Entretien des oscillations d'un pendule ou d'un diapason avec un amplificateur à lampes

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Submitted on 1 Jan 1919

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Entretien des oscillations d’un pendule ou d’un diapason avec un amplificateur à lampes

Henri Abraham, Eugène Bloch

To cite this version:

Henri Abraham, Eugène Bloch. Entretien des oscillations d’un pendule ou d’un diapa- son avec un amplificateur à lampes. J. Phys. Theor. Appl., 1919, 9 (1), pp.225-233.

�10.1051/jphystap:019190090022500�. �jpa-00242016�

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ENTRETIEN DES OSCILLATIONS D’UN PENDULE OU D’UN DIAPASON AVEC UN AMPLIFICATEUR A LAMPES;

Par MM. HEVRI ABRAHAM et EUGÈNE BLOCH.

Les montages décrits dans cet article sont seulement ceux due deux expériences ^{de cours. Mais les} indications détaillées _que nous

donnons sur le mode opératoire pourront ^{sans doute être utilisées} pour ^d’autres applications.

I. Entretien du mouvement d’un pendule. Principe. ^- Un pen- dule OM (longueur ⁵⁰ centimètres) constitué par une

tige

^{de fer} plat

deux fois recourbée à angle droit, porte ^{un aimant en fer à che-} val NMS (poids ⁴⁰⁰

grammes)

(fzc~. ^{1 ). Pendant les} oscillations du

pendule,

^les pôles de l’aimant se déplacent ^à l’intérieur de deux

bobines fixes AB, CD, qui occupent ^{en hauteur toute la} place dispo-

nible entre les deux branches de l’aimant, ^afin qu’on puisse y ^enrou- ler un très grand ^{nombre de tours de fil} fin. Les bobines portent,

’par exemple, chacune environ 10.000 tours de fil de cuivre émaillé

,de :0

de millimètre de diamètre. Il n’y ^{a aucun} inconvénient à ce

10

que la résistance ohmique des enroulements soit de plusieurs ^mil-

liers d’ohms.

Ce sont ces bobines qui ^{servent à} l’entretien des oscillations. Le

mouvement du pendule ^crée, par induction dans la bobine AB,

une force électromotrice proportionnelle ^{à la vitesse de l’aimant.}

Supposons que ^cette force électromotrice actionne ^un servomoteur

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019190090022500

qui envoie dans la seconde bobine CD un courant dont les variations.

soient exactement

proportionnelles

^aux variations de tension dans la première. ^{Le courant} de la bobine CD,

agissant

^sur l’aimant, ^exer-

cera sur le pendule ^{une force} proportionnelle ^{à ce courant, c’est-à-}

dire qu’en définitive ,le pendule ^sera constamment soumis à l’action d’une force proportionnelle ^{à sa} propre vitesse.

Si le sens des connexions est tel que ^cette force, analogue ^{à un} frottement, ^{soit en sens} inverse de la vitesse, ^elle agit ^{comme un}

frottement

[magnétique

superposé ^au frottement

mécanique,

^{et, le} pendule étant mis en mouvements, il s’amortit plus ^vite que lors-

qu’on

lestait ^{osciller sans} l’intervention du servomoteur.

Inversons maintenant le sens des connexions de la bobine CD ou

de la bobine AB : les effets du servomoteur sont, ^eux aussi, ^inver- sés, ^{et l’action}

magnétique

équivaut ^{alors à une sorte} de frottement

nég atif, c’est-à-dire à ^un effet d’entretien. Si le frottementnégatif ^est faible,

plus

faible que les forces d’amortissement mécanique préexis-

tantes, ^le pendule ^{reste encore amorti,} mais il s’amortit moins vite que ^{dans son mouvement libre.}

Faisons maintenant croître peu ^à peu l’action ^du servomoteur.

Nous verrons l’amortissement du pendule ^{diminuer de} plus ^en plus, puis

disparaître

pour faire place ^{à un} régime d’oscillations entrete-

nues assez

énergiques

pour que, ^à chaque oscillation, ^le pendule

vienne frapper ^{fortement contre} les butoirs

qui

^{limitent sa course.}

Inexpérience ^montre que les ^{choses se} passent effectivement

comme nous venons de le dire quand ^{on utilise, comme servomo-}

teur, ^les lampes amplificatrices ^{à trois} électrodes dont les proprié-

tés sont maintenant bien connues et dont

l’emploi s’impose

^désor-

mais dans la solution d’un bon nombre de questions.

