Multimètre

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Sommaire

[modifier] Comment mesurer un voltage

[modifier] Qu'est ce qu'un voltage?

Finalement, qu'est-ce qu'un voltage ? Eh bien il s'agit d'un terme relativement abstrait, mais pas mal de gens préfèrent utiliser le terme « différence de potentiel », ce qui est un truc dont vous avez entendu parler en cours de Physique au lycée (pour immédiatement l'oublier). Certains aiment faire une analogie avec l'eau pour décrire le voltage. Une pompe à eau se comporte comme une source de voltage (aussi connue sous le nom de pile). La pompe injecte de l'eau dans un système hydraulique, et le générateur injecte des électrons dans un système électronique. Plus la pression de l'eau est élevée, plus elle peut produire de « travail ». De même, plus le voltage est élevé, plus les électrons peuvent produire de « travail » (Watts). Le voltage sert à fournir de l'énergie (à travers une pile ou un adaptateur mural) ainsi qu'à transmettre des données. Par exemple, la musique est enregistrée par un microphone sous forme d'un signal analogique; si l'on soumet un haut-parleur à cette onde électrique, le travail effectué par le voltage consiste à déplacer l'air et à produire un son. Le voltage sert aussi dans les circuits numériques pour bavarder en binaire. Généralement, 5V ou 3,3V sont équivalents à un « 1 » et 0V à « 0 ». En faisant se succéder les 0 et les 1 plusieurs millions de fois par seconde, on arrive à transmettre de l'information plutôt rapidement.

[modifier] AC/DC

Ce n'est pas qu'un groupe de métal des années 80 ! Le voltage est livré en deux parfums (miam!): le courant alternatif (AC) et le courant continu (DC). Voici un bref résumé de leurs différences. Le courant continu est ce que délivrent les piles. Une pile de 9V fournit ce voltage plus ou moins jusqu'à sa mort. Une réaction chimique à l'intérieur de la pile crée ce courant continu, que les circuits électroniques apprécient vraiment. Le courant alternatif est ce que fournissent les prises murales. Les centrales européennes créent un voltage qui oscille entre -240V et +240V 60 fois par seconde, tandis que leurs consœurs américaines travaillent entre -120V et +120V 50 fois par seconde (Notez que ces valeurs de voltage sont dites « RMS » - Root Mean Square- ce qui signifie que le voltage maximal est en fait 1,4 fois plus élevé, mais puisque les multimètres fournissent leurs mesures en RMS, autant ne pas se compliquer la vie). Le courant alternatif est idéal pour les centrales car il est aisé de transformer ce courant (à l'aide d'un transformateur !) jusqu'à 50 000V pour le transporter sur de longues distances, pour ensuite le ramener à 240V ou 120V afin d'alimenter votre domicile en toute sécurité. Les moteurs (celui de votre machine à laver ou le compresseur du réfrigérateur) sont friands de courant alternatif. Vous pouvez convertir une courant alternatif en un courant continu grâce à un tout petit transformateur qui va ramener les 240V à un niveau plus raisonnable, comme 16V AC, suivi d'un rectifieur. C'est grosso modo ce qui se trouve dans un adaptateur secteur mural ou bien encore le boîtier d'alimentation de votre ordinateur portable. Il est bien plus délicat de convertir du continu en alternatif, il faut pour ce faire un inverseur, plus onéreux qu'un simple transformateur / rectifieur. Les piles fournissent exclusivement du courant continu tandis que les adaptateurs secteur fournissent seulement du courant alternatif. Il est toutefois possible jusqu'à un certain point d'avoir les deux à la fois: si un courant alternatif oscille entre -60V et +60V, il est équivalent à 120 V AC et à 0V DC, parce que la moyenne du voltage entre -60V et +60V est 0V. Si un voltage alternatif oscille entre 0 et 120V, alors c'est du 120V AC, et 60V continu pour la même raison.

Affichage du signal sur oscilloscope

Dans la photo d'oscilloscope ci-dessus, la ligne horizontale pointillée au centre dénote la terre (0V), et chaque division représente 5V. L'oscillo affiche un signal qui présente à la fois des composantes AC et DC: on voit un voltage alternatif (un signal carré) qui a environ une valeur de 4V à une fréquence de 100Hz, et un voltage continu (en moyenne) autour de 7V. Utilisez les repères sur l'écran pour vérifier qu'il en est bien ainsi.

