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Notes sur l'amplification des courants continus

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Notes sur l’amplification des courants continus

P. Donzelot, J. Divoux

To cite this version:

(2)

NOTES SUR L’AMPLIFICATION DES COURANTS CONTINUS Par P. DONZELOT et J. DIVOUX.

(Laboratoire

de

Physique

de la Faculté de Pharmacie de

Nancy.)

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 doive

s’adres-ser aux

électromètres,

ou

peut-être

aux relais

thermo-électriques

ou

photoélectriques.

Il a paru

plus

com-mode aux auteurs de s’adresser aux

lampes

à

plusieurs

électrodes,

et

d’amplifier

le courant à mesurer ;

l’appa-rition de tubes à

plus

de 3 électrodes et le

perfection-nement des

techniques

industrielles ont rendu

plus

facile la solution de cette

question,

en mettant sur le marché des tubes de fabrication

régulière, adaptés

à des fonctions que ne

prévoyaient

pas les

premiers

constructeurs ;

car il

s’agit

ici,

non de courants de

fréquence

élevée,

mais de courants continus ou assez

lentement variables pour que ni

selfs,

ni

capacités

ne

puissent

être

acceptés

comme organes de liaison.

Nous demanderons de

plus

aux

montages

de

posséder

des

caractéristiques

stables

pendant

un

grand

inter-valle de

temps.

Nous définirons la résistance

apparente

pp

de

l’espace

filament

plaque

d’une triode comme l’inverse de la

pente

de la

caractéristique

IIEP

au

point

considéré : -.

la

penle

de la

lampe

étant

La résistance

apparente

de

l’espace filament-grille

sera

l’inverse de la

pente

de la

caractéristique

point

de fonctionnement :

Le tracé de cette

caractéristique

montre que le courant

grille présente

suivant la

région

utilisée des valeurs soit

négatives,

soit

positives.

Nous

prendrons

comme relation liant le courant

plaque Ip

à la tension

plaque

effective et à la

ten-sion

grille

effective

E9,

l’expression :

p est une constante.

Le coefficient

cl’amplification

en volts

K,

est lié à la

pente

par -o’

Principe

de

l’amplification.

- Le but recherché

étant

l’appréciation

de faibles

intensités,

et la

lampe à

3 électrodes

réagissant

à la variation du

potentiel

de

grille,

il faut à toute variation à 1 d’intensité faire

cor-respondre

une

variation 1 E

de la tension

grille.

Pour

cela,

on fera passer le faible courant à

amplifier

dans

une très

grande

résistance

R.

placée

entre le filament et la

grille

d’une triode. Une variation 3, i du courant amènera une variation

~E~ = R~ c~ i

du

’potentiel

grille,

donc une variation du courant

plaque.

La valeur du

montage

est

exprimée

par le

rapport :

que nous

appellerons

le

pouvoir amplificateur.

Nous remarquerons d’abord que nous ne nous

dé-placerons

que très peu sur les

caractéristiques,

dans la très

grande majorité

des cas ; nous n’avons donc besoin que de relations entre de

petits

accroissements des variables. Ceci

permet

d’utiliser, sous leur forme

différentielle,

les

équations

habituelles. Les calculs se

simplifient,

surtout si l’on fait les

hypothèses

que,

phy-siquement,

il est

légitime d’accepter.

1.

Sensibilité

des

amplificateurs.

Dans le cas

théorique simple

de la

figure

1,

où nous

négligeons

les résistances du

galvanomètre

et des

con-nexions,

nous pouvons écrire :

et on aura :

(3)

car le

rapport

est

égal

à la

pente P,

et on a vu que

Fig. 1.

Le

pouvoir

amplificateur

sera donc d’autant

plus

grand :

1° Que

la

pente

P de la

lanîl)e

utilisée sera

plus

grancie;

Que

la résistance

interposée

s2cr le circuit

grille

Rq

sera de valeur

plus

élevée.

Mais ce résultat n’est

qu’une

première

approxima-tion,

car : -.

a)

Il existe des résistances dans le circuit

plaque;

b)

Le faible courant à mesurer di

débite,

non seule-ment dans la résistance mais dans la résistance pg

qui

est en

parallèle

avec

R~ ;

c)

Il faut faire intervenir la sensibilité de

l’appareil

de mesures.

Il faudra donc

adjoindre

à

l’équation

de la

lampe

a)

La relation

qui

lie la variation du

potentiel

de

plaque

à la résistance

Rp

placée

dans le circuit

plaque,

et à

dI,

b)

La relation

qui

lie et di et

qui

sera alors :

c)

Soit s la sensibilité de

l’appareil

de mesure G.

Nous la définirons

d’après

l’appareil employé :

par

exemple,

pour un

galvanomètre,

ce sera le courant

qui

donne une déviation de 1 mm sur une échelle

placée

à 1. mètre. Le courant d

Ip

aura comme mesure le

quo-tient de la déviation totale ô par s.

La sensibilité totale et réelle du

montage

en intensité sera le

quotient

de la déviation lue ô par le di

qui

la provoque. On a

2 étant le

pouvoir

amplificateur.

Nous

exprimerons

le

pouvoir amplificateur

comme

précédemment :

Or,

les

équations

(1)

et

(3)

donnent

immédiate-ment

L’équation

(4) :

-.

d’où :

P étant la

pente

effective de la

lampe

dans les condi-tions

d’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

nous

intéresse.