Il. Rappel ^de quelques propriétés ^des lampes amplificatrices. ^-

Les

lampes

amplificatrices du modèle courant de la

Radiotélégra-

phie Miliaire utilisent un filament de tungstène rectilignes, placé ^ho-

rizontalement dans la lampe ^et porté ^à l’incandescence _par une bat- terie d’accumulateurs ^{de 4} volts. Le courant normal de chauffage ^est

de 0,7 ampère. Ce filament est entouré d’une grille, ^{en fil tie nickel} enroulé en forme d’hélice, ayant ^{môme axe} que ^le fila2~nent ; ^{autour de}

cette grille, ^{se trouve un} cylindre,

également

^en nickel, qui parte ^le

nom de plaque. ^{Un vide très} poussé ^{a été fait dans la} lampe, après

que, par ^des bombardements cathodiques répétés, ^{on a} purgé ^de

227

leurs dernières traces de gaz occlus ^tous les organes métalliql1f-’~

contenus dans la lampe. ^La pression résiduelle est inférieure au d ix- millionnième d’atmosphère.

Les deux électrodes auxiliaires enfermées dans la lampe, ^la grilh-

et la plaque, communiquent ^avec l’extérieur par des connexions ^sou- dées dans le _{verre, et} l’on peut, ^an moyen de batteries d’accimnla

teurs auxiliaires, ^{établir les} tensions qnc l’on désire ^{entre ces} élec- trodes et le filament chauffé (’). ^{Celui-ci émet,} dans le vide de LI

lampe, ^{des électrons} négatifs, qui, captés par le champ électrique

existant entre filament et grille ^{ou entre filament et} plaque, ^trans- portent ^{dans le circuit} de .9ri71e ^ou le ci~cz.cit de plaque ^{des courants} plus ^ou moins intenses et rigoureusement unipolaires.

Sans faire ici l’étude détaillée de ces courants ni tracer les c~rm~~.-

téï-istiques ^{de la} lampe, ^{nous nous} contenterons de rappeler que ^le

courant débité par la plaque, c’est-à-dire passant ^{de la} plaqne ^au filament, ^est toujours positif, ^et qu’il augmente jusqu’à ^{une certaine}

valeur maximum dite cou7°c~nt de saturation, lorsque ^l’on au~’- mente la tension de plaque, la tension de grille ^{restant inva-}

riable. Le courant de plaque ^{est, d’autre part, une fonction} ci>ois- sante de la tension de grille, ^{si la} tension de plaque reste constante.

et tend vers le même courant de saturation.

Si l’on met sur la plaque ^{une tension constante} suffisamment élevée (80 ^{à 160} volts), ^{le courant} maximum que peut débiter la

plaque ^atteint plusieurs milliampères, lorsqu’on applique ^{ii la} grille ^{une tension} positive convenable, tandis que ^{ce courant} de

plaque tombe à zéro quand ^on porte ^la grille ^{à une tension} néga-

tive de quelques volts. On constate enfin (’..[118, dans ^ces conditions. le courant débité par la grille ^est presque exactement nul quand ^la

grille

^{est négative, et} qu’il ^{se mesure} seulernent ^en microamprres quand ^la grille ^est déjà ^assez positive pour porter ^{le courant de} plaque ^{à une} valeur voisine du courant de saturation.

Il résulte de là qu’nne petite variation de tension de la grilla

pourra provoquer ^une variations relativement importante ^{du courant}

de plaque. ^{Si l’on a} intercalé dans le circuit de plaque ^{une résis-}

tance on (dans ^{le cas de courants} alternatifs) ^{une self} convenable, il

en résultera aux bornes de cet appareil ^une variation de tension qui

(1) ^On compte ^ces tensions à p,-~rtir ^du potentiel ^du pôle négatif du fi la G1en l.

considéré comme point ^neutre.

pourra ^{être de} cinq ^{à dix fois} supérieure ^{à la} variation de tension de

grille qui ^{lui a} donné naissance. De là dérivent les propriétés ampli-

ficatrices de la lampe.