[modifier] À quoi peut bien servir de tester le voltage ?

Tester le voltage est un acte très courant et vous l'effectuerez souvent. Ne serait-ce que pour vérifier que votre alimentation fonctionne, ou que ce régulateur 7805 fournit du 5V. Ou encore s'assurer que votre circuit est correctement alimenté: lorsque toutes les loupiotes clignotent, est-ce que l'alimentation délivre assez de jus? Pour tester aussi les signaux entre les différentes puces pour s'assurer qu'ils font bien ce qui est prévu lorsque le courant est allumé. Ou bien les piles, panneaux solaires, blocs d'alimentation et les prises murales (en faisant bien attention!). Avec une résistance, vous pouvez mesurer le courant dans un projet sans aucun risque d'endommager votre multimètre.

[modifier] Rappelez-vous !

On ne peut tester le courant que lorsque le circuit est alimenté. S'il n'y a pas de courant à l'entrée (l'alimentation), alors il n'y aura pas de voltage dans le circuit à tester! Il faut qu'il soit branché (même s'il semble ne pas marcher). On mesure toujours le courant entre deux points. Il est impossible de mesurer le voltage avec une seule sonde, tout comme on ne peut mesurer la continuité d'un circuit avec une seule sonde. Deux sondes sont requises, même si l'on vous dit de vérifier le voltage à un endroit précis. Ce que cela signifie réellement est qu'il vous faut relier la sonde négative (la référence, noire) à la terre (que vous devez trouver grâce à un schéma électrique ou grâce aux instructions), et placer la sonde positive (rouge) sur le point indiqué. Si vous obtenez des résultats bizarres, prenez un voltage de référence (une pile de 9V peut suffire) pour contrôler vos résultats. Un jour ou l'autre, vous serez la victime d'un multimètre défectueux ou avec des piles à plat! Une bonne référence de courant est une alimentation murale pour téléphone portable, par exemple. Et posséder deux multimètres ne peut pas nuire :) Le courant est directionnel. Si vous mesurez une pile en plaçant la sonde positive/rouge sur son contact noir/négatif, et la sonde noire sur son extrémité positive, vous lirez une mesure négative. Si vous trouvez des mesures négatives dans votre circuit, et si vous savez que cela n'est pas prévu, vérifiez que votre sonde de référence (la noire) est bien connectée au voltage de référence (généralement la terre). Courant continu et alternatif sont très différents. Vérifiez que votre multimètre est correctement calé sur le bon type de voltage. Au besoin, pressez le bouton de votre multimètre prévu à cet effet pour changer de mode, ou bien faites pivoter son bouton central. A moins que le contraire soit explicitement spécifié, if faut toujours partir du principe que le courant est continu. Les multimètres ont des impédances qui affectent les mesures de circuits à haute impédance. Par exemple, mesurer un capteur qui a une impédance de 1 MOhm avec un multimètre ayant une impédance de 1MOhm affichera la moitié de la valeur réelle.

[modifier] Choisir le bon mode

Il y a souvent deux modes distincts pour mesurer les courants alternatif et continu. Ils sont respectivement signalés par un V, suivi d'une ligne continue et d'une ligne pointillée pour le courant continu (DC), ou d'une ligne sinusoïdale pour le courant alternatif (AC).

courant continu sur le multimètre

Ce multimètre affiche la double ligne correspondant à un courant continu, et cinq plages allant de 200 mV à 600V. Le symbole de l'éclair vous rappelle que ce type de voltage est extrêmement dangereux.

courant alternatif sur le multimètre


Il y a aussi le symbole ondulé du courant alternatif, et deux plages de mesure car la plupart des courants de ce type sont élevés (pour les petits courant alternatifs, utilisez plutôt un oscilloscope, qui vous donnera aussi la forme du courant).

Multimètre AC/DC


Ce multimètre automatique affiche clairement le mode que vous devez choisir.

Plages de mesure du multimètre


Ce multimètre possède cinq plages, la plus élevée culminant à 750 V (alternatif) ou 1000 V (continu). Pour basculer entre les deux modes, appuyez sur le bouton DC/AC en haut à droite de l'appareil. Lorsque les sondes ne sont connectées à rien, la mesure doit être 0V. Cette valeur pour toutefois osciller un peu si elles sont sensibles à un courant ambiant (votre maison est un gros radiateur où circule un courant à 50 Hz qui peut influencer votre multimètre).

