Grandeurs électriques et unités de mesure
La mesure joue un rôle de premier plan en électronique et, pourrait-on ajouter, un rôle de plus en plus important.
On mesure avec pour but:
Plusieurs types d'appareils de mesure sont utilisés par l'électronicien, notamment:
Ces trois appareils sont souvent regroupés en un seul, qu'on appelle le multimètre.
Le multimètre possède en outre, dans la plupart des cas, un testeur de diodes et un testeur de continuité. Certains modèles sont de plus dotés d'un testeur de transistors (bétamètre), d'un capacimètre (pour mesurer la capacité des condensateurs), etc.
Parmi les autres appareils de mesure couramment utilisés en électronique, on doit encore mentionner:
l'oscilloscope, qui permet de visualiser la forme d'une onde et d'obtenir de nombreux renseignements (amplitude, période, etc.),
le fréquencemètre, qui permet de déterminer la fréquence, et donc la période, d'un signal périodique.
Le générateur de fonctions, s'il n'est pas à proprement parler un instrument de mesure, fait cependant partie, lui aussi, des appareils qu'on trouve dans tout bon laboratoire d'électronique.
Il est important de prendre la bonne habitude de relever systématiquement le plus grand nombre de mesures sur un montage, même très simple, et de comparer ces valeurs aux valeurs théoriques, obtenues par le calcul.
La mesure reste en effet, bien souvent, le seul moyen de vérifier le fonctionnement ou les performances d'un dispositif et, en outre, de comprendre la cause d'une panne éventuelle.
On ne doit pas non plus négliger son aspect purement pédagogique, la mesure étant devenue, aussi bien dans les laboratoires de recherche que dans l'industrie, une activité de plus en plus importante et complexe, grâce notamment à l'informatique.
Nous n'évoquerons ici (et encore, succintement!) que les plus élémentaires des mesures, à la portée d'un débutant. Il faut savoir que les laboratoires disposent maintenant d'appareils extrêmement complexes et performants, pilotés par ordinateurs. On peut ainsi, par exemple, mesurer simultanément plusieurs paramètres d'un véhicule en marche à l'aide d'une centrale d'acquisition reliée à un ordinateur.
Les principales grandeurs électriques qu'un électronicien est amené à mesurer sont les suivantes:
Le volt (V) est la différence de potentiel (d.d.p.) entre deux points d'un circuit lorsqu'une quantité de courant égale à 1 coulomb perd entre ces deux points une énergie de 1 joule. (La quantité de courant est définie comme le produit de l'intensité par le temps.) On utilise fréquemment des sous-multiples du volt: le millivolt (mV) et le microvolt (µV), respectivement un millième et un millionième de volt.
L'ampère (A) mesure l'intensité d'un courant. Par comparaison, il serait l'équivalent du litre/seconde pour un liquide. Sa définition scientifique exacte est sensiblement plus complexe et dépasse de loin le cadre de cet ouvrage. On peut cependant ajouter qu'un courant de 1 ampère produit une d.d.p. de 1 volt aux bornes d'une résistance de 1 ohm.
L'ohm mesure la résistance d'un récepteur, c'est-à-dire la propriété de ce dernier de s'opposer au passage du courant. La loi d'Ohm établit une relation très remarquable entre la tension U, l'intensité I et la résistance R, puisque la résistance est égale au quotient de U par I. Il s'agit là d'une loi fondamentale en électronique. Connaissant deux des termes de l'équation, il devient très facile d'en déduire le troisième.
Le farad (F) est défini comme la capacité d'un condensateur lorsqu'il contient une quantité de courant (on dit: une charge) de 1 coulomb et que la tension à ses bornes est de 1 volt. Dans la pratique, on n'utilise que des sous-multiples du farad: le microfarad (µF), le nanofarad (nF) et le picofarad (pF), correspondant à 10 puissance -6, -9 et -12, respectivement, d'un farad. Il est à noter qu'on n'utilise jamais, pour le farad, le sous-multiple milli (un millième).
Le watt (W) exprime la puissance, c'est-à-dire la quantité d'énergie dégagée, sous forme de chaleur, par un récepteur en un temps donné, plus précisément une quantité d'énergie de 1 joule pendant 1 seconde. On voit que la puissance a partie liée avec la différence de potentiel et, grâce à la loi d'Ohm, on peut dire que la puissance P est égale au quotient du carré de la tension U par la résistance R, ou encore au produit de la résistance R par le carré de l'intensité I. Ajoutons que, d'un point de vue pratique, le calcul de P est très important pour déterminer les caractéristiques d'un composant. De la même manière qu'un tuyau d'une canalisation hydraulique doit être capable de supporter les pressions auxquelles il sera soumis, sous peine d'éclater, une banale résistance doit pouvoir "supporter" la puissance qu'elle véhiculera.
La fréquence (f) d'un signal périodique est le nombre de cycles qui se répétent en 1 seconde, un cycle, ou période (t), étant l'intervalle qui sépare deux points consécutifs pour lesquels la valeur et le sens de la variation sont identiques. Dans le cas d'un courant alternatif de forme sinusoïdale, par exemple le 230 V du secteur, le cycle correspond à l'alternance positive et à l'alternace négative. Ce cycle se reproduisant à l'identique 50 fois par secondes, la fréquence est donc de 50 Hz et la période de 1/50ème de seconde, ou 0,02 s, soit 20 ms.
Le tableau ci-dessus récapitule les principales grandeurs physiques et unités de mesure intéressant l'électronicien.