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Dernière mise à jour : 15/06/2009
Présentation
Cet ampèremètre, simple à réaliser, permet
de s'initier à la mesure de courants de faibles valeurs, compris
entre 1 nA et 100 mA. Sa précision modeste ne lui permet pas de
rivaliser avec les appareils de laboratoire, ce n'est pas son but. Il
s'agit juste de montrer comment procéder pour perturber le moins
possible le circuit dans lequel on effectue la mesure de courant, tout
en bénéficiant d'une précision de mesure bonne. La
visualisation du courant s'effectue sur un galvanomètre ou sur
un voltmètre bénéficiant d'une pleine
échelle de 1 V. Un autre mesureur de même type mais
mettant en oeuvre un circuit spécialisé de type INA168
est présenté en page Ampèremètre 002.
Mesure d'une intensité
Il ne semble pas raisonnable de montrer le schéma retenu avant
d'avoir fait un petit rappel sur la façon de mesurer
l'intensité qui circule dans un circuit, et de rappeler les
limites d'un tel procédé. Je vous invite donc à consulter tout d'abord
la page Théorie -
Mesure d'un courant, si vous en ressentez le besoin.
Le schéma
Il est composé de deux parties, dont une est totalement
optionnelle et qui ne sert que d'indicateur grossier de
dépassement de gamme.
Le mesureur en lui-même
Partie inférieure du schéma
La résistance shunt RS insérée entre
l'alimentation du circuit sous mesure et le circuit sous mesure
lui-même, et sur laquelle la mesure de tension est faite pour en
déduire le courant qui la traverse, est constituée d'une
ou plusieurs des résistances RS1 à RS8. Par exemple sur
le calibre 100 mA pour lequel le commutateur K2 est sur la position 8,
seule la résistance RS8 de 0,11 ohm est dans le circuit de
mesure. Sur le calibre 1 mA pour lequel le commutateur K2 est sur la
position 6,
les trois résistances RS6, RS7 et RS8 (valeur totale 11,11 ohms)
sont en service. Et pour la gamme des plus faibles valeurs (10 nA, K2
en position 1), toutes les résistances RS1 à RS8 sont en
circuit (valeur totale de 1,111111 MO). Comme vous pouvez le constater,
on dispose pour chaque calibre d'une résistance shunt dont la
valeur est de type "1,1". Cela signifie que pour un courant de 1 mA, et
si la résistance RS vaut 11,11 ohms, on dispose d'une tension de
mesure d'entrée de 11,11 mV. Cette tension d'entrée, pour
être portée à la valeur de 1,0 V (valeur pleine
échelle de la gamme), doit être amplifiée dans un
rapport de 90. Quelle chance, il s'agit précisement du gain de
l'amplificateur en tension constitué de U1:A, première
moitié du TL072. Ce gain est en effet défini par le
rapport des résistances R2 et R3, selon la formule suivante :
Gain = (R3 / R2) + 1 = (89000 / 1000) + 1 = 89 + 1 = 90
La résistance R1 et le condensateur C1 forment un filtre
passe-bas destiné à absorber les variations rapides de la
tension développée aux bornes des résistances
shunt, c'est en quelque sorte un circuit de "freinage" ou de moyennage
du courant mesuré. Un courant légèrement fluctuant
sera donc visualisé de façon assez stable sur le
voltmètre de sortie. La résistance R1 limite
également le courant sur l'entrée non
inverseuse de l'AOP en cas d'application d'une tension un peu trop
élevée sur l'entrée de mesure PT+, par rapport
à PT- (masse).
Le circuit d'affichage
Il s'agit d'un simple voltmètre à aiguille ou
numérique, dont la pleine échelle est de 1,0 V. Il est
cependant tout à fait possible d'utiliser un modèle dont
la pleine échelle est de 2,0 V, il sera simplement
"utilisé à moitié". L'important est que l'appareil
utilisé, quel qu'il soit, présente une résistance
d'entrée d'au moins 1 KO. Ce qui heureusement est le cas de bon
nombre d'appareils.
L'indicateur de dépassement de gamme
Partie supérieure du schéma
Il s'agit d'un simple comparateur de tension, doté de deux leds
rouge et verte. Tant que la tension mesurée aux bornes de RS
reste en-dessous de 20 mV, la led verte est allumée et la led
rouge est éteinte. Au dessus de ce seuil, la led rouge s'allume.
La tension de seuil de 20 mV, qui pourra éventuellement
être abaissée à 15 mV, est obtenue grâce
à la diode D3 polarisée en directe et qui offre donc une
tension voisine de 0,6V, et le diviseur de tension
constitué de R7 et R8 qui fait suite.
Alimentation
L'alimentation de l'ampèremètre est confiée
à deux piles plates de 4,5V, de façon à garder
toute indépendance vis à vis du circuit sous mesure. Afin
de minimiser la consommation globale, vous avez tout interêt
à utiliser pour D1 et D2, des leds haute luminosité ou
faible consommation, avec des résistances série R5 et R4
de valeur au moins dix fois supérieurs aux valeurs
indiquées sur le schéma (vous pouvez essayer des valeurs
comprises entre 2K2 et 10K).
Amélioration possible
L'AOP du TL072 de la section mesureur peut avantageusement être
remplacé par un TL071, qui offre en supplément la
possibilité d'ajuster sa tension d'offset. Cela permet de
calibrer l'appareil et de disposer d'un affichage réellement
à "0,00" quand les deux pointes de touche restent en l'air (ne
sont connectées nulle part). Si vous optez pour cette "option",
adoptez le montage suivant :
Corrections et remarques diverses
15/06/2009
- Correction valeur de R3 sur le premier schéma : cette
résistance est bien une 89 KO comme indiqué dans le
texte, et non une 99 KO.