La

lampe

étant

choisie,

ainsi que

l’appareil

mesures, on voit que cette sensibilité

dépendra

du choix de

Rp

et La résistance

Rp

sera par

exemples

celle de

l’appareil

de mesures

G,

ou celle d’une résis-tance de liaison. Il y a intérêt à ce que la résistance

Rp.

soit

petite

devant pp; s’il

s’agit

d’un

appareil

de

mesures, on le

prendra

aussi peu résistant que pos-sible. S’il

s’agit

d’un

couplage

par

résistance,

on doit tenir

compte

du fait que la variation de la tensions

grille

dE.,2

produite

sur la

grille

de la

lampe

suivante

et

qui

est

égale

à

Rp dlp

doit être la

plus grande

pos-sible ;

on choisira alors

Rp

tel que la droite

qui

figure

Rp

dans la

représentation

en coordonnées c’est-à-dire la droite d’abscisse à

l’origine

E,

et de coefficient

angulaire tgw

=

coupe les

caractéristiques

de

R

(4)

élec-trodes ;

r page

44,

3e

éd.).

Il faut remarquer d’ailleurs

qu’une

trop grande

valeur pour

Rp

entraîne une

aug-mentation nécessaire de la batterie

plaque,

pour com-penser la chute de

potentiel

qui

a lieu dans cette

résistance.

Plus

important

est le rôle de la résistance de

grille

Ry

et d’une

façon plus

générale,

la manière dont est réalisée rentrée du

montage :

choix de

R~

et de

p..

La relation

(5)

montre que la sensibilité est fonction de :

La valeur de ce

rapport

que nous comparerons à

Rg

(que

nous avons rencontrée dans la relation

(2))

montre que si

0,

c’est-à-dire

o

a une valeur

P

positive,

la

sensibilité

réelle

Sint

est inférieure à la va-leur que l’on aurait calculée

d’après

la

relation(2).

Si

Rglpg

est voisin de

zéro,

lut

est très voisin de

S’int,

Si

Rgfpg

0,

c’est-à-dire si l’on travaille dans les

portions

de la

caractéristique

qui

définissent

une résistance de

grille négative,

on a :

et si l’on choisit pour

Pg

une valeur

négative

voisine de

R

en valeur

absolue,

on voit

que 1 +

9

peut

devenir

pg

très

peti t. Sint

devient t alors très

grand,

et

pourrait

même

théoriquement

devenir infini pour

R~ _ -

p~.

*

Mais on aurait en ce

point

une instabilité

qui

empêche-rait d’utiliser

l’appareil.

En

ajustant

le

potentiel

de

grille,

on

peut

se

placer

dans la zone

deys

négatifs.

Beaucoup

d’auteurs insistent sur les

avantages

que donnent l’utilisation de telles résistances

négatives.

Signalons

dès maintenant

qu’il

nous a paru

qu’une

certaine

prudence

dans ce sens devait être

observée,

même dans le cas où l’on

opère

par une méthode de zéro ou dans le cas

précis

où l’on

n’impose

au

potentiel

de

grille

que de

petites

variations

dEg.

Un est

exposé

à

déplacer

le

point

figuratif

dans des

régions

où p,

peut

varier très

rapidement.

L’amplification

ne sera pas linéaire et 2 variera suivant la

position

du

spot.

D’autre

part,

l’appareil

peut

ne pas être très fidèle dans cette zone. En

général,

en

traçant

les

caractéris-tiques

de

l’ensemble,

on les voit

prendre

une

pente

de

plus

en

plus grande

pour peu que ait une valeur

élevée,

~.10g ohms par

exemple.

Deux tracés de

caractéristiques

ne donnent pas les mêmes

courbes,

au

degré

de

précision près

des

appareils

de mesures utilisés. De

plus,

le tracé obtenu en sens inverse

(en

allant

volts,

au lieu de - 2 volts à 0

pour E~)

donne des résultats différents du tracé

primitif.

9

On

pourrait

d’autre

part

envisager

l’emploi

de

grilles

en

l’air,

ce

qui

conduit à rendre

R9

infini;

on aurait alors :

et comme p,

peut

être

grand,

Sjnt

devient

apparemment

très

grand.

Nous

signalerons

que

l’emploi

de

"grilles

en l’air" nous a donné des résultats décevants. Une

grille

n’est en effet

jamais complètement libre,

à cause

des résistances de fuite sur le culot et le socle de la

lampe,

sur le verre de

l’ampoule

dans le cas des sorties par cornes. Ces résistances de fuite sont essen-tiellement variables et de

façon

discontinue d’un

jour

à

l’autre,

d’un instant à

l’autre,

et amènent des varia-tions

brusques

dans le courant

plaque.

Remarquons

de

plus

qu’une

grille

en l’air tend immédiatement à se

placer

au

potentiel

pour

lequel

le courant

grille

est nul : en ce

point

larésistance

pg

(voir

fig. 1 ~)

peut

avoir une valeur

positive

assez

grande

et peu

avantageuse.

Un des cas où ce

montage

semble

particulièrement

indiqué

est celui des mesures de faibles différences de

potentiel

par une méthode de zéro.

2. La

compensation

du courant

normal.

Les très faibles courants à mesurer di amènent de

faibles variations du

potentiel,

donc de très faibles variations

cllp

du courant

plaque.

Par

exemple

pour une

lampe

de

pente

P = 1

mA/volt,

et pour

Bq -

108

ohms,

un di

.

= 10-lO A

donnera

fi

représentant

la

1/500"

partie

du courant normal de

plaque.

Cette variation serait t

inappréciable

sur le

milliampéremètre placé

habituellement dans le circuit

plaque,

il faut donc lui substituer un

appareil plus

sensible,

un

galvanomètre

par

exemple.

Il sera alors nécessaire de compenser le courant constant

Ipt

qu’un

appareil plus

sensible ne

pourrait supporter.

Pour

cela,

on fait passer dans la

portion

de circuit où est

placé

le

galvanomètre,

un courant

antagoniste

l’p

= -

I,

et le

galvanomètre

reste au zéro.

n

L’application

de di à l’entrée de

l’appareil

amènera un

dlp

que le

galvanomètre

manifestera.

