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Notes sur l’amplification des courants continus
P. Donzelot, J. Divoux
To cite this version:
NOTES SUR L’AMPLIFICATION DES COURANTS CONTINUS Par P. DONZELOT et J. DIVOUX.
(Laboratoire
dePhysique
de la Faculté de Pharmacie deNancy.)
Sommaire. 2014 La question de l’amplification des courants continus s’est posée à nous pour l’étude des courants photoélectriques. Nous avons été amenés à faire une étude d’ensemble de cette question. L’expé-rimentation en vue de vérifier les résultats publiés ailleurs nous a conduits à des montages nouveaux, ou
à des perfectionnements dans des montages déjà publiés. Le peu de place consacré à cette question dans la littérature scientifique française, l’importance de cette technique dans de nombreux cas, et peut-être aussi les résultats obtenus semblent justifier cette publication.
Lorsque
l’on veut déceler ou mesurer des courants inférieurs à 10-10 amp., il semble que l’on doives’adres-ser aux
électromètres,
oupeut-être
aux relaisthermo-électriques
ouphotoélectriques.
Il a paruplus
com-mode aux auteurs de s’adresser aux
lampes
àplusieurs
électrodes,
etd’amplifier
le courant à mesurer ;l’appa-rition de tubes à
plus
de 3 électrodes et leperfection-nement des
techniques
industrielles ont renduplus
facile la solution de cette
question,
en mettant sur le marché des tubes de fabricationrégulière, adaptés
à des fonctions que neprévoyaient
pas lespremiers
constructeurs ;
car ils’agit
ici,
non de courants defréquence
élevée,
mais de courants continus ou assezlentement variables pour que ni
selfs,
nicapacités
nepuissent
êtreacceptés
comme organes de liaison.Nous demanderons de
plus
auxmontages
deposséder
des
caractéristiques
stablespendant
ungrand
inter-valle de
temps.
Nous définirons la résistance
apparente
pp
del’espace
filamentplaque
d’une triode comme l’inverse de lapente
de lacaractéristique
IIEP
aupoint
considéré : -.la
penle
de lalampe
étantLa résistance
apparente
del’espace filament-grille
seral’inverse de la
pente
de lacaractéristique
point
de fonctionnement :Le tracé de cette
caractéristique
montre que le courantgrille présente
suivant larégion
utilisée des valeurs soitnégatives,
soitpositives.
Nous
prendrons
comme relation liant le courantplaque Ip
à la tensionplaque
effective et à laten-sion
grille
effectiveE9,
l’expression :
p est une constante.
Le coefficient
cl’amplification
en voltsK,
est lié à lapente
par -o’Principe
del’amplification.
- Le but recherchéétant
l’appréciation
de faiblesintensités,
et lalampe à
3 électrodesréagissant
à la variation dupotentiel
degrille,
il faut à toute variation à 1 d’intensité fairecor-respondre
unevariation 1 E
de la tensiongrille.
Pourcela,
on fera passer le faible courant àamplifier
dansune très
grande
résistanceR.
placée
entre le filament et lagrille
d’une triode. Une variation 3, i du courant amènera une variation~E~ = R~ c~ i
du’potentiel
grille,
donc une variation du courantplaque.
La valeur dumontage
estexprimée
par lerapport :
que nous
appellerons
lepouvoir amplificateur.
Nous remarquerons d’abord que nous ne nous
dé-placerons
que très peu sur lescaractéristiques,
dans la trèsgrande majorité
des cas ; nous n’avons donc besoin que de relations entre depetits
accroissements des variables. Cecipermet
d’utiliser, sous leur formedifférentielle,
leséquations
habituelles. Les calculs sesimplifient,
surtout si l’on fait leshypothèses
que,phy-siquement,
il estlégitime d’accepter.
1.
Sensibilité
desamplificateurs.
Dans le cas
théorique simple
de lafigure
1,
où nousnégligeons
les résistances dugalvanomètre
et descon-nexions,
nous pouvons écrire :et on aura :
car le
rapport
estégal
à lapente P,
et on a vu queFig. 1.
Le
pouvoir
amplificateur
sera donc d’autantplus
grand :
1° Que
lapente
P de lalanîl)e
utilisée seraplus
grancie;
2°
Que
la résistanceinterposée
s2cr le circuitgrille
Rq
sera de valeurplus
élevée.Mais ce résultat n’est
qu’une
première
approxima-tion,
car : -.a)
Il existe des résistances dans le circuitplaque;
b)
Le faible courant à mesurer didébite,
non seule-ment dans la résistance mais dans la résistance pgqui
est enparallèle
avecR~ ;
c)
Il faut faire intervenir la sensibilité del’appareil
de mesures.Il faudra donc
adjoindre
àl’équation
de lalampe
a)
La relationqui
lie la variation dupotentiel
deplaque
à la résistanceRp
placée
dans le circuitplaque,
et à
dI,
b)
La relationqui
lie et di etqui
sera alors :c)
Soit s la sensibilité del’appareil
de mesure G.Nous la définirons
d’après
l’appareil employé :
parexemple,
pour ungalvanomètre,
ce sera le courantqui
donne une déviation de 1 mm sur une échelleplacée
à 1. mètre. Le courant dIp
aura comme mesure lequo-tient de la déviation totale ô par s.
La sensibilité totale et réelle du
montage
en intensité sera lequotient
de la déviation lue ô par le diqui
la provoque. On a2 étant le
pouvoir
amplificateur.
Nousexprimerons
lepouvoir amplificateur
commeprécédemment :
Or,
leséquations
(1)
et(3)
donnentimmédiate-ment
L’équation
(4) :
-.d’où :
P étant la
pente
effective de lalampe
dans les condi-tionsd’emploi.