III. Montage pour l’entretien du pendule. ^{- Ce} montage ^est

indiqué

par la ~g. ~ . ^{La bobine induite AB est} intercalée dans le circuit de

grille,

c’est-à-dire entre la

grille

^{et le} pôle néga-

tif du filament. La bobine motrice CD est placée ^dans le circuit de

plaque, c’est-à-dire entre le filament et la plaque, ^{et l’on intercale}

dans ce circuit une batterie de haute tension (80 ^{à 160}

volts)

^{dont le} pôle positif ^{est relié à la}

plaque.

^La force électromotrice induite aux

bornes de AB se retrouve, amplifiée, ^{aux bornes de CD, et est} géné-

ralement suffisante pour ^assurer l’entretien du

pendule.

Si l’on n’a pas ^une action motrice suffisante, ^ou pourra

l’aug-

menter par différents _moyens.

On peut ^{d’abord monter} plusienrs lampes ^en parallèle. ^Il n’y ^a pas

d’inconvénient, par

exemple,

^{à chauffer à la fois six} lampes ^{avec une}

même batterie d’accumulateurs, puisque ^{le courant de}

chauffage

^est

seulement de 0,7 ampère par lampe. On réunira toutes les

grilles

ensemble et toutes les plaques ^{ensemble, et l’on} opérera ^{avec la} lampe multiple comme a~Tec la lampe simple. ^{Le courant total}

débité par ^les plaques ^étant plus ^{intense, les} variations de ce cou-

rant entretiendront plus aisément le mouvement du

pendule.

On

pourrait

aussi survolter les filaments, ^{mais la vie des}

lampes

s’en trouverait abrégée. ^{Avec le} chauffage ^{normal de 4 volts aux} bornes, ^les lampes ^vivent plusieurs ^{centaines d’heures. Elles ne}

vivent plus que quelques ^{heures avec un} voltage ^{5,5 volts aux bornes}

du filament. Il y aurait avantage, ^au point ^{de vue de la facilité} d’entretien, ^{à accroître en même} temps ^{la batterie de} haute tension

qui ^{alimente les} plaques ^{et à la faire monter} jusque ^{vers 300 volts.}

D’une manière générale ^tout procédé qui accroîtra le débit dans le circuit de plaque ^rendra l’entretien plus ^aisé.

Au lieu de survolter les lampes, ^{il vaut mieux} agir ^{en deux ou}

trois temps, ^et opérer ^{avec un} amplificateur ^{à deux ou trois} étages,

comme nous l’indiquerons maintenant, ^{en donnant} seulement les détails d’un montage ^{à deux} étages.

IV. Montage ^avec amplificateur ^à plusieurs étages. ^{- Dans l’am-}

plification

^{à deux} étages, ^une première lampe, dont le circuit de

229

plaque ^{contient une} résistance R du même ordre que la résistance intérieure, ^{fournit aux bornes de cette} résistance des variations de tension cinq ^{à six fois}

plus

grandes que les variations

appliquées

^{à la} grille. Ces variations amplifiées ^sont transmises à la

grille

^{de la}

seconde lampe, ^{et l’on utilise le courant de} plaque ^{de cette seconde} lampe ^pour entretenir le mouvement du pendule.

Les fig. 2 ^et 3 montrent le détail des connexions.

Les deux filaments sont chauffés en

parallèle

par la batterie de 4 volts. Il n’y ^{a, de} même, qu’une ^seule batterie de haute tension

(120 volts) pour alimenter à la fois les circuits de plaques ^{des deux} lampes. ^La bobine induite AB est encore placée ^{entre le} pôle négatif

du filament et la grille ^{de la}

première

lampe, ^{tandis que la bobine}

motrice CD est intercalée entre la batterie de haute tension et la

plaque ^{de la seconde} lampe.

Pour effectuer la liaison entre les deux lampes, ^{on a intercalé une}

résistance R, ^{de l’ordre de 50.000} ohms, ^{entre la} haute tension et la plaque P, ^{de la} première lampe. ^{Celle-ci est reliée en même}

L-eJrJ.,ps ^{à la} grille G, ^{de la seconde} lampe, soit par ^une batterie auxi- liaine bien isolée de 50 volts environ (fig. ~), soit par ^un condensateur de l’ordre de 2 microfarads (Iîg. 3). ^{Dans ce dernier cas, la} grille G~

est en outre ramenée au

potentiel

^du point ^neutre par l’intermédiaire d’une très grande résistance ~’ (quelques -mégohms). ^{Nous allons}

examiner successivement les propriétés ^{de ces deux} montages, ^dont

le

premier

^{réalise un} amplificateur ^{cc courants ean~inus et le second}

un

amplificateur

^{de tr’ès basse} fréquence, ^et qui peuvent ^{l’un et}

l’autre être utilisés ici.