Plusieurs méthodes

cleconpensation

sontutilisables. 1°.

Compensation

par une batterie. - Une

batterie auxiliaire

Ee

débite dans le

galvanomètre,

et en sens inverse de

Ip,

un courant

I,

qu’une

résistance

R,

permet

d’ajuster

à la valeur convenable. Le

galva-nomètre de résistance ~°.j traversé par un courant

i,,

est shunté par une

résistance 7’s

que traverse le courant

is.

Ce sont les accroissements des variables

qui

nous

intéressent. 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 et

(5)

Nous

ajouterons

alors à la forme élémentaire de

l’équation

de la

lampe

les relations

puis

avec

relations dans

lesquelles I?’Y

est la résistance de l’en-semble

galvanomètre-shunt,

et

I.

le courant total

qui

va de A en B. On en déduit :

Fig. 2.

.

Substituant

à

d le

la valeur

2013

d h

déduite

de (8),

et

r

( )

où nous

remplaçons K

ar sa valeur

P,

on obtient :

...,.... n

d’autre

part

le courant

Zy

qui

passe dans le

galvano-mètre est

lié à

I,

par

Par

substitulion,

et

après simplification,

on a la valeur

2013~-,

qui

est

l’expression

intéressante

puis-.,

d g

, ,

qu elle

donne la déviation du

galvanomètre

en fonc-tion de

Or si nous

regardons

la

figure (2)

nous voyons que la

parenthèse

du dénominateur

représente

l’inverse de la résistance

totale,

sur

laquelle

est montée le

galva-nomètre. S’il

débite,

comme il est de

règle,

sur sa

résistance

critique,

on

a :

La sensibilité totale s’écrira alors :

Cette sensibilité est d’autant

plus grande,

que le

rapport

entre la résistance propre du

galvanomètre

et

sa résistance

critique

est

plus petite.

Mais nous

soulignerons

dès maintenant que s’il est

possible d’augmenter théoriquement

la valeur de

Sint,

l’augmentation

pratique

de sensibilité amenée par la

modification de l’un des facteurs

peut

différer nette-ment de celle attendue : le

spot

du

galvanomètre,

ou

l’aiguille

de

l’appareil

de mesure

présentent

une insta-bilité telle que des lectures

précises

ne sont

plus

pos-sibles. Le

problème qui

se pose est surtout de réaliser un

appareil

stable. Il sera ensuite

facile,

par augmen-tation de

Rg,

de

P,

ou de s d’obtenir un

montage

sensible.

La

compensation

par une batterie auxiliaire oppose à un courant

plaque

un courant

d’origine

différente : nous avons

pensé

d’abord que les fluctuations

ob-servées dans de tels

montages pouvaient

être

rap-portées

en

partie

à cette cause. Nous avons donc cherché à compenser le courant de

plaque

par un autre courant de

plaque

circulant en sens inverse dans

l’ap-pareil

de mesure. La source de ce courant de

compen-sation doit donc être un ensemble

identique

au der-nier

étage

de

l’amplificateur employé.

Cette

solution,

appliquée

à un

appareil

à trois

étages

a

permis,

en

utilisant un

appareil

à

pivot

sensible à 2 10-6 A de

faire de bonnes mesures de courants de 10-~~ à 1t)-i1 A.

Quand

on a cherché à

employer

un instrument

plus

sensible,

la stabilité est devenue insuffisante. Nous avons

pensé

que cette instabilité était due au fait que les filaments des

lampes

en

opposition

étaient ali-mentés par des batteries

différentes, ayant

leurs fluctuations propres,

lesquelles

retentissaient d’autant

plus

sur l’instrumen t de lecture que la

pente

d’un tel ensemble a pu atteindre 300 à 400

mA/

volt.

2°.

Montages

en

pont

à triodes. - Nous avons

réalisé alors des

montages

en

pont

de

Wheatstone,

du

type

de ceux

signalés

par

Wynn-Williams

et

Bren-tano ;

le

problème

consistait,

en utilisant des

lampes

de

types

courants,

à obtenir dans des conditions satis-faisantes un

pouvoir amplificateur pratique

au moins

égal

à 1U6.

(6)

ploi

de deux

lampes

aussi semblables que

possible,

l’influence de la variation des batteries de

plaque

et de filament sur le courant

passant

dans le

galvano-mètre G sera

beaucoup plus

faible que dans le cas

d’une seule

lampe,

G ne manifestant que la différence

entre la variation des courants de

plaque.

Fig. 3.

Une théorie élémentaire

peut

être

présentée

rapide-ment en utilisant les formes différentielles des

équa-tions. Aux

équations

des

lampes

nous

ajouterons

les

les relations

exprimant

les chutes de tensions dans les résistances

R1

et

R2,

et la loi d’Ohm pour le circuit

A B C. On obtient ainsi en donnant à

1

le sens de la

flèche,

et en

gardant

les notations du

paragraphe

pré-cédent

Calcul

de

di!

en fonction

d Eg,.

- La

lampe

1 étant la

lampe

d’entrée,

ce calcul nous conduira à

l’expres-sion de la sensibilité du

montage.

Pour

simplifier

les calculs nous posons

# K;

puis Ri

-...R~ = R

et pp, =

pp. Il est

légitime

de

faire ces

suppositions :

en

effet,

le

principal

avantage

des

montages

en

pont

vient de leur

symétrie.

Pour

réa-liser cette

symétrie,

on est

toujours, pratiquement,

amené à choisir,

parmi

certaines

lampes

d’un même

type,

deux

lampes

de

caractéristiques

aussi voisines que

possible.

L’expérience

montre que deux

lampes

absolument

identiques

ne se rencontrent pas, mais on trouve des

lampes

pour

lesquelles

les coefficients

d’amplification

sont

égaux,

à une très

grande approximation

près.