On passe de là à la sensibilité en volts en
multipliant
par le facteur :et l’on a : -.
mais c’est surtout la sensibilité en intensité
qui
nousintéresse.
La
lampe
étantchoisie,
ainsi quel’appareil
démesures, on voit que cette sensibilité
dépendra
du choix deRp
et La résistanceRp
sera parexemples
celle del’appareil
de mesuresG,
ou celle d’une résis-tance de liaison. Il y a intérêt à ce que la résistanceRp.
soitpetite
devant pp; s’ils’agit
d’unappareil
demesures, on le
prendra
aussi peu résistant que pos-sible. S’ils’agit
d’uncouplage
parrésistance,
on doit tenircompte
du fait que la variation de la tensionsgrille
dE.,2
produite
sur lagrille
de lalampe
suivanteet
qui
estégale
àRp dlp
doit être laplus grande
pos-sible ;
on choisira alorsRp
tel que la droitequi
figure
Rp
dans lareprésentation
en coordonnées c’est-à-dire la droite d’abscisse àl’origine
E,
et de coefficientangulaire tgw
=
coupe lescaractéristiques
deR
élec-trodes ;
r page44,
3eéd.).
Il faut remarquer d’ailleursqu’une
trop grande
valeur pourRp
entraîne uneaug-mentation nécessaire de la batterie
plaque,
pour com-penser la chute depotentiel
qui
a lieu dans cetterésistance.
Plus
important
est le rôle de la résistance degrille
Ry
et d’unefaçon plus
générale,
la manière dont est réalisée rentrée dumontage :
choix deR~
et dep..
La relation
(5)
montre que la sensibilité est fonction de :La valeur de ce
rapport
que nous comparerons àRg
(que
nous avons rencontrée dans la relation(2))
montre que si0,
c’est-à-direo
a une valeurP
positive,
lasensibilité
réelleSint
est inférieure à la va-leur que l’on aurait calculéed’après
larelation(2).
SiRglpg
est voisin dezéro,
lut
est très voisin deS’int,
Si
Rgfpg
0,
c’est-à-dire si l’on travaille dans lesportions
de lacaractéristique
qui
définissentune résistance de
grille négative,
on a :et si l’on choisit pour
Pg
une valeurnégative
voisine deR
en valeurabsolue,
on voitque 1 +
9
peut
devenirpg
très
peti t. Sint
devient t alors trèsgrand,
etpourrait
mêmethéoriquement
devenir infini pourR~ _ -
p~.
*Mais on aurait en ce
point
une instabilitéqui
empêche-rait d’utiliser
l’appareil.
Enajustant
lepotentiel
degrille,
onpeut
seplacer
dans la zonedeys
négatifs.
Beaucoup
d’auteurs insistent sur lesavantages
que donnent l’utilisation de telles résistancesnégatives.
Signalons
dès maintenantqu’il
nous a paruqu’une
certaine
prudence
dans ce sens devait êtreobservée,
même dans le cas où l’onopère
par une méthode de zéro ou dans le casprécis
où l’onn’impose
aupotentiel
degrille
que depetites
variationsdEg.
Un estexposé
à
déplacer
lepoint
figuratif
dans desrégions
où p,peut
varier trèsrapidement.
L’amplification
ne sera pas linéaire et 2 variera suivant laposition
duspot.
D’autre
part,
l’appareil
peut
ne pas être très fidèle dans cette zone. Engénéral,
entraçant
lescaractéris-tiques
del’ensemble,
on les voitprendre
unepente
deplus
enplus grande
pour peu que ait une valeurélevée,
~.10g ohms parexemple.
Deux tracés decaractéristiques
ne donnent pas les mêmescourbes,
audegré
deprécision près
desappareils
de mesures utilisés. Deplus,
le tracé obtenu en sens inverse(en
allantvolts,
au lieu de - 2 volts à 0pour E~)
donne des résultats différents du tracéprimitif.
9On
pourrait
d’autrepart
envisager
l’emploi
degrilles
enl’air,
cequi
conduit à rendreR9
infini;
on aurait alors :et comme p,
peut
êtregrand,
Sjnt
devientapparemment
trèsgrand.
Noussignalerons
quel’emploi
de"grilles
en l’air" nous a donné des résultats décevants. Unegrille
n’est en effetjamais complètement libre,
à causedes résistances de fuite sur le culot et le socle de la
lampe,
sur le verre del’ampoule
dans le cas des sorties par cornes. Ces résistances de fuite sont essen-tiellement variables et defaçon
discontinue d’unjour
àl’autre,
d’un instant àl’autre,
et amènent des varia-tionsbrusques
dans le courantplaque.
Remarquons
deplus
qu’une
grille
en l’air tend immédiatement à seplacer
aupotentiel
pourlequel
le courantgrille
est nul : en cepoint
larésistancepg
(voir
fig. 1 ~)
peut
avoir une valeurpositive
assezgrande
et peuavantageuse.
Un des cas où ce
montage
sembleparticulièrement
indiqué
est celui des mesures de faibles différences depotentiel
par une méthode de zéro.2. La
compensation
du courantnormal.
Les très faibles courants à mesurer di amènent defaibles variations du
potentiel,
donc de très faibles variationscllp
du courantplaque.
Parexemple
pour unelampe
depente
P = 1mA/volt,
et pourBq -
108ohms,
un di.
= 10-lO A
donnera
fi
représentant
la1/500"
partie
du courant normal deplaque.
Cette variation serait tinappréciable
sur lemilliampéremètre placé
habituellement dans le circuitplaque,
il faut donc lui substituer unappareil plus
sensible,
ungalvanomètre
parexemple.
