TRANSFORMATEURS, ÉNERGIE
& MESURES.

Le transformateur transfère de l'énergie entre deux circuits sans liaison électrique, grâce au champ magnétique. Un enroulement primaire de Np spires reçoit la tension Up ; le flux variable qu'il crée dans le noyau induit une tension Us dans l'enroulement secondaire de Ns spires.

Le rapport de transformation est n = Ns / Np = Us / Upn égale Ns divisé par Np égale Us divisé par Up. Si n > 1, le transformateur élève la tension ; si n < 1, il l'abaisse. Les courants varient en sens inverse : Is / Ip = 1 / nIs divisé par Ip égale 1 divisé par n. Dans le modèle idéal, la puissance est conservée : Ps = PpPs égale Pp.

Un transformateur réel perd une partie de l'énergie : échauffement des enroulements (effet Joule dans le cuivre) et pertes dans le noyau. Le rendement mesure ce qui est réellement transmis : η = Ps / Ppêta égale Ps divisé par Pp, toujours inférieur à 1 (ou à 100 %).

Pour limiter les courants de Foucault induits dans le noyau, celui-ci est constitué de tôles feuilletées isolées les unes des autres. Point capital pour l'examen : un transformateur ne fonctionne qu'en courant alternatif. Une tension continue ne crée pas de flux variable : rien n'est induit au secondaire, et le primaire chauffe dangereusement.

Une pile est à usage unique ; un accumulateur (batterie) se recharge. Leur capacité s'exprime en ampère-heures (Ah) : une batterie de 7 Ah peut théoriquement fournir 1 A pendant 7 h, ou 2 A pendant 3,5 h. L'énergie stockée se calcule en watt-heures : Wh = Ah × VWh égale Ah fois V.

Branchés en série, les éléments additionnent leurs tensions (deux batteries 12 V → 24 V) mais la capacité en Ah reste celle d'un élément. Branchés en parallèle (éléments identiques), la tension reste identique et les capacités s'additionnent (12 V, 14 Ah).

Chaque source possède