivité, la tension aux bornes du transistor augmente.
  3. Lorsque la tension arrive à la tension de référence, la sortie du comparateur devient passante et la led s´allume.
  4. Lorsque le phototransistor est démasqué, le processus inverse s´engage et la led s´éteint.

Notes sur le détecteur à phototransistor

  • Il y a plusieurs tailles et boîtiers de phototransistors parmi lesquels choisir. Les boîtiers les plus petits sont plus faciles à cacher, mais la connection des pattes risque d´être plus difficile. La plupart des phototransistors peut-être montée en perçant un trou entre les rails, à travers le support de voie. La diminution de la valeur de la résistance RxA augmentera la sensibilité de la cellule photoélectrique. Cela peut être nécessaire lorsque l´éclairement incident sur la cellule est très fort.
  • Pour assurer l´extinction de la led quand la cellule est obturée, les connections au entrées PLUS et MOINS de l´un ou de tous les comparateurs sont inversées.

Voltmètre de test de circuit à phototransistor


Ce dispositif est conçu spécifiquement pour tester les phototransistors utilisés dans les circuits montrés sur cette page. Il a une impédance d´entrée très élevée de façon à ne pas surcharger le détecteur quand on le vérifie..
En effet, il faut savoir que lorsqu´on mesure des tensions aux bornes d´un circuit présentant une résistance interne élevée, la résistance propre du voltmètre lui-même peut affecter le circuit. Ainsi, par exemple si l´on mesure la tension aux bornes d´une impédance de 1 mégohm avec un voltmètre dont la résistance interne est aussi de 1 mégohm, la résistance totale à cet endroit du circuit sera en fait divisée par deux (deux résistances de 1 mégohm en parallèle = 500K ohms)..
De nombreux multimètres digitaux à bon marché ont une résistance interne dans la gamme de 1 mégohm. Les voltmètres analogiques non alimentés par batteries ont des résistances internes encore plus basses. Les appareils de mesure les plus chers ont des impédances d´entrée très élevées, et ont, par conséquent, moins d´effet de charge sur les circuits testés..
Les phototransistors utilisés pour détecter la position des trains ont essentiellement deux états de conductance. En l´absence d´éclairement, le phototransistor présente une FAIBLE conductance, et la tension aux bornes est HAUTE ; et quand la lumière incidente (visible ou infrarouge) est rétablie, alors la conductance est HAUTE et la tension aux bornes est FAIBLE.
Si un voltmètre présentant une résistance de 1 mégohm est placé aux bornes du phototransistor non éclairé représenté sur le schéma, et que le capteur soit dans le noir, il y aura effectivement 2 résistances de 1 mégohm en série. La résistance du circuit et celle du voltmètre. Dans ces conditions, la tension maximum que le voltmètre pourra mesurer sera la moitié de la tension d´alimentation, c´est à dire 6 volts. Si toutefois l´on utilise un circuit de mesure avec une impédance interne élevée, constituée d´une résistance de 10 mégohms à l´entrée, la tension aux bornes du phototransistor non éclairé sera de 91% de la tension d´alimentation.

ATTENTION : Le circuit présenté n´a pas de protection contre les surtensions, et doit par conséquent être utilisé avec les plus grandes précautions si des tensions inconnues risquent d´être présentes.

Notes sur le voltmètre de test de circuit à phototransistor

  • La tension d´entrée maximum admissible est équivalente à la tension des batteries (18V). Si la tension d´entrée est supérieure, l´ampli op peut être détruit. C´est pour cela que ce circuit ne doit être utilisé que pour tester des détecteurs à phototransistor là où la tension maxi est déjà bien connue. De même si S1 est ouvert alors que le testeur est en service, des dégâts peuvent survenir.
  • Le circuit est protégé des tensions inverses en entrée par la diode 1N4148 placée entre la borne d´entrée PLUS et le commun.
  • Un indicateur analogique 0-15V est représenté en sortie de l´ampli , toutefois n´importe quel appareil de mesure présentant l´échelle convenable peut être utilisé. Si par exemple vous disposez d´un multimètre, connectez le tout simplement en utilisant ce dispositif comme adaptateur de mesure à haute impédance.
  • En raison de l´impédance d´entrée élevée de ce circuit, l´indicateur ne sera pas au « 0 » (zéro) en l´absence de connection de l´entrée. Cette erreur de lecture de la tension est due au courant de fuite de l´entrée de l´ampli op. Dès qu´on connecte l´entrée, cette erreur de lecture disparaît.

© Traduction française effectuée par l´équipe technique de "Ptitrain"  : Jean-Marie Quidet, Alain Mionnet, JiDé et T.T.T.

 

T.T.T.
À propos de Ptitrain. — Directeur de la publication Christophe Franchini.
Rédacteur en chef Jean-Denis Rondinet. — Rédacteur Éric le Suisse. — Rév. 28.08.2003 0:32