Il sera alors nécessaire de compenser le courant constantIpt
qu’un
appareil plus
sensible nepourrait supporter.
Pourcela,
on fait passer dans laportion
de circuit où estplacé
legalvanomètre,
un courantantagoniste
l’p
= -I,
et le
galvanomètre
reste au zéro.n
L’application
de di à l’entrée del’appareil
amènera undlp
que legalvanomètre
manifestera.Plusieurs méthodes
cleconpensation
sontutilisables. 1°.Compensation
par une batterie. - Unebatterie auxiliaire
Ee
débite dans legalvanomètre,
et en sens inverse deIp,
un courantI,
qu’une
résistanceR,
permet
d’ajuster
à la valeur convenable. Legalva-nomètre de résistance ~°.j traversé par un courant
i,,
est shunté par unerésistance 7’s
que traverse le courantis.
Ce sont les accroissements des variablesqui
nousintéressent. Nous allons établir des relations entre ces
accroissements,
en écrivant les lois et de Kirchoff sous la forme :S l’di - }.: de = 0 pour
chaque
maille etNous
ajouterons
alors à la forme élémentaire del’équation
de lalampe
les relations
puis
avec
relations dans
lesquelles I?’Y
est la résistance de l’en-semblegalvanomètre-shunt,
etI.
le courant totalqui
va de A en B. On en déduit :
’
Fig. 2.
.
Substituant
àd le
la valeur2013
d h
déduitede (8),
etr
( )
où nous
remplaçons K
ar sa valeurP,
on obtient :
...,.... n
d’autre
part
le courantZy
qui
passe dans legalvano-mètre est
lié à
I,
parPar
substitulion,
etaprès simplification,
on a la valeur2013~-,
qui
estl’expression
intéressantepuis-.,
d g
, ,qu elle
donne la déviation dugalvanomètre
en fonc-tion deOr si nous
regardons
lafigure (2)
nous voyons que laparenthèse
du dénominateurreprésente
l’inverse de la résistancetotale,
surlaquelle
est montée legalva-nomètre. S’il
débite,
comme il est derègle,
sur sarésistance
critique,
ona :
’
La sensibilité totale s’écrira alors :
Cette sensibilité est d’autant
plus grande,
que lerapport
entre la résistance propre dugalvanomètre
etsa résistance
critique
estplus petite.
Mais nous
soulignerons
dès maintenant que s’il estpossible d’augmenter théoriquement
la valeur deSint,
l’augmentation
pratique
de sensibilité amenée par lamodification de l’un des facteurs
peut
différer nette-ment de celle attendue : lespot
dugalvanomètre,
oul’aiguille
del’appareil
de mesureprésentent
une insta-bilité telle que des lecturesprécises
ne sontplus
pos-sibles. Leproblème qui
se pose est surtout de réaliser unappareil
stable. Il sera ensuitefacile,
par augmen-tation deRg,
deP,
ou de s d’obtenir unmontage
sensible.
La
compensation
par une batterie auxiliaire oppose à un courantplaque
un courantd’origine
différente : nous avonspensé
d’abord que les fluctuationsob-servées dans de tels
montages pouvaient
êtrerap-portées
enpartie
à cette cause. Nous avons donc cherché à compenser le courant deplaque
par un autre courant deplaque
circulant en sens inverse dansl’ap-pareil
de mesure. La source de ce courant decompen-sation doit donc être un ensemble
identique
au der-nierétage
del’amplificateur employé.
Cettesolution,
appliquée
à unappareil
à troisétages
apermis,
enutilisant un
appareil
àpivot
sensible à 2 10-6 A defaire de bonnes mesures de courants de 10-~~ à 1t)-i1 A.
Quand
on a cherché àemployer
un instrumentplus
sensible,
la stabilité est devenue insuffisante. Nous avonspensé
que cette instabilité était due au fait que les filaments deslampes
enopposition
étaient ali-mentés par des batteriesdifférentes, ayant
leurs fluctuations propres,lesquelles
retentissaient d’autantplus
sur l’instrumen t de lecture que lapente
d’un tel ensemble a pu atteindre 300 à 400mA/
volt.2°.
Montages
enpont
à triodes. - Nous avonsréalisé alors des
montages
enpont
deWheatstone,
dutype
de ceuxsignalés
parWynn-Williams
etBren-tano ;
leproblème
consistait,
en utilisant deslampes
detypes
courants,
à obtenir dans des conditions satis-faisantes unpouvoir amplificateur pratique
au moinségal
à 1U6.ploi
de deuxlampes
aussi semblables quepossible,
l’influence de la variation des batteries deplaque
et de filament sur le courantpassant
dans legalvano-mètre G sera
beaucoup plus
faible que dans le casd’une seule
lampe,
G ne manifestant que la différenceentre la variation des courants de
plaque.
Fig. 3.
Une théorie élémentaire
peut
êtreprésentée
rapide-ment en utilisant les formes différentielles des
équa-tions. Aux
équations
deslampes
nousajouterons
lesles relations
exprimant
les chutes de tensions dans les résistancesR1
etR2,
et la loi d’Ohm pour le circuitA B C. On obtient ainsi en donnant à
1
le sens de laflèche,
et engardant
les notations duparagraphe
pré-cédentCalcul
dedi!
en fonctiond Eg,.
- Lalampe
1 étant lalampe
d’entrée,
ce calcul nous conduira àl’expres-sion de la sensibilité du
montage.
Pour
simplifier
les calculs nous posons# K;
puis Ri
-...R~ = R
et pp, =
pp. Il estlégitime
defaire ces
suppositions :
eneffet,
leprincipal
avantage
des
montages
enpont
vient de leursymétrie.