Pour ces

lampes,

les valeurs de pp au

point

de fonction-nement, sont

égales

avec une suffisante

approximation.

On

peut d’ailleurs,

en

polarisant

convenablement les

grilles

et en

agissant

sur le

chauffage

des filaments arriver à ce résutlat.

L’équilibre

du

pont

entraînera alors

R,

=

R. :

il ne

passera aucun courant dans le

galvanomètre.

La

possibilité

d’avoir un courant nul au

galvanomètre,

résulte de la

symétrie

du

montage,

sy-métrie obtenue assez facilement avec les

lampes

mo-dernes de bonne marque, dont la fabrication est suffi-samment

régulière ;

nous ne pensons pas que cette considération

physique évidente - l’expérience

de deux années a confirmé ce

point

de vue - ait besoin de dé-monstration

mathématique.

Nous calculerons d’abord : Pour

cela,

nous dé-duirons

en

remarquant

que pour la

lampe

2,

le

potentiel

reste

constant,

donc

d Eg2

- 0. Nous

remplacerons

et

d /p,

par leur valeur dans

(15) ;

il vient

d’où :

Remplaçant

Ilr

par sa valeur tirée de

et

dly

par

d iy

on déduit

Or,

la

parenthèse représente

l’inverse de la résistance

totale de

l’ensemble,

sur

laquelle

est monté le

galva-nomètre. Si le

galvanomètre

travaille,

comme cela est

indiqué,

sur sa résistance

critique,

on aura :

et la sensibilité du

montage

sera :

Cette

expression, comparée

à la relation

(10),

montre que la sensibilité n’est

plus

que la moitié de ce

qu’elle

était pour la

compensation

par batterie. Mais la ques-tion

primordiale

dans un

amplificateur

est celle de la

stabilité,

et le

montage

en

pont permet

l’emploi,

à

cause de sa

stabilité,

d’un

galvanomètre

dont le s est de 100 à 1 000 fois

plus grand

que dans le cas de le

compensation

par batterie. Il sera donc

beaucoup

plus

avantageux,

toutes les fois que l’on aura deux

lampes

semblables.

Compensation

des variations de la batterie

plaque.

(7)

première

lampe,

pour la seconde. Nous voulons que l’ensemble étant

équilibré,

le demeure

après

varia-tion de dE. Il faut donc que ~

dEp,.

Les tensions

grilles

sont ici

supposées

constantes.

L’équation

(17)

entraînera p1 d

¡Pi

J P2 et en

égalant

les seconds membres des

équations

(12)

et

(14),

d Ir

est

nul,

on

a

Ri

d’où la condition

pour

laquelle

les variations de la batterie

plaque

sont

compensées.

Cette condition est vérifiée en

particulier

dans le cas où nous nous sommes

placés

pour faire le

calcul de la

sensibilité,

cas

qui

est

toujours

très voisin des cas

pratiques.

Compensation

des variations de la batterie fila’

ment. - Il est

possible

de chercher comme

précédem-ment la condition pour

laquelle

il y a

compensation

de la batterie

filament,

en introduisant dans

l’équation

de la

lampe qui

donne

1 p

un facteur de forme v P tant

1 .

f.l d

il

l ff.. d’ , .

la tension

filament,

et le coefficient

d’émis-sion que l’on

peut

supposer constant dans un

petit

intervalle. Le calcul a été fait par MM.

Nottingham

et

Mac

Farlane;

il conduit à

Il est

possible d’agir

sur v par l’intermédiaire du cur-seur C du

potentiomètre

de

filament ;

l’idée de ce

po-tentiomètre,

essentiel dans

l’équilibrage,

étant due à :B1.

W y nn-Qi’illiams .

Mais nous avons réalisé cette

compensation

en

invo-quant

une idée nouvelle. Les études de 1VI.

Nottingham

laissent de coté la tension

grille;

or, les fluctuations de cette tension sont

plus importantes

pour la stabilisa-tion de l’ensemble que celles de la tension filament.

La solution de cette

question,

qui

s’était

déjà posée

pour la construction d’un

amplificateur

à une

lampe,

est

possible.

En

effet,

il suffit de remarquer

qu’une

diminution du courant filament

produite

par une varia-tion de la source de tension entraîne :

a)

une diminu-tion du courant

plaque

dlp,

due à la diminution de l’émission du filament :

~

est la

pente

de la

caractéristique

Ip/E’t.,

et

Ef

=

ten-sion filament.

b)

Une

augmentation

du courant

plaque

due à la diminution en valeur absolue du

potentiel

négatif

que l’on

applique généralement

à la

grille.

fi’

est la

pente

de la

caractéristique

En

prenant

sur un même

potentiomètre

l’alimenta-tion du filament et l’alimental’alimenta-tion de la

grille,

nous

éta-blissons entre

dEf

et

d lo

une relation constante. Nous avons cherché

alors,

pour l’électromètre

triode-Philips

4060 en

particulier,

s’il existait sur les

carac-téristiques

un

point

pour

lequel

les valeurs absolues

de d E f et (3’ d E étaient

égales,

dE}’

et

dE.

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 a

compensa-tion

puisqu’elles

sont de sens contraires. Mais on est souvent

conduit,enprocédant

de cette

façon,

à travailler dans des

portions

de

caractéristiques

où la

lampe

n’est

pas utilisée au mieux.

La solution réellement

pratique

a été donnée par

M. Mac

Farlane;

il suffit

d’appliquer

ce

dispositif

aux

amplificateurs

en

pont.

La relation

se

modifie ;

en effet une altération d

E~

de la batterie filament amène dans la

première lampe

une variation

de courant

plaque

et dans la seconde

lampe

une variation : -.

Pour que le

galvanomètre

reste au

zéro,

il faut et il

suffit que ces deux

quantités

soient

égales.