Multimètre prêt à l'usage


[modifier] Exemple 1: Tester des piles

Tester des piles est une compétence super utile et une des meilleures manières qui soit de vous entraîner à manipuler votre multimètre. La première pile que nous allons tester est une pile neuve alcaline de 1,5 V. Celle-ci est de type AAA, mais une pile AA, ou une pile bouton de type C ou D ferait tout aussi bien l'affaire. Positionnez la plage de mesure à 2V DC.

Test d'une pile LR3

Nous mesurons 1,588V, ce que vous pourriez penser être une erreur, après tout c'est une pile de 1,5V ? Pas tout à fait: la valeur inscrite sur la pile est un voltage nominal, ou bien encore la «moyenne» que vous êtes en droit d'attendre de la pile. En réalité, une pile alcaline commence plus haut, puis baisse doucement jusqu'à 1,3V et enfin s'arrête vers 1,0V voire moins. Allez voir ce graphique sur le site de Duracell® à propos du courant généré par les piles alcalines.

Graphique Duracell® pour les piles alcalines


Ce graphique vous renseignera sur le degré de fraîcheur de votre pile ainsi que sur combien de temps vous pouvez espérer qu'elle durera. Ensuite, nous mesurons une pile alcaline de 9V. Si nous avons gardé la plage de mesure de 2V, notre multimètre va afficher un « 1. » cryptique, qui nous indique que la valeur mesurée est en dehors de la plage prévue.

Test d'une pile LR44


Faites basculer la plage sur 20V et recommencez.

Test d'une pile LR44

Pour cette pile neuve, nous obtenons 9,6V. Rappelez-vous que 9V n'est que le voltage nominal et que donc les 9V prévus ne sont qu'une moyenne. En réalité, la pile commencera à délivrer 9,5V pour descendre à 9V, puis lentement dériver vers 7V. Vous pouvez vérifier ici la courbe de décharge de la pile 9V de Duracell®. Si nous voulions mesurer une pile AA rechargeable avec le multimètre réglé sur la plage de 20V DC, nous obtiendrions 1,3V, ce qui est à peu près tout ce qu'une pile NiMH pleinement chargée est capable de délivrer.

Test d'une pile rechargeable

Si nous ramenons la plage à 2V DC, nous pouvons obtenir une décimale de plus. Ce multimètre n'est probablement pas précis à plus de 0,5%, aussi cette décimale supplémentaire n'est-elle pas très significative !

Test d'une pile rechargeable

Pour finir, je teste une pile bouton lithium de 3V. La mesure est à 2,7V ce qui signifie qu'elle est proche de sa fin de vie.

Test d'une pile bouton


[modifier] Exemple 2: Tester un adaptateur mural

Tester un adaptateur mural est aussi très utile, principalement lorsque vous fabriquez vos propres circuits. Commençons par un adaptateur transformateur.

Transformateur
Transformateur US, ici 120 Volts
Détail du transformateur
Transfo US 120V, 9V DC 300mA, polarité positive au centre

Notez que l'étiquette indique « Transformateur » et que l'appareil est trapu et lourd, ce qui sont des signes qui ne trompent pas. Ce modèle demande une alimentation de 120 V AC (courant US). Le voltage nominal en sortie est de 9V DC, pour 300 mA. Le symbole de polarité indique ce le centre de la prise est le positif, et l'extérieur le négatif. Nous plaçons donc la sonde positive (rouge) au centre, et la négative (noire) sur l'extérieur de la fiche.

Mesure en sortie de l'alimentation

Oulah! 14V? Cela n'a rien à voir avec les 9V affichés sur l'emballage. Est-ce que cet adaptateur est en panne? En fait, il est parfaitement normal. Les adapteurs à base de transformateur ne sont quasiment jamais régulés, ce qui signifie que ce qu'ils délivrent n'est pas une valeur garantie, seulement qu'elle sera au moins celle indiquée. Par exemple, pour cet adaptateur, cela signifie que lorsqu'on tirera 300 mA, le voltage de sortie sera au dessus de 9V. Comme cette sortie n'est pas régulée, le voltage fourni va décroître avec le courant consommé, ce qui veut dire aussi qu'avec un circuit ouvert (connecté à rien), la mesure peut atteindre 14V. Glitchbuster a publié un long article à ce sujet. Intéressons nous ensuite à un adaptateur à découpage.

