11.8 Diodes et galvanomètres

a) le galvanomètre seul ne peut pas mesurer des courants alternatifs

            Nous avons déjà vu préalablement que les tensions alternatives peuvent être mesurées avec un électromètre et les courants alternatifs, à l'aide du montage d'Ampère. Mais il reste que ces montages ne sont guère commodes pour prendre des mesures. C'est pourquoi d'ailleurs nous avons examiné le galvanomètre de Weston, beaucoup plus portatif et commode.

            Celui-ci, faut-il le rappeler, comprend un cadre mobile de fil conducteur qui peut tourner dans un entrefer où baigne un champ magnétique radial et constant, cadre relié également à des ressorts hélicoïdaux afin de produire un moment de rappel. Le courant qui circule dans le fil conducteur se trouve à causer sur le cadre une force magnétique sur la distance trouvée dans l'entrefer et donc un moment de force magnétique. Ce courant doit donc circuler dans le fil en question, fil qui y oppose une résistance, dite résistance du galvanomètre R_G .

            La position du cadre, ainsi que celle de l'aiguille qui y est fixée, dépend donc de l'intensité du courant qui circule dans son fil conducteur. Cette position va varier si le courant fait de même. Or le courant alternatif est justement un courant variable.

            Mais le cadre du galvanomètre, vu son inertie, ne sait suivre la variation du courant alternatif qui y circule si sa fréquence est de 60 oscillations par seconde: cette variation est bien trop rapide. Ausi le cadre se fixe-t-il à la valeur moyenne du courant alternatif qui y circule. Or celle-ci est nulle. Le galvanomètre Weston ne mesure donc pas seul un courant alternatif.

b) mesure d’un galvanomètre dans un pont de quatre diodes

            Il nous faut donc utiliser de concert avec notre galvanomètre un montage par lequel le courant alternatif est redressé avant de lui parvenir. Le courant moyen qui y circule alors n'est pas nul, mais bien proportionnel à sa valeur de crête et à sa valeur efficace.

            Si le galvanomètre G est placé dans un pont de diodes, comme dans le cas du montage précédent, le courant I (t) qui y circule subit un redressement à deux alternances, tel qu'illustré plus bas. Le courant moyen alors obtenu I_m

est donné par l'intégrale du courant I (t) durant le premier demi-cycle, soit l'intervalle entre les temps 0 et T / 2 , divisé par cet intervalle qui donne

compte tenu du fait que le produit de la fréquence angulaire ω par la période T est de 2 π .

            Le courant moyen I_m dû au redressement à deux alternances est donc proportionnel à la valeur de crête I₀ du courant sinusoïdal initial; de ce fait, il est également proportionnel, par notre équation (8.4.4),

à la valeur efficace I du même courant sinusoïdal initial.

            Un courant efficace I cause donc dans le galvanomètre placé dans le pont de diodes un courant moyen I_m qui lui est proportionnel. Il est donc possible d'utiliser ce courant ou dans le contexte de celui qui circule dans le galvanomètre d'un ampèremètre ou d'un voltmètre alternatif.

c) mesure d’un galvanomètre en série avec une diode

            Le courant qui va circuler dans le galvanomètre, s'il est placé à la suite d'une seule diode, n'est redressé que durant un demi-cycle et est nul durant l'autre, avons-nous vu. Dans tel cas, le courant moyen I_m

est la moitié de celui trouvé précédemment.

            Ce que nous venons de trouver est basé sur l'hypothèse que le courant initial est sinusoïdal. Or nous avons vu dans nos sections précédentes qu'il est possible d'avoir des tensions et courants comprenant des composantes et continues et alternatives, comme à la sortie des filtres, comme illustré à la figure suivante.

            Le galvanomètre mesure le courant moyen qui y circule. Dans le cas d'un courant comprenant des composantes et continue et alternative, ce courant moyen est justement sa composante continue si sa composante continue est plus grande que l'amplitude de sa composante alternative. Il s'ensuit que la lecture donnée par le galvanomètre n'aura dans ce cas rien à voir avec la composante alternative cherchée.

            Ce problème est résolu par l'ajout d'un condensateur avant la diode ou le pont de diodes: ce condensateur, puisqu'il présente une réactance infinie à la composante continue du courant, l'élimine, et ne laisse passer que le composante alternative, celle que nous désirons mesurer.