Technique - Le cours

Préparation à la licence radioamateur

Index de l'article

Chapitre 3

Deuxième partie
Galvanomètres, microphones et haut-parleurs

- Les galvanomètres
- Qualité des voltmètres
- Ohmmètres et wattmètres
- Microphones, haut-parleurs et relais électromécanique

 

 

vignette entete cours 3 2

Nous allons maintenant étudier le fonctionnement du galvanomètre, du voltmètre, de l'ohmmètre et du wattmètre. Nous nous attarderons ensuite sur l'étude du microphone et du haut-parleur.

 

Les Galvanomètres 

• Les galvanomètres à cadres mobiles sont des appareils de mesure d'intensité. Un galvanomètre est composé :

- d’une bobine (solénoïde, solen = « tuyau » en grec)

- d’un cadre mobile

- surmonté d’une aiguille

- un cadran gradué permet de lire la mesures.

 

 

• Le galvanomètre a évolué dans sa présentation et la précision de ses mesures avec le temps et l'évolution des technologies mais son principe de fonctionnement reste toujours le même.

 

galvanometres

 

• Les caractéristiques d’un galvanomètre sont :

- sa résistance interne - son intensité de déviation maximum (Ig)(Ri en Ω)
> de l’ordre d’une dizaine d’ohms

- son intensité de déviation maximum (Ig)
> de l’ordre du mA, voire moins (50 μA)

 

luigi galvani

Luigi Aloisio Galvani est né à Bologne le 9 septembre 1737 et mort dans cette même ville le 4 décembre 1798.C'est un physicien, professeur d'anatomie et médecin italien.

Il accède au rang de professeur d'anatomie et de chirurgie à l'université de Bologne en 1773. En 1782 il est élu professeur d'obstétrique à l’Istituto delle Scienze. Des nombreux travaux de Galvani, ceux qui ont eu le plus grand retentissement concernent "l'électricité animale". La longue controverse qui s'ensuit avec Alessandro Volta conduit à l'invention, par ce dernier, de la pile. On donna son nom au Galvanomètre, dont le premier fut construit par Johann Schweigger, originaire de Nuremberg, à l'Université de Halle le 16 septembre 1820.

 

 

 - un galvanomètre ne peut lire que :

> de faibles intensités ou de faibles tensions
> des valeurs continues.

 

le galvanometre

 

 

• Pour lire des tensions ou des intensités supérieures, on utilisera une résistance déterminée par la loi d’Ohm :

serie voltmetre

 

- en série avec le galvanomètre, ce qui donne un voltmètre

 

> pour ne pas perturber le circuit mesuré, Ig doit être le plus faible possible.

 

 

 

derivation ampermetre

 

 

- en dérivation (shunt), ce qui donne un ampèremètre

 

> Ri doit être la plus faible possible

 

 

 

- le galvanomètre ne mesure que des valeurs moyennes. Pour indiquer des valeurs efficaces ou maximum,

galva

 > une diode sera montée en série (redressement)

> une échelle de lecture adaptée sera utilisée.

 

 

Exemple

• nous possédons un galvanomètre dont les caractéristiques sont les suivantes :

- intensité de déviation maximum = 20 μA

- résistance interne = 10 Ω.

Comment réaliser un voltmètre dont le calibre est de 10 volts et un ampèremètre dont le calibre est 1 ampère ?

dans voltmetre

• Dans un voltmètre, la résistance est en série

Ug = Ig . Ri = 0,00002 x 10 = 0,0002 V
UR = UT – Ug = 10 – 0,0002 = 9,9998 V
R = UR / Ig = 9,9998 / 0,00002 = 499990 ≈ 500 kΩ
ou : R = (UT / Ig) – Ri = (10 / 0,00002) – 10 = 500000 – 10 = 499990 Ω
en négligeant la résistance interne : R = UT / Ig = 10 / 0,000 02 = 500 kΩ

 

dans ampermetre

• Dans un ampèremètre, la résistance est en parallèle

IR = IT – Ig = 1A – 0,00002 A = 0,99998 A
R = U / I = Ug / IR = 0,0002 V / 0,99998 A ≈ 0,0002 Ω
ou : R = Ug / IR = (Ri . Ig) / (IT – Ig)
= (10 x 0,00002) / (1 – 0,00002) = 0,0002/9,99998 ≈ 0,0002 Ω
en négligeant la résistance interne : R = Ug / IT = (10 x 0,000 02) / 1 = 0,0002 Ω

 

 

 

Qualité des voltmètres

• Le fait de brancher un voltmètre sur un circuit ne doit pas perturber le fonctionnement de ce dernier.

• Le facteur de qualité du voltmètre (Q) est égal au rapport :

- de la résistance totale du voltmètre (Ri + R)

- divisé par le calibre de l’appareil (tension lue à pleine échelle)
> ce rapport (R / U) est directement fonction de la sensibilité du galvanomètre (Ig).

voltmetre tjrs meme rapport

- un voltmètre possède toujours le même rapport Ω/V quelque soit le calibre utilisé.

 

- Q = (R + Ri) / UT = Ω / V

- Q = 1 / Ig

 

> Les multimètres modernes (numériques) ont une résistance interne quasiment constante quelque soit le calibre utilisé.
> Leur impédance d’entrée est très grande par rapport aux multimètres analogiques (à aiguille).

 

Exemple

• Quelle est la valeur de la résistance R à mettre en série avec ce voltmètre (5 kΩ/V) calibré sur 10 volts pour obtenir un voltmètre calibré sur 100 volts ?