Dans le premier montage (~~. 2), ^un réglage préalable ^{est néces-}

saire. Il faut que ^la résistance I~, ^{ou la} batterie auxiliaire de 50 volis, ^soient réglables, parce qu’il ^{faut que, au} repos, ^on puisse

ramerler le potentiel ^{de la}

grille

G, ^{à sa valeur} normale, qui ^est

celui du pôle négatif du filament. Ce réglage ^{est très facile à faire}

en prenant pour constituer la résistance R une boite de résistances ordinaire réglable par plots. ^On reconnaît que le potentiel ^{de la} grille

G2

^est convenable à ce qu’un milliampèremètre ^~1. placé ^dars

le circuit de la

plaque P 2~ indique

^un courant faible, ^{mais non nul.}

Avec ce montage ^{à deux} étages, l’entretien d’un mouvement

pendulaire

^est beaucoup plus ^facile qu’avec ^une lampe unique. ^Du

reste le mécanisme de l’entretien est resté presque exactement le mème. Quand ^le potentiel ^{de la} première grille s’abaisse, ^{le courant}

de la première plaque diminue ; mais, ^{en raison de la} présence ^{de la}

résistance R, ^cette diminution de courant fait monter le

potentiel

de la

plaque

P 1. ^Cette élévation du potentiel ^de P~ ^{1 entraîne une}

élévation

égale

^du potentiel ^{de la}

grille

G~, ^{et il en résulte une}

augmentation

^{du courant de} plaque ^de P 2. ^{C’est cette variation de}

courant qui entretient le pendule.

Le bénéfice de l’emploi ^{de deux} étages

d’amplification

^{tient à ce}

que les variations du potentiel ^{de la} grille G, ^{sont environ six fois}

°

plus ^fortes que celles que ^{l’on se} donne pour la

grille

G,.

l,e type d’amplificateur que nous venons de décrire convient aussi bien pour

l’amplification

^{d’un courant} continu que pour ^celle d’un courant lentement ou rapidement ^{variable. Le} montage représenté par la flg. 3 ^{ne convient} plus pour l’amplification ^{du courant continu, mais}

il peut être utilisé pour les tensions alternatives de fréquence ^très

basse produites par les oscillations de l’aimant NMS ^{dans la} bobine AB.

Ce second montage ^est

plus

simple que le précédents, en ce sens

231 que la résistance R est maintenant une résistance fixe de l’ordure de 50.000 ohms, ^et qu’aucun ajustage ^n’est plus nécessaire. Les variations ^de

potentiel’

^{de la} plaque

P,

^sont transmises à la

grille

G~ ^{à travers le} condensateur C, ^{dont l’a} capacité ^est d~e 1‘’ordre de 2 microfarads (condensateur ^de téléphone) (~). La forte résistance R’

(de l’ordre de 4 mégohms)

qui

^{relie la} grille G, ^au point ^{neutre est}

destinée à défini r le potentiel ^{de cette} grille ^{et à le ramener à la}

valeur la plus ^favorable pour le fonctionnement de la seconde lampe amplificatrice. L’emploi d’une forte capacité ^{de liaison entre les}

deux lampes ^est nécessaire _pour donner au système formé par ^cette

capacité ^{et la} résistance R’ une ^constante de te1nps (de ^{l’ordre de}

CR’)

au moins égale ^{à la} fréquence ^des oscillations qu’il s’agit

d’amplifier,

Dans le cas contraire, ^en effet, ^{une variation de} potentiel ^de P,

n’aurait pas le temps ^{de se} transmettre à G2 ^{au cours de la} charge

par influence du condensateur C, puisque ^{celui-ci se}

déchargerait

à mesure à travers la résistance R’, Moyennant ^cette précaution, ^le

fonctionnement de l’amplificateur ^{de très basse}

fréquence

^est prati- quement équivalent à celui de l’amplificateur ^{à courants continus.}

L’expérience

^montre que, pour des opérations plus délicates, ^on peut employer ^{trois, ou même} quatre étages d’amplification ^consé- cutifs, ^en reliant successivement les plaques ^de chacune des lampes

à la

grille

^{de la} lampe ^suivante, par ^une résistance R et une batterie auxiliaire ^{ou un} condensateur, ^{comme on L’a} fait ici pour ^la liaison entre deux lampes.