Pourréa-liser cette
symétrie,
on esttoujours, pratiquement,
amené à choisir,
parmi
certaineslampes
d’un mêmetype,
deuxlampes
decaractéristiques
aussi voisines quepossible.
L’expérience
montre que deuxlampes
absolumentidentiques
ne se rencontrent pas, mais on trouve deslampes
pourlesquelles
les coefficientsd’amplification
sont
égaux,
à une trèsgrande approximation
près.
Pour ces
lampes,
les valeurs de pp aupoint
de fonction-nement, sontégales
avec une suffisanteapproximation.
On
peut d’ailleurs,
enpolarisant
convenablement lesgrilles
et enagissant
sur lechauffage
des filaments arriver à ce résutlat.L’équilibre
dupont
entraînera alorsR,
=R. :
il nepassera aucun courant dans le
galvanomètre.
Lapossibilité
d’avoir un courant nul augalvanomètre,
résulte de lasymétrie
dumontage,
sy-métrie obtenue assez facilement avec les
lampes
mo-dernes de bonne marque, dont la fabrication est suffi-sammentrégulière ;
nous ne pensons pas que cette considérationphysique évidente - l’expérience
de deux années a confirmé cepoint
de vue - ait besoin de dé-monstrationmathématique.
Nous calculerons d’abord : Pour
cela,
nous dé-duironsen
remarquant
que pour lalampe
2,
lepotentiel
resteconstant,
doncd Eg2
- 0. Nousremplacerons
etd /p,
par leur valeur dans(15) ;
il vientd’où :
Remplaçant
Ilr
par sa valeur tirée deet
dly
pard iy
on déduitOr,
laparenthèse représente
l’inverse de la résistancetotale de
l’ensemble,
surlaquelle
est monté legalva-nomètre. Si le
galvanomètre
travaille,
comme cela estindiqué,
sur sa résistancecritique,
on aura :et la sensibilité du
montage
sera :Cette
expression, comparée
à la relation(10),
montre que la sensibilité n’estplus
que la moitié de cequ’elle
était pour lacompensation
par batterie. Mais la ques-tionprimordiale
dans unamplificateur
est celle de lastabilité,
et lemontage
enpont permet
l’emploi,
àcause de sa
stabilité,
d’ungalvanomètre
dont le s est de 100 à 1 000 foisplus grand
que dans le cas de lecompensation
par batterie. Il sera doncbeaucoup
plus
avantageux,
toutes les fois que l’on aura deuxlampes
semblables.Compensation
des variations de la batterieplaque.
première
lampe,
pour la seconde. Nous voulons que l’ensemble étantéquilibré,
le demeureaprès
varia-tion de dE. Il faut donc que ~dEp,.
Les tensionsgrilles
sont icisupposées
constantes.L’équation
(17)
entraînera p1 d¡Pi
J P2 et enégalant
les seconds membres deséquations
(12)
et(14),
oùd Ir
estnul,
ona
Ri
d’où la conditionpour
laquelle
les variations de la batterieplaque
sont
compensées.
Cette condition est vérifiée enparticulier
dans le cas où nous nous sommesplacés
pour faire lecalcul de la
sensibilité,
casqui
esttoujours
très voisin des caspratiques.
Compensation
des variations de la batterie fila’ment. - Il est
possible
de chercher commeprécédem-ment la condition pour
laquelle
il y acompensation
de la batteriefilament,
en introduisant dansl’équation
de lalampe qui
donne1 p
un facteur de forme v P tant1 .
f.l d
il
l ff.. d’ , .la tension
filament,
et le coefficientd’émis-sion que l’on
peut
supposer constant dans unpetit
intervalle. Le calcul a été fait par MM.Nottingham
et
MacFarlane;
il conduit àIl est
possible d’agir
sur v par l’intermédiaire du cur-seur C dupotentiomètre
defilament ;
l’idée de cepo-tentiomètre,
essentiel dansl’équilibrage,
étant due à :B1.W y nn-Qi’illiams .
Mais nous avons réalisé cette
compensation
eninvo-quant
une idée nouvelle. Les études de 1VI.Nottingham
laissent de coté la tensiongrille;
or, les fluctuations de cette tension sontplus importantes
pour la stabilisa-tion de l’ensemble que celles de la tension filament.La solution de cette
question,
qui
s’étaitdéjà posée
pour la construction d’unamplificateur
à unelampe,
est
possible.
Eneffet,
il suffit de remarquerqu’une
diminution du courant filamentproduite
par une varia-tion de la source de tension entraîne :a)
une diminu-tion du courantplaque
dlp,
due à la diminution de l’émission du filament :~
est lapente
de lacaractéristique
Ip/E’t.,
etEf
=ten-sion filament.
b)
Uneaugmentation
du courantplaque
due à la diminution en valeur absolue dupotentiel
négatif
que l’onapplique généralement
à lagrille.
fi’
est lapente
de lacaractéristique
En
prenant
sur un mêmepotentiomètre
l’alimenta-tion du filament et l’alimental’alimenta-tion de lagrille,
nouséta-blissons entre
dEf
etd lo
une relation constante. Nous avons cherchéalors,
pour l’électromètretriode-Philips
4060 enparticulier,
s’il existait sur lescarac-téristiques
unpoint
pourlequel
les valeurs absoluesde d E f et (3’ d E étaient
égales,
dE}’
etdE.
ayant
des variations liées par une relation :
n est une constante liée à la
position
des curseurs et à la résistance du filament.Si les valeurs absolues sont
égales,
il y acompensa-tion
puisqu’elles
sont de sens contraires. Mais on est souventconduit,enprocédant
de cettefaçon,
à travailler dans desportions
decaractéristiques
où lalampe
n’estpas utilisée au mieux.