D’où :

dE f,

est lié à comme

précédemment

les nouveaux

coefficients n,

et 112

dépendent

de la

posi-tion des curseurs sur le

potentiomètre,

de la

résis-tance de ce

potentiomètre,

et de celle des filaments La condition ci-dessus

peut

alors être satisfaite pour un

grand

nombre de

positions

des curseurs. En pra-~

tique

nous utiliserons les

lampes

dans les conditions données par les

constructeurs,

- c’est maintenant réa-lisable --, et nous

garderons toujours

au

montage

la

plus

grande

symétrie

possible.

Nous avons alors

essayé

un

pont

à triodes et différents

types

de

lampes : Philips

B

424, Tungsram P. 455,

Mazda DNQT

70?,

Fotos F 10. Le schéma que nous avons

adopté

diffère de celui de M. Mac Farlane sur trois

points :

a)

par sa

plus grande symétrie.

Nous introduisons dans le circuit

grille

de la seconde

lampe

une résistances

approximativement égale

à celle du circuit

grille

de la

première; - b)

Le retour du - - haute tension est fait

au

+

de la basse

tension ; -

c)

Nous

appliquons

à la

grille

de la seconde

lampe

des tensions

négatives

tou-jours

supérieures

à celles

appliquées

à la

lampé

d’entrée.

(8)

température

devenait

supérieure

à la

température

am-biante,

elle

présenterait

des fluctuations

inégalement

réparties

le

long

du fil. Nous avons observé sur un

premier

appareil

ce

phénomène,

d’une

façon

très nette

et avons

enregistré

des déviations

galvanométriques

trèsgrandes,dues

par

exemple,àl’ouverture

d’une

porte.

Fig. 4.

- Les résistances introduites dans les circuits de

plaque

-et formant les deux autres branches du

pont,

avaient une valeur

fixe,

choisie entre 5 et 10 000 tù. Un

poten-tiomètre 7:1 de 1 000 w

permettait

de

répartir

la tension

sur les deux

plaques.

La

présence

de ce

potentiomètre

(Fabrication Giress)

à contact

glissant, peut

être évi-demment une source

d’irrégularités

du fait de contacts

imparfaits,

mais en veillant sur ces

contacts,

nous sommes arrivés à travailler sans ennui avec ces appa-reils. Les résistances introduites dans le circuit

grille

étaient de 100

0;

nous avions vérifié d’une

part,

que pour les

lampes employées,

les résistances de fuite étaient

supérieures

à 1 500 Q

et,

d’autre

part,

que

d’après

le tracé des

caractéristiques

de

grille

en

charge

la résistance

apparente

de

l’espace

filament

grille

est

au moins aussi

grand. L’emploi

de 100 Q est donc

justifié.

L’alimentation de la haute tension s’effectuait sous 120

volts;

en

employant

200

Y,

le

montage

est

nette-ment

plus

sensible,

mais la

compensation plus

diffi-cile à obtenir. Les

supports

de

lampes

étaient en silice

fondue,

de mème que les deux

baguettes

suppor-tant le fil tendu

du potentiomètre

d’alimentation. Toutes

les autres

pièces

de

l’amplificateur

étaient montées

également

sur silice fondue. Il

peut sembler, qu’à

cer-tains endroits tout au

moins,

l’emploi

de cet isolant ne

s’imposait

pas, maiÇ nous

disposions

de silice en quan-tité

suffisante,

et ceci d’ailleurs ne

compliquait

pas le

montage,

représenté figure

4. Il faut d’ailleurs

remar-quer que les isolants commerciaux :

ébonite ;

bakelite

etc... ne

présentent

pas les mêmes

qualités

au

point

de

vue de l’isolement que les culots de

lampes

de bonne marque; ils ont une résistance variable dans

letemps,

Pour

l’ébonite,

cette diminution du

pouvoir

isolant est

sans doute liée à une

oxydation

du soufre

qu’elle

con-tient.

Réglage

de la

compensation- -

Le

réglage

de la

compensation

se fait par une méthode

d’approximations

successives. On commence par tracer les

caractéris-tiques

de la

lampe

dans les conditions où elle va être

employée,

ce

qui permet

de choisir le

point

de

travail,

c’est-à-dire la

polarisation grille

qu’il

faut

appliquer

aux

lampes.

Ceci

fait,

les

lampes

sont montées dans le

pont

et les

grilles

portées

au

potentiel

choisi., On cher-che alors en

déplaçant

le curseur du

potentiomètre -,c,

et

le curseur C à amener le

spot

du

galvanomètre

au zéro.

On diminue alors la tension de la batterie

plaque,

de 6 V. par

exemple.

Soit

D,

la déviation

galvanométrique

qui

en résulte.

Après

avoir rétabli la tension

primitive,

on

déplace

le curseur C dans un sens

quelconque ;

on

annule le courant

galvanométrique

par le moyen de 7r,.

Reproduisant

la diminution de tension de 6

V,

on ob-serve une déviation

D2’.

Si

D2

Di,

on continue à

dé-placer

le curseur C dans le sens

choisi ;

et si

D2

>

Dl,

on revient en

arrière,

et on

déplace

C dans l’autre sens.

On arrive très

rapidement

à une

position

de curseur C

pour

laquelle

la

compensation

est

complète.

A ce

mo-ment,

on provoque une chute de tension de

0,2

V de

l’alimentation de la basse tension. Notant la deviation

d1,

on revient à la tension

primitive ;

on

déplace

le curseur T’1 de la

grille

de la

lampe

d’entrée dans un sens

quelconque,

et on ramène le

spot

au zéro en

dé-plaçant

le curseur C. Soit

d2

la déviation amenée par la chute de tension de

0,2 V;

si

~2

d,,

on continue à

déplacer

le curseur

Fi

dans le même sens, ou bien on revicnt en arrière et on le

déplace

en sens inverse si

d2

>

d.