Alimentation à découpage


Remarquez qu'il n'est pas cubique, il est plus fin, et bien plus léger. Il n'y a pas de gros transformateur à l'intérieur !

Mesure en sortie de l'alimentation

Remarquez que l'étiquette indique Switching (et non pas Transformer), et que vous pouvez utiliser indifféremment un courant US ou européen. Tout comme l'adaptateur à transformateur, il est à polarité positive centrale.

Mesure en sortie de l'alimentation

Les adaptateurs muraux à découpage sont régulés, ce qui signifie que le courant qu'ils délivrent ne faiblit pas entre circuit ouvert et pleine charge. Celui-ci n'est pas de grande qualité puisqu'il délivre 12,2V, ce qui est correspond à une erreur de moins de 5%, mais c'est tout de même bien mieux que les 50% d'erreur du transformateur! En dernier lieu, nous allons tester un adaptateur 9V AC, qui fournit du courant alternatif au lieu de courant continu. En gros, ce que cela veut dire, c'est qu'on trouve encore un transformateur à l'intérieur, mais sans rectifieur. C'est aussi une alimentation non régulée.

Alimentation à découpage

Remarquez que cela nous ramène au cas de l'adaptateur à transformateur que nous avons testé en premier.

Mesure en sortie d'alimentation


L'étiquette indique un transformateur. Il demande une alimentation de 120 V AC (US). La sortie nominale est de 9V AC à 300mA. Le voltage de sortie est indiqué deux fois, la première en haut (« AC/DC ») puis encore à la sortie (« 9V AC »). Il n'y a pas de polarité car les adaptateurs de courant alternatif ne sont pas polarisés: le courant oscille entre valeurs positives et négatives. Testons la valeur en sortie: nous obtenons 0V! C'est alors que nous nous rappelons que le multimètre doit être positionné en mode Courant Alternatif.

[[Fichier:9vactestdc.jpg|400px|center|alt=Mesure avec l'appareil sur DC|Mesure avec l'appareil sur DC]

Ceci fait nous obtenons en lecture 10,5 V AC. Il s'agit d'un adaptateur non régulé, donc une fois encore, il n'est pas surprenant d'obtenir plus que 9V.

Mesure avec l'appareil sur AC

[modifier] Exemple 3: Tester une prise murale

C'est le test le plus « facile »: il suffit d'enfiler les deux sondes dans la prise murale. Si vous êtes maladroit et si vous pensez que vous allez vous électrocuter, n'en faites rien. Beaucoup de gens sont effrayés par ce test, alors que c'est pour cela que le multimètre fut initialement conçu.

Mesure sur prise murale

On lit environ 120V (US), comme prévu (ndt:220V pour la France).


[modifier] Exemple bonus: Tester un circuit avec à la fois du courant continu et alternatif

Si vous essayez de mesurer quelque chose qui est seulement en DC ou AC, c'est finalement chose facile: utilisez le bon mode, la bonne plage, et mesurez! Le plus dur est de mesurer un circuit où circulent à la foi des courants AC et DC. Par exemple, voici quelques tentatives pour mesurer la sortie d'une x0xb0x comme le montre cette capture d'oscilloscope (c'est la même vue que la précédente).

Affichage du signal sur oscilloscope

Le courant continu est le plus facile à mesurer : la plupart des multimètres moyennent la mesure lue.

Capture d'écran de l'oscillo

Nous lisons 6,75V DC, ce qui est correct. Toutefois, lorsque nous essayons de mesurer le courant alternatif, ce multimètre nous fournit une valeur qui semble aléatoire (peut-être 2 X le courant DC?).

Mesure moyenne courant DC

Le multimètre Extech indique 1,65V.

Mesure courant AC

Le Wavetek en fait autant.

Mesure sur un autre modèle

Ce qu'il faut en retenir? Vous ne pouvez pas faire confiance à votre multimètre lorsqu'il y a un composant DC dans le circuit!


Page originale http://www.ladyada.net/learn/multimeter/voltage.html Traduction Française par Laurent Ricard

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