La solution réellement
pratique
a été donnée parM. Mac
Farlane;
il suffitd’appliquer
cedispositif
auxamplificateurs
enpont.
La relationse
modifie ;
en effet une altération dE~
de la batterie filament amène dans lapremière lampe
une variationde courant
plaque
et dans la seconde
lampe
une variation : -.Pour que le
galvanomètre
reste auzéro,
il faut et ilsuffit que ces deux
quantités
soientégales.
D’où :dE f,
est lié à commeprécédemment
les nouveaux
coefficients n,
et 112dépendent
de laposi-tion des curseurs sur le
potentiomètre,
de larésis-tance de ce
potentiomètre,
et de celle des filaments La condition ci-dessuspeut
alors être satisfaite pour ungrand
nombre depositions
des curseurs. En pra-~tique
nous utiliserons leslampes
dans les conditions données par lesconstructeurs,
- c’est maintenant réa-lisable --, et nousgarderons toujours
aumontage
laplus
grande
symétrie
possible.
Nous avons alors
essayé
unpont
à triodes et différentstypes
delampes : Philips
B424, Tungsram P. 455,
Mazda DNQT70?,
Fotos F 10. Le schéma que nous avonsadopté
diffère de celui de M. Mac Farlane sur trois
points :
a)
par saplus grande symétrie.
Nous introduisons dans le circuitgrille
de la secondelampe
une résistancesapproximativement égale
à celle du circuitgrille
de lapremière; - b)
Le retour du - - haute tension est faitau
+
de la bassetension ; -
c)
Nousappliquons
à lagrille
de la secondelampe
des tensionsnégatives
tou-jours
supérieures
à cellesappliquées
à lalampé
d’entrée.température
devenaitsupérieure
à latempérature
am-biante,
elleprésenterait
des fluctuationsinégalement
réparties
lelong
du fil. Nous avons observé sur unpremier
appareil
cephénomène,
d’unefaçon
très netteet avons
enregistré
des déviationsgalvanométriques
trèsgrandes,dues
parexemple,àl’ouverture
d’uneporte.
Fig. 4.
- Les résistances introduites dans les circuits de
plaque
-et formant les deux autres branches du
pont,
avaient une valeurfixe,
choisie entre 5 et 10 000 tù. Unpoten-tiomètre 7:1 de 1 000 w
permettait
derépartir
la tensionsur les deux
plaques.
Laprésence
de cepotentiomètre
(Fabrication Giress)
à contactglissant, peut
être évi-demment une sourced’irrégularités
du fait de contactsimparfaits,
mais en veillant sur cescontacts,
nous sommes arrivés à travailler sans ennui avec ces appa-reils. Les résistances introduites dans le circuitgrille
étaient de 1000;
nous avions vérifié d’unepart,
que pour leslampes employées,
les résistances de fuite étaientsupérieures
à 1 500 Qet,
d’autrepart,
qued’après
le tracé descaractéristiques
degrille
encharge
la résistanceapparente
del’espace
filamentgrille
estau moins aussi
grand. L’emploi
de 100 Q est doncjustifié.
L’alimentation de la haute tension s’effectuait sous 120
volts;
enemployant
200Y,
lemontage
estnette-ment
plus
sensible,
mais lacompensation plus
diffi-cile à obtenir. Lessupports
delampes
étaient en silicefondue,
de mème que les deuxbaguettes
suppor-tant le fil tendudu potentiomètre
d’alimentation. Toutesles autres
pièces
del’amplificateur
étaient montéeségalement
sur silice fondue. Ilpeut sembler, qu’à
cer-tains endroits tout aumoins,
l’emploi
de cet isolant nes’imposait
pas, maiÇ nousdisposions
de silice en quan-titésuffisante,
et ceci d’ailleurs necompliquait
pas lemontage,
représenté figure
4. Il faut d’ailleursremar-quer que les isolants commerciaux :
ébonite ;
bakeliteetc... ne
présentent
pas les mêmesqualités
aupoint
devue de l’isolement que les culots de
lampes
de bonne marque; ils ont une résistance variable dansletemps,
Pourl’ébonite,
cette diminution dupouvoir
isolant estsans doute liée à une
oxydation
du soufrequ’elle
con-tient.Réglage
de lacompensation- -
Leréglage
de lacompensation
se fait par une méthoded’approximations
successives. On commence par tracer lescaractéris-tiques
de lalampe
dans les conditions où elle va êtreemployée,
cequi permet
de choisir lepoint
detravail,
c’est-à-dire la
polarisation grille
qu’il
fautappliquer
auxlampes.
Cecifait,
leslampes
sont montées dans lepont
et lesgrilles
portées
aupotentiel
choisi., On cher-che alors endéplaçant
le curseur dupotentiomètre -,c,
etle curseur C à amener le
spot
dugalvanomètre
au zéro.On diminue alors la tension de la batterie
plaque,
de 6 V. parexemple.
SoitD,
la déviationgalvanométrique
qui
en résulte.Après
avoir rétabli la tensionprimitive,
ondéplace
le curseur C dans un sensquelconque ;
onannule le courant
galvanométrique
par le moyen de 7r,.Reproduisant
la diminution de tension de 6V,
on ob-serve une déviationD2’.
SiD2
Di,
on continue àdé-placer
le curseur C dans le senschoisi ;
et siD2
>Dl,
on revient en
arrière,
et ondéplace
C dans l’autre sens.On arrive très
rapidement
à uneposition
de curseur Cpour
laquelle
lacompensation
estcomplète.