On obtient ainsi une

compensation

pour la basse tension. Les auteurs

anglais

insistent,

et nous avons vérifié l’intérêt de cette

recommandation,

sur le fait que

pendant

la

compensation

de la basse

tension,

il ne faut pas toucher au curseur du

potentiomètre

- La

compensation

de la basse tension étant

obtenue,

on constate que la

compensation

de la haute tension ne subsiste

plus,

car on a

déplacé

le curseur

C,

mais on en est très

près.

On retrouvera une

compensation

HT par les mêmes manoeuvres que

précédemment :

la

com-pensation

de la basse tension est alors

déréglée,

mais

se retrouve très facilement. Au bout de âeux à trois

réglages successifs,

l’appareil

est finalement

compensé

pour une variation de 6 volts de la batterie

plaque,

et

pour une variation de

0,‘~

V pour la batterie de basse

tension,

ce

qui

est très suffisant dans les conditions

d’emploi.

A noter que polir un bon

réglage,

les fila-ments doivent être chauffés de

façon

à peu

près

sem-blable,

l’ensemble se

comporte

comme un

système

dont la sensibilité est la moitié seulement de celle d’un

am-plificateur

à une

lampe,

mais dont la stabilité

permet

l’emploi

d’un

galvanomètre

sensible à 10-8

A,

sans aucune

difficulté,

le

réglage

subsistant

pendant

des

temps

très

longs.

Nous donnons ci-contre trois familles de courbes obtenues avec un

amplificateur

dont nous avons diminué la sensibilité pour

l’adapter

à une cellule

(9)

a)

Figure

5,

à tension de

grille

variable pour une tension

plaque

de 80 v.

h) Figure

6,

à tension de

grille

variable pour une

tension

plique

de 120 v.

Fig. 5. Fig 6.

c) Figure

7,

à tension

plaque

variable,

la tension

grille

étant fixée à

l’origine.

Fig. 7.

Dérive. -

Ñlalgré

le soin

apporté

à sa

réalisation,

l’amplificateur

a montré une dérive

qui pouvait,

pour des mesures assez

longues,

devenir

gênante.

Cette dérive est

due, vraisemblablement,

à des

modifica-tions extrêmement lentes

qui

se

produisent

dans les

lampes.

En

effet,

la

plaque

d’une

lampe,

chauffée par le bombardement

électronique qu’elle subit,

émet sous forme de

rayonnement

une certaine

quanlité

d’énergie,

qui peut,

en

retour,

augmenter

la

tempéra-ture du filament. Avec les

lampes

au

baryum

et au

thorium,

qui

travaillent à des

températures

relative-ment basses, ce

chauffage

en retour atteint une valeur

qui

est de l’ordre de

quelques

pour 100 de la

puis-sance normale de

chauffage,

dès que la

plaque

est à C.

Lorsqu’on

a tracé les

caractéristiques

de telles

(10)

caracté-ristiques,

comparables

entre

elles,

nécessite des

pré-cautions : ne faire la lecture

qu’un

certain

temps

après

l’établissement des tensions. Comme les deux

lampes

utilisées dans le

pont

ne

peuvent

être

rigoureusement

identiques,

le

chauffage

en retour dans ces deux

lampes

donne des effets

différents ;

la dérive

peut

être considérée comme la résultante de ces deux effets de sens contraire.

L’explication

que nous proposons

s’ap-puie

sur le fait

qu’en

intervertissant dans notre

ampli-ficateur la

lampe

d’entrée et la

lampe compensatrice,

la dérive

change

de sens. D’autre

part,

on

peut

égale-ment faire

changer

le sens de la dérive en

créant,

à l’aide du curseur

C,

une nette

dissymétrie

dans le

chauffage

des

filaments,

soit en faveur d’une

lampe,

soit t en faveur de l’autre. Il semble que l’on

pourrait

conclure à l’existence d’une

position

du curseur C

pour

laquelle

la dérive serait

pratiquement

insensible;

mais cela revient à fixer au début la

position

du cur-seur

C,

la

compensation

est alors obtenue

plus

diffi-cilement : ou

bien,

elle n’est que très

approximative

si l’on

garde

les conditions de bon fonctionnement des

lampes ;

ou

bieu,

elle amène à travailler dans une

portion

peu intéressante de la

caractéristique.

Il est

possible

de mieux utiliser les tubes : nous avons

cons-truit deux

amplificateurs

qui

présentaient

des dérives

inégales.

Nous les avons montés en

cascade,

en met-tant en

premier étage

l’amplificateur

à la

plus

faible

dérive,

et en

couplant

les deux

amplificateurs

de

façon

que leurs dérives

s’opposent.

Comme,

à ce second

étage,

on ne demande pas un

pouvoir amplificateur

très

grand,

on

peut

se

placer

dans des conditions telles que la dérive totale soit sensiblement nulle. Un

léger déréglage

de la tension

grille

du deuxième

étage

(première

lampe)

conduit alors à une dérive

qui,

au

bout d’une

demi-heure,

n’est

plus

gênante.

L’ensemble est néanmoins assez

compliqué

pour

qu’une

solution

plus simple

encore soit recherchée.

Montages

en

pont

à

bigrilles.

- Nous avons

voulu,

dès le début de cette

étude,

compenser les variations des batteries de tension

plaque,

de tension

filament et de tension

grille ;

cette dernière condition surtout étant absolument nécessaire à la stabilité.