Ajoutons

enfin que, lorsqu’il y ^a lieu, ^{au dernier} étage d’amplifi-

cation on met plusieurs lampes ^en parallèle pour augmenter ^la puissance disponible.

V. Entretien des oscillations d’un diapason. ^{- Le} diapason ^étant disposé ^{sur une base solide, nous} disposerons ^deux électroaimants

polarisés E, ^et

E2

^{en face des deux branches} (fly. 4). ^{Ce seront,} par

exemple, ^deux téléphones de forte résistance (2.000 ohms) ^{dont on}

aura retiré les pavillons ^{et les, membranes} vibrantes. Les supports

des électroaimants doivent être réglables, ^pour pouvoir ^{réduire au}

minimum les entrefers, ^{mais il faut} que ^tous les supports soient très

robustes, pour que ^le diapason ^{ne vienne} pas ^{se coller contre les} pôles ^{des aimants.}

(1) L’isolement du condensateur doit être de l’ordre des centaine-s de rnégohn1"S..

L’un des téléphones ^{est relié à} l’entrée d’un amplificateur, ^l’autre

est

placé

^{dans le circuit} de sortie. On obtient de bons résultats avec

les

amplificateurs

^{dits 3 ter et 2 te~°} qui ^ont été construits en grandes

séries _par la

Hadiotélégraphie

Miliaire. Ces amplificateurs ^sont

FIG.

à trois étages, ^avec liaison par trccnsfor~~zat~u,~s

(f)

^d’un étage ^{au sui-} vant, ^{et leur}

diagramme

^est donné par la fig. ^{4. On} peut ^{aussi em-}

ployer

l’amplificateur à résistances à trpis étages ^{dont nous donnons}

le schéma de montage ^{dans la} fige ^{5. Cet} amplificateur ^{est facile à}

Fm. ~.

construire avec du matériel de fortune, puisqu’il ^ne demande que deux résistances fixes

(R~ R2),

^{bobinées à 50.000} ohms, ^deux petits

condensateurs de liaison

due 2

de microfarad (C¡ C2) ^et deux résis- 1.000

tances (p~ P2) de l’ordre de quelques mégohms, que l’on réalise ^aisé-

~1) ^{Il ne} serait pas ^très commode d’employer la liaison par transformateurs pour l’entretien d’un pendule, parce que les transformateurs adaptés ^{aux fré-}

quences aussi basses que celles des oscillations d’un pendule ^sont trop ^{lourds et} trop encombrants.

233 ment avec du papier ^recouvert de noir de fumée, puis ^{laminé, ou}

avec du papier peint simplement ^{à l’encre de Chine.}

Ces deux types d’amplificateurs ^{sont bien} adaptés ^à

l’amplification

des courants alternatifs de fréquence musicale que les oscillations du diapason ^{induisent dans} les enroulements de l’un des téléphones.

Les courants amplifiés, qui traversent l’autre téléphone, ^{tendent à}

accroître les oscillations et provoquent ^{leur entretien.}

L’expérience

d’entretien d’un diapason ^{est toute semblable à celle}

de l’entretien d’un

pendule.

^Dès qu’on allume les lampes ^de l’ampli- ficateur, ^le diapason ^{se met à vibrer et} l’amplitude des oscillations devient rapidement ^{assez forte.} L’entretien des oscillations de

fréquence relativement grande (au-dessus ^{de 1.000} périodes par

seconde)

^est aussi facile que celui des diapasons ^{à sons} graves.

Ici encore, ^comme dans l’entretien du pendule, ^{si l’on inverse}

les connexions à l’entrée ou à la sortie de l’amplificateur, l’effet des

lampes ^{est, lui aussi,} inversé. Au lieu de s’entretenir spontanément,

le diapason ^ne peut plus ^{vibrer : ses} mouvements sont presque instantanément étouffés par la résistance mécanique fictive que

l’amplificateur introduit, ^en quelque sorte, ^{dans les mouvements} oscillatoires des branches du diapason. Au lieu d’être instable, ^la position d’équilibre ^est stabilisée.