A cemo-ment,
on provoque une chute de tension de0,2
V del’alimentation de la basse tension. Notant la deviation
d1,
on revient à la tensionprimitive ;
ondéplace
le curseur T’1 de lagrille
de lalampe
d’entrée dans un sensquelconque,
et on ramène lespot
au zéro endé-plaçant
le curseur C. Soitd2
la déviation amenée par la chute de tension de0,2 V;
si~2
d,,
on continue àdéplacer
le curseurFi
dans le même sens, ou bien on revicnt en arrière et on ledéplace
en sens inverse sid2
>d.
On obtient ainsi unecompensation
pour la basse tension. Les auteursanglais
insistent,
et nous avons vérifié l’intérêt de cetterecommandation,
sur le fait quependant
lacompensation
de la bassetension,
il ne faut pas toucher au curseur dupotentiomètre
- Lacompensation
de la basse tension étantobtenue,
on constate que la
compensation
de la haute tension ne subsisteplus,
car on adéplacé
le curseurC,
mais on en est trèsprès.
On retrouvera unecompensation
HT par les mêmes manoeuvres queprécédemment :
lacom-pensation
de la basse tension est alorsdéréglée,
maisse retrouve très facilement. Au bout de âeux à trois
réglages successifs,
l’appareil
est finalementcompensé
pour une variation de 6 volts de la batterieplaque,
etpour une variation de
0,‘~
V pour la batterie de bassetension,
cequi
est très suffisant dans les conditionsd’emploi.
A noter que polir un bonréglage,
les fila-ments doivent être chauffés defaçon
à peuprès
sem-blable,
l’ensemble secomporte
comme unsystème
dont la sensibilité est la moitié seulement de celle d’unam-plificateur
à unelampe,
mais dont la stabilitépermet
l’emploi
d’ungalvanomètre
sensible à 10-8A,
sans aucunedifficulté,
leréglage
subsistantpendant
destemps
trèslongs.
Nous donnons ci-contre trois familles de courbes obtenues avec un
amplificateur
dont nous avons diminué la sensibilité pourl’adapter
à une cellulea)
Figure
5,
à tension degrille
variable pour une tensionplaque
de 80 v.h) Figure
6,
à tension degrille
variable pour unetension
plique
de 120 v.Fig. 5. Fig 6.
c) Figure
7,
à tensionplaque
variable,
la tensiongrille
étant fixée àl’origine.
Fig. 7.
Dérive. -
Ñlalgré
le soinapporté
à saréalisation,
l’amplificateur
a montré une dérivequi pouvait,
pour des mesures assezlongues,
devenirgênante.
Cette dérive estdue, vraisemblablement,
à desmodifica-tions extrêmement lentes
qui
seproduisent
dans leslampes.
Eneffet,
laplaque
d’unelampe,
chauffée par le bombardementélectronique qu’elle subit,
émet sous forme derayonnement
une certainequanlité
d’énergie,
qui peut,
enretour,
augmenter
latempéra-ture du filament. Avec les
lampes
aubaryum
et authorium,
qui
travaillent à destempératures
relative-ment basses, cechauffage
en retour atteint une valeurqui
est de l’ordre dequelques
pour 100 de lapuis-sance normale de
chauffage,
dès que laplaque
est à C.Lorsqu’on
a tracé lescaractéristiques
de tellescaracté-ristiques,
comparables
entreelles,
nécessite despré-cautions : ne faire la lecture
qu’un
certaintemps
après
l’établissement des tensions. Comme les deuxlampes
utilisées dans lepont
nepeuvent
êtrerigoureusement
identiques,
lechauffage
en retour dans ces deuxlampes
donne des effetsdifférents ;
la dérivepeut
être considérée comme la résultante de ces deux effets de sens contraire.L’explication
que nous proposonss’ap-puie
sur le faitqu’en
intervertissant dans notreampli-ficateur la
lampe
d’entrée et lalampe compensatrice,
la dérivechange
de sens. D’autrepart,
onpeut
égale-ment fairechanger
le sens de la dérive encréant,
à l’aide du curseurC,
une nettedissymétrie
dans lechauffage
desfilaments,
soit en faveur d’unelampe,
soit t en faveur de l’autre. Il semble que l’onpourrait
conclure à l’existence d’une
position
du curseur Cpour
laquelle
la dérive seraitpratiquement
insensible;
mais cela revient à fixer au début laposition
du cur-seurC,
lacompensation
est alors obtenueplus
diffi-cilement : ou
bien,
elle n’est que trèsapproximative
si l’ongarde
les conditions de bon fonctionnement deslampes ;
oubieu,
elle amène à travailler dans uneportion
peu intéressante de lacaractéristique.
Il estpossible
de mieux utiliser les tubes : nous avonscons-truit deux
amplificateurs
qui
présentaient
des dérivesinégales.
Nous les avons montés encascade,
en met-tant enpremier étage
l’amplificateur
à laplus
faibledérive,
et encouplant
les deuxamplificateurs
defaçon
que leurs dérivess’opposent.
Comme,
à ce secondétage,
on ne demande pas unpouvoir amplificateur
trèsgrand,
onpeut
seplacer
dans des conditions telles que la dérive totale soit sensiblement nulle. Unléger déréglage
de la tensiongrille
du deuxièmeétage
(première
lampe)
conduit alors à une dérivequi,
aubout d’une
demi-heure,
n’estplus
gênante.
L’ensemble est néanmoins assezcompliqué
pourqu’une
solutionplus simple
encore soit recherchée.3°
Montages
enpont
àbigrilles.