 

voltmetre exemple

 

• la résistance R doit créer une différence de potentiel égale à la tension de calibre diminuée de la tension du voltmètre (100 V – 10 V = 90 V). La résistance du voltmètre est de 5 kΩ/V. La résistance R aura donc pour valeur 90 V x 5 kΩ/V = 450 kΩ

• ou : Q = 1/Ig donc Ig = 1 / Q = 1 / 5000 = 0,0002 A
R = U / I = 90 V / 0,0002 A = 450000 Ω = 450 kΩ

Ohmmètre et wattmètres

un ohmmètre est composé d'un ampèremètre avec lequel on mesure le courant traversant la résistance à mesurer (Rx). Cet instrument nécessite donc une pile. Rc est la résistance de calibre. La résistance R est variable pour tarer l’ohmmètre à 0Ω (déviation maxi).

 

ohmmetre

 

 

un wattmètre est composé d'un voltmètre qui indique la puissance sous une impédance donnée.

 

whatmetre

 

• pour ces deux instruments de mesure, une échelle de lecture adaptée, non linéaire, est déterminée par les lois d’Ohm ou de Joule.

 

Microphone, haut-parleur et relais électromécanique

• Les basses fréquences (BF) occupent un spectre allant de 0 Hz à 20.000 Hz. Les fréquences acoustiques (audibles pour l’oreille humaine) vont de 100 Hz à 15.000 Hz.

- Toutefois, un spectre allant de 300 Hz à 3000 Hz est largement suffisant pour la compréhension d’un message en téléphonie.

la voix

- La voix humaine est composée de fréquences issues.
> des sons issus de la nasalisation lorsque l’air s’échappe par le nez comme dans les lettres m ou n (graves)
> de fréquences issues du souffle expiré par la bouche (coffre)
> de fréquences issues des cordes vocales (présence)
> de fréquences provenant des sons émis par la langue (sibillance) tels que s et ch ou, dans une moindre mesure, par les lèvres (p, f).

- Les graves et la sibillance ne sont pas utiles à l’intelligibilité d’une conversation mais servent uniquement à la reconnaissance de la voix du correspondant.
> pour une voix d’homme, les graves se situent vers 80 Hz, le coffre vers 300 Hz, la présence vers 2 kHz et la sibillance vers 3/4 kHz
> pour une voix de femme, les graves se situent vers 150 Hz, le coffre vers 400/500 Hz, la présence vers 3 kHz et la sibillance vers 5/6 kHz
> d’où le spectre retenu en téléphonie : 300 à 3000 Hz.

 

Le microphone est constitué d'une membrane qui recueille les vibrations de l'air et les transforme en variation de grandeurs électriques.

micro representation schematique

 

C'est ainsi que l'on dessine un micro sur un schéma.

Cette représentation est la plus utilisée.

 

 

Les différents types de microphones

microphone électret (impédance très élevée et nécessite une alimentation, très répandu dans l’environnement du PC).

- microphone céramique utilisant l’effet électrostatique du condensateur

 

micro electret ceramique

 

 

microphone à charbon (ou microphone résistif, impédance de l’ordre d’un millier d’ohms, utilisé dans les vieux téléphones)

- microphone dynamique (le plus répandu en radio, impédance ≈1000 Ω)

- microphone à ruban (basse impédance, très sensible, bi-directionnel)

 

micro dynamique a ruban

 

 

Le haut-parleur (HP) reproduit les vibrations d'air au rythme du courant délivré par l’amplificateur AF

haut parleur representation schematique

 

 

C'est ainsi que l'on dessine un haut-parleur sur un schéma.

Cette représentation est la plus utilisée.

 

 

  

Les différents types de haut-parleurs

le haut parleur

- le HP électrodynamique (de loin, le plus répandu) : sa membrane rigide et légère est mise en mouvement par le courant de la bobine plongée dans un champ magnétique. Son impédance est faible (environ 10 W, voire moins).

- le HP électrostatique (système très directif et peu puissant, utilisé parfois dans les casques, son impédance est la plus élevée de tous les HP)

- le HP piézoélectrique utilisant les propriétés de certains polymères qui réagissent mécaniquement aux tensions (utilisé dans les oreillettes)

- le HP à ruban (utilisé dans les tweeters en Hi-Fi)

- le HP ionique (ou à plasma) utilisant une bulle d’air ionisée et chauffée par un courant HF (peu répandu car très cher)

 

 

Les relais électromécanique

Un relais électromécanique est un commutateur à commande électrique. Un relais électromécanique est composé :

- d’un électro-aimant (barreau de fer doux entouré d’une bobine)

- d’un mécanisme qui actionne une (ou plusieurs) lame qui se colle à des contacts, assurant ainsi la commutation. Les contacts se nomment :
> repos (lorsqu’aucun courant ne circule dans l’électro-aimant)
> travail (lorsque l’électro-aimant est "collé")

 

 

relais electromecaniqueRelais électromécanique

 

 

Cours de préparation à la licence radioamateur - Technique - n°09 / F4KLH / 08-09-2020

 

Le transformateur électrique - Introduction / F4KLH / 09-06-2013

 

Les transformateurs / F4KLH / 02/05/2020

 

Comment un transformateur fonctionne-t-il ? - C'est Pas Sorcier / 30/05/2018

 

Petit voyage en électricité Ep 18 - La pile / 30/11/2016

logos F4HTZ Passion Radio

 

C'est pas sorcier -PILES ET BATTERIES : les sorciers se mettent au courant / 22/05/2013

 

Le courant électrique et la pile d’Alessandro Volta / 08-08-2016

 

Pile Volta / Pile Leclanché / Pile zinc-carbone - Principe de fonctionnement / 28/12/2012

 

Idées de génies - La pile de Volta (Alessandro Volta) / 08-08-2016