Il est

possible

d’obtenir de meilleurs résultats que

précédemment

en utilisant les

lampes bigrilles qui

présentent

les

avantages

suivants :

a)

La tension

plaque

peut,

en

général,

être réduite dans de

larges proportions

sans que la

lampe perde

de ses

qualités amplificatrices :

ceci amène une diminu-tion notable de la

partie

ionique

du courant de

grille.

b)

Nous avons vu

qu’en

cherchant à annuler

l’in-fluence d’une variation

dEa

de la batterie

qui

alimente le

potentiomètre

où l’on

prend

les tensions

grille

et

filament,

la relation

n’est satisfaite que dans des

portions

difficilement

uti-lisables des

caractéristiques.

Avec une

bigrille,

il est

possible

de

prendre

sur un même

potentiomètre

la

polarisation

de la

grille

interne

(4

volts par

exemple),

l’alimentation du filament

(4

volts)

et la

polarisation

de la

grille

de contrôle.

Si l’on trace les

caractéristiques

d’une

bigrille,

on constate que pour un tel

montage,

une diminution

d Ea

de la tension aux bornes du

potentiomètre

d’alimenta-tion totale basse tension donne :

a)

Une dirninution d I = courant de

plaque,

due à l’abaissement de l’émission

électronique

du

filament

a la même

signification

que dans le

paragraphe précédent,

est une constante

dépens

..dant de la

position

du curseur sur le

potentiomètre

et des valeurs des résistances filaments et

potentio-mètre.

b)

Une

augmentation

dI’ -

1(2

~’

dEgext

du courant

plaque

due à l’abaissement en valeur absolue

de] la

tension

négative

de la

grille

de contrôle.

lf2

est un fac-teur

analogue

à est la

pente

de la

caractéris-tique

c)

Une diminution d I" ~ due à

l’abaisse-ment de la tension

grille

interne. ;

est la

pente

de la

caractéristique

Il est

possible

avec une seule

bigrille,

de vérifier

en demeurant dans de bonnes conditions d’utilisation

et de rendement. La

compensation

serait

obtenue,

pour la basse tension.

Mais en réalisant un

pont

utilisant des

bigrilles

alimentées de la

façon

décrite

précédemment,

on aura

de

plus

la

compensation

de la haute tension. L’en-semble sera

compensé

pratiquement

pour toutes les

Fig. 8.

variations de tension des batteries. Nous n’entrerons

pas dans les détails de construction et de

réglage

d’un tel

montage ;

ils sont

analogues

à ceux

signalés

au

(11)

long

sans que le

réglage

de la

compensation

ait eu à être retouché.

Mais il

demeure,

quels

que soient les soins

apportés

à la

compensation,

et avec un

galvanomètre

très

sen-sible,

des variations du

spot

à caractère

brusque

et

irrégulier

que l’on

peut rapporter,

soit à des varia-tions

brusques

de la différence de

potentiel

de contact

grille-filament,

soit à des modifications de

l’émis-sion.

Il nous a semblé que des

lampes

à

chauffage

indi-rect seraient mieux

adaptées,

car elles

présentent :

a)

Une

répartition

connue et fixée du

champ

entre la

grille

et le

filament ;

en

effet,

la surface émettrice est une surface conductrice

équipotentielle,

et non pas, comme dans les

lampes

ordinaires,

un conducteur pour

lequel

le

potentiel

décroît d’une extrémité à l’autre du

filament,

suivant une loi inconnue

qui peut

varier dans le

temps.

b)

De par la nature même de la surface

émettrice,

qui

est isolée du circuit de

chauffage,

il

n’y

a

plus

au-cun retentissement du courant

plaque

sur le

chauffage

du

filament;

le circuit de

plaque

se ferme directement sans passer par la batterie de

chauffage.

c)

Les

lampes

ont une inertie

calorifique

très élevée

(elles

mettent

plus

d’une minute à atteindre le

chauf-fage normal),

par

conséquent

les très

petites

fluctua-tions inévitables de la batterie de

chauffage

n’affecte-ront pas

l’émission ;

et comme les accumulateurs ne sont pas reliés à la

grille,

il

n’y

aura

plus

de sautes du

galvanomètre

dues à cette

origine.

On

objectera

que les accumulateurs

qui

alimentent

les

grilles

peuvent avoir,

eux, des fluctuations de

ten-sion,

mais le

montage

à

bigrille indiqué

ci-dessus éli-mine cet inconvénient en

compensant

par la

grille

interne les variations de tension de la

grille externe;

ces deux variations ont une action immédiate et simultanée sur le courant

plaque.

D’autre

part,

ces

lampes

sont habituellement re-couvertes d’un vernis conducteur que l’on

peut

mettre

au

potentiel zéro,

ceci évite les mouvements lents des

charges

le

long

des

parois

de verre de

l’ampoule.

. Les

lampes

utilisées étaient chauffées sous 20 volts. Le

montage

est conforme à la

figure

9.

Nous avons cherché à nous assurer de la similitude des

caractéristiques

entre deux

lampes

du même

type.

Nous avons observé que les groupes de

lampes

étu-diées : -. deux B

2031,

deux B

t).041,

deux groupes de deux

lampes

à

grille-écran, présentaient

des diver-gences

beaucoup

plus

marquées

que les

lampes

à

chauffage

direct. Puis nous avons tracé les

caracté-ristiques

tous les autres éléments étant

fixés,

afin d’être certains que

l’interposition

de résistances élevées dans la

grille

était

possible,

et

qu’elle

n’alté-rait pas

trop

les

caractéristiques

normales. De

plus,

ce

tracé nous a fait connaître les

potentiels

de

grille

aux-quels

il faut se

placer,

suivant les conditions de tra-vail.

Nous avons fait une étude

plus poussée

des

ponts

à

bigrilles,

ce

type

de

lampes

nous

ayant

donné

précé-demment les meilleurs résultats.

Nous avons constaté que, dans le domaine normal

d’utilisation et pour les

lampes

que nous

possédons,

le

F.ig 9.