- Nous avonsvoulu,
dès le début de cetteétude,
compenser les variations des batteries de tensionplaque,
de tensionfilament et de tension
grille ;
cette dernière condition surtout étant absolument nécessaire à la stabilité.Il est
possible
d’obtenir de meilleurs résultats queprécédemment
en utilisant leslampes bigrilles qui
présentent
lesavantages
suivants :a)
La tensionplaque
peut,
engénéral,
être réduite dans delarges proportions
sans que lalampe perde
de sesqualités amplificatrices :
ceci amène une diminu-tion notable de lapartie
ionique
du courant degrille.
b)
Nous avons vuqu’en
cherchant à annulerl’in-fluence d’une variation
dEa
de la batteriequi
alimente lepotentiomètre
où l’onprend
les tensionsgrille
etfilament,
la relationn’est satisfaite que dans des
portions
difficilementuti-lisables des
caractéristiques.
Avec unebigrille,
il estpossible
deprendre
sur un mêmepotentiomètre
lapolarisation
de lagrille
interne(4
volts parexemple),
l’alimentation du filament
(4
volts)
et lapolarisation
de lagrille
de contrôle.Si l’on trace les
caractéristiques
d’unebigrille,
on constate que pour un telmontage,
une diminutiond Ea
de la tension aux bornes dupotentiomètre
d’alimenta-tion totale basse tension donne :a)
Une dirninution d I = courant deplaque,
due à l’abaissement de l’émissionélectronique
dufilament
a la mêmesignification
que dans leparagraphe précédent,
est une constantedépens
..dant de laposition
du curseur sur lepotentiomètre
et des valeurs des résistances filaments etpotentio-mètre.
b)
Uneaugmentation
dI’ -1(2
~’
dEgext
du courantplaque
due à l’abaissement en valeur absoluede] la
tension
négative
de lagrille
de contrôle.lf2
est un fac-teuranalogue
à est lapente
de lacaractéris-tique
c)
Une diminution d I" ~ due àl’abaisse-ment de la tension
grille
interne. ;
est lapente
de lacaractéristique
Il est
possible
avec une seulebigrille,
de vérifieren demeurant dans de bonnes conditions d’utilisation
et de rendement. La
compensation
seraitobtenue,
pour la basse tension.
Mais en réalisant un
pont
utilisant desbigrilles
alimentées de la
façon
décriteprécédemment,
on aurade
plus
lacompensation
de la haute tension. L’en-semble seracompensé
pratiquement
pour toutes lesFig. 8.
variations de tension des batteries. Nous n’entrerons
pas dans les détails de construction et de
réglage
d’un telmontage ;
ils sontanalogues
à ceuxsignalés
aulong
sans que leréglage
de lacompensation
ait eu à être retouché.Mais il
demeure,
quels
que soient les soinsapportés
à lacompensation,
et avec ungalvanomètre
trèssen-sible,
des variations duspot
à caractèrebrusque
etirrégulier
que l’onpeut rapporter,
soit à des varia-tionsbrusques
de la différence depotentiel
de contactgrille-filament,
soit à des modifications del’émis-sion.
Il nous a semblé que des
lampes
àchauffage
indi-rect seraient mieuxadaptées,
car ellesprésentent :
a)
Unerépartition
connue et fixée duchamp
entre lagrille
et lefilament ;
eneffet,
la surface émettrice est une surface conductriceéquipotentielle,
et non pas, comme dans leslampes
ordinaires,
un conducteur pourlequel
lepotentiel
décroît d’une extrémité à l’autre dufilament,
suivant une loi inconnuequi peut
varier dans letemps.
b)
De par la nature même de la surfaceémettrice,
qui
est isolée du circuit dechauffage,
iln’y
aplus
au-cun retentissement du courantplaque
sur lechauffage
du
filament;
le circuit deplaque
se ferme directement sans passer par la batterie dechauffage.
c)
Leslampes
ont une inertiecalorifique
très élevée(elles
mettentplus
d’une minute à atteindre lechauf-fage normal),
parconséquent
les trèspetites
fluctua-tions inévitables de la batterie dechauffage
n’affecte-ront pasl’émission ;
et comme les accumulateurs ne sont pas reliés à lagrille,
iln’y
auraplus
de sautes dugalvanomètre
dues à cetteorigine.
On
objectera
que les accumulateursqui
alimententles
grilles
peuvent avoir,
eux, des fluctuations deten-sion,
mais lemontage
àbigrille indiqué
ci-dessus éli-mine cet inconvénient encompensant
par lagrille
interne les variations de tension de lagrille externe;
ces deux variations ont une action immédiate et simultanée sur le courant
plaque.
D’autre
part,
ceslampes
sont habituellement re-couvertes d’un vernis conducteur que l’onpeut
mettreau
potentiel zéro,
ceci évite les mouvements lents descharges
lelong
desparois
de verre del’ampoule.
. Les
lampes
utilisées étaient chauffées sous 20 volts. Lemontage
est conforme à lafigure
9.Nous avons cherché à nous assurer de la similitude des
caractéristiques
entre deuxlampes
du mêmetype.
Nous avons observé que les groupes delampes
étu-diées : -. deux B2031,
deux Bt).041,
deux groupes de deuxlampes
àgrille-écran, présentaient
des diver-gencesbeaucoup
plus
marquées
que leslampes
àchauffage
direct. Puis nous avons tracé lescaracté-ristiques
tous les autres éléments étantfixés,
afin d’être certains que
l’interposition
de résistances élevées dans lagrille
étaitpossible,
etqu’elle
n’alté-rait pastrop
lescaractéristiques
normales. Deplus,
cetracé nous a fait connaître les
potentiels
degrille
aux-quels
il faut seplacer,
suivant les conditions de tra-vail.Nous avons fait une étude
plus poussée
desponts
àbigrilles,
cetype
delampes
nousayant
donnéprécé-demment les meilleurs résultats.
Nous avons constaté que, dans le domaine normal
d’utilisation et pour les
lampes
que nouspossédons,
leF.ig 9.
1tracé des
caractéristiques
degrille
n’a pas montrél’existence d’un courant
inverse,
cequi
avait lieu aucontraire pour toutes les
lampes
que nous avionsétu-diées
précédemment
(fig.
10).
Il existe un courantélectronique
normalqui
estremarquablement
cons-tant dans un intervalle de l’ordre de 1 volt. Larési~-tance
apparente
del’espace
filamentgrille
’est
donc,
dans cet
intervalle,
trèsgrande
etapproximativement
constante,
cequi
justifie l’emploi
de résistances degrille
élevées. Nous avonscherché,
d’autrepart,
à obtenir unecompensation
totale pour les batteries. Lapour le
montage
enpont,
par uneposition
du curseurtelle que
-La
compensation
de la basse tension a été réalisée enFig. 11. s
partant
de la même idéegénérale
que dans le cas desbigrilles
ordinaires ;
les tensions degrille
interne et deFig. ! 2.
grille
externe dechaque
lampe
sontprises
sur le mêmepotentiomètre.
Si l’accumulateurqui
alimente cepotentiomètre
subit une variation de tensiondEa,
il enrésulte :
a)
Une variationd 1 = p /(1
d
F,,,, 8
étant lapente
de lacaractéristique
b)
Une variation dl’ _ de senscontraire,
étant
lapente
de lacaractéristique
Les
figures
11 et 12 donnent le tracéde
cescaracté-ristiques :
nous voyonsque ~
varie de0,07
à0,02
et que~’
d’autrepart
varie de0,25
à0,95
milliampères
par volt. En
prenant
une tension degrille
interne de l’ordre de 6 à 8volts,
et une tension degrille
externe voisine de - 1volt,
onpeut
obtenir unecompensation
pratiquement complète.
Subsiste ladérive,
qui,
aubout d’une
heure,
devientnégligeable.
Quant
aux oscil lationsbrusques
duspot, qui
toujours
avaient limitél’augmentation
de sensibilité desmontages
précédants,
on ne les observeplus,
avec ungalvanomètre
sensible à 2.10-9 A débitant sur sa résistancecritique.
Réglage
de lacompensation. -
La recherche de laposition
pourlaquelle
lemontage
estcompensé
se fait de lafaçon
suivante :a)
Compensation
de la tensionplaque.
On fixe lepo-tentiel de
grille
de lalampe
d’entrée. Puis à l’aide dupotentiomètre
1tl, on amène lespot
dugalvanomètre
auzéro ;
on diminue la tensionplaque
de 6 volts parexemple;
on note la déviationD1’
puis
on revient à la tensionprimitive.
Ondéplace
le curseur degrille
de lalampe
tampon
d’une certainelongueur
et dans unecertaine
direction;
on ramène lespot
au zéro par ’jt1 ; lareproductlon
d’un abaissement de tension de 6 V.amène une déviation
D~ ;
siD2
on continue ledéplacement
du curseur degrille
dans le senschoisi ;
si
D2
>1)1,
ondéplace
le curseur en sens contraire.b)Pour
compenser la bassetension,
lepotentiomètre ’1t1
et les curseurs des
grilles
externes des deuxlampes
ne doivent pas être touchés. Lespot
étant auzéro,
onpro-duit,
en introduisant une résistanceauxiliaire,
un abaissement de la tension aux bornes dupotentio-mètre 7t’2. On observe une
déviation di ;
on revient à la tensionprimitive, puis
ondéplace
le curseur de lagrille
internede lalampe
d’entrée d’une certaine lon-gueur dans un sens arbitraire. On ramène lespot
auzéro, en faisant varier dans le sens convenable le cur-seur de la
grille
interne de la deuxièmelampe.
Enre-produisant
l’abaissement detension,
on observe unedéviation on continue dans le même sens;
si
d2 ~ di,
on fait les mêmesopérations
en senscon-traire,
et on arrive finalement à lacompensation
totale de la basse tension.c)
Si on vérifie à ce moment leréglage
de lacompensation
de la hautetension,
on constate souventqu’il
demeure satisfaisant. S’il n’en est pasainsi,
la nouvelle déviationDl
est extrêmementfaible,
et on arrive trèsrapidement
à unréglage
par-fait et définitif. Lacompensation
de la basse tension demeure.les déviations du
galvanomètre.
Les courbes manifes-tent immédiatement lespositions correspondant
à unbon
réglage (figure
12bis).
Nous donnons d’autre
part
lescaractéristiques
ob-tenues en faisant varier les conditions d’alimentation dupont,
celui ci étantcompensé
pour chacun desré-Fig.
t2 bis.Fig. 13. Fig.14.
glages.
Lafigure
10,
qui
permet
de tracer la courbe montre quel’emploi
d’une résistance degrille
de 1 OUO Sà estjustifiée;
néanmoins,
les courbes suivantes sont tracées avec une résistance de 500 Q.La
figure
13,
où l’onporte
en ordonnées lesdévia-tions en mm. sur une échelle à 1
mètre,
en abscisses les variations de tension degrille,
montre l’influence de la tensionplaque
sur lapente
de l’ensemble. Lafigure
14,
avec les mêmeséchelles,
montre l’influence de la ten-siongrille
interne. Lepoint
detravail,
pour lesfigures
13 et 14
correspond
à une tensiongrille
externe due1,46 V.
Lafigure
15montre,
pour deux valeurs diffé-rentes de la tension degrille
interne,
et avec ungalva-nomètre de
sensibilité plus
grande,
les résultatsobtenus;
on y litqu’une
variation de tensiondonne un