1

tracé des

caractéristiques

de

grille

n’a pas montré

l’existence d’un courant

inverse,

ce

qui

avait lieu au

contraire pour toutes les

lampes

que nous avions

étu-diées

précédemment

(fig.

10).

Il existe un courant

électronique

normal

qui

est

remarquablement

cons-tant dans un intervalle de l’ordre de 1 volt. La

rési~-tance

apparente

de

l’espace

filament

grille

’est

donc,

dans cet

intervalle,

très

grande

et

approximativement

constante,

ce

qui

justifie l’emploi

de résistances de

grille

élevées. Nous avons

cherché,

d’autre

part,

à obtenir une

compensation

totale pour les batteries. La

(12)

pour le

montage

en

pont,

par une

position

du curseur

telle que

-La

compensation

de la basse tension a été réalisée en

Fig. 11. s

partant

de la même idée

générale

que dans le cas des

bigrilles

ordinaires ;

les tensions de

grille

interne et de

Fig. ! 2.

grille

externe de

chaque

lampe

sont

prises

sur le même

potentiomètre.

Si l’accumulateur

qui

alimente ce

potentiomètre

subit une variation de tension

dEa,

il en

résulte :

a)

Une variation

d 1 = p /(1

d

F,,,, 8

étant la

pente

de la

caractéristique

b)

Une variation dl’ _ de sens

contraire,

étant

la

pente

de la

caractéristique

Les

figures

11 et 12 donnent le tracé

de

ces

caracté-ristiques :

nous voyons

que ~

varie de

0,07

à

0,02

et que

~’

d’autre

part

varie de

0,25

à

0,95

milliampères

par volt. En

prenant

une tension de

grille

interne de l’ordre de 6 à 8

volts,

et une tension de

grille

externe voisine de - 1

volt,

on

peut

obtenir une

compensation

pratiquement complète.

Subsiste la

dérive,

qui,

au

bout d’une

heure,

devient

négligeable.

Quant

aux oscil lations

brusques

du

spot, qui

toujours

avaient limité

l’augmentation

de sensibilité des

montages

précédants,

on ne les observe

plus,

avec un

galvanomètre

sensible à 2.10-9 A débitant sur sa résistance

critique.

Réglage

de la

compensation. -

La recherche de la

position

pour

laquelle

le

montage

est

compensé

se fait de la

façon

suivante :

a)

Compensation

de la tension

plaque.

On fixe le

po-tentiel de

grille

de la

lampe

d’entrée. Puis à l’aide du

potentiomètre

1tl, on amène le

spot

du

galvanomètre

au

zéro ;

on diminue la tension

plaque

de 6 volts par

exemple;

on note la déviation

D1’

puis

on revient à la tension

primitive.

On

déplace

le curseur de

grille

de la

lampe

tampon

d’une certaine

longueur

et dans une

certaine

direction;

on ramène le

spot

au zéro par ’jt1 ; la

reproductlon

d’un abaissement de tension de 6 V.

amène une déviation

D~ ;

si

D2

on continue le

déplacement

du curseur de

grille

dans le sens

choisi ;

si

D2

>

1)1,

on

déplace

le curseur en sens contraire.

b)Pour

compenser la basse

tension,

le

potentiomètre ’1t1

et les curseurs des

grilles

externes des deux

lampes

ne doivent pas être touchés. Le

spot

étant au

zéro,

on

pro-duit,

en introduisant une résistance

auxiliaire,

un abaissement de la tension aux bornes du

potentio-mètre 7t’2. On observe une

déviation di ;

on revient à la tension

primitive, puis

on

déplace

le curseur de la

grille

internede la

lampe

d’entrée d’une certaine lon-gueur dans un sens arbitraire. On ramène le

spot

au

zéro, en faisant varier dans le sens convenable le cur-seur de la

grille

interne de la deuxième

lampe.

En

re-produisant

l’abaissement de

tension,

on observe une

déviation on continue dans le même sens;

si

d2 ~ di,

on fait les mêmes

opérations

en sens

con-traire,

et on arrive finalement à la

compensation

totale de la basse tension.

c)

Si on vérifie à ce moment le

réglage

de la

compensation

de la haute

tension,

on constate souvent

qu’il

demeure satisfaisant. S’il n’en est pas

ainsi,

la nouvelle déviation

Dl

est extrêmement

faible,

et on arrive très

rapidement

à un

réglage

par-fait et définitif. La

compensation

de la basse tension demeure.

(13)

les déviations du

galvanomètre.

Les courbes manifes-tent immédiatement les

positions correspondant

à un

bon

réglage (figure

12

bis).

Nous donnons d’autre

part

les

caractéristiques

ob-tenues en faisant varier les conditions d’alimentation du

pont,

celui ci étant

compensé

pour chacun des

ré-Fig.

t2 bis.

Fig. 13. Fig.14.

glages.

La

figure

10,

qui

permet

de tracer la courbe montre que

l’emploi

d’une résistance de

grille

de 1 OUO Sà est

justifiée;

néanmoins,

les courbes suivantes sont tracées avec une résistance de 500 Q.

La

figure

13,

où l’on

porte

en ordonnées les

dévia-tions en mm. sur une échelle à 1

mètre,

en abscisses les variations de tension de

grille,

montre l’influence de la tension

plaque

sur la

pente

de l’ensemble. La

figure

14,

avec les mêmes

échelles,

montre l’influence de la ten-sion

grille

interne. Le

point

de

travail,

pour les

figures

13 et 14

correspond

à une tension

grille

externe due

1,46 V.

La

figure

15

montre,

pour deux valeurs diffé-rentes de la tension de

grille

interne,

et avec un

galva-nomètre de

sensibilité plus

grande,

les résultats

obtenus;

on y lit

qu’une

variation de tension

donne un

déplacement

voisin de 100 mm sur la

règle,

déplacement qui

peut

être lu à 1/4 de mm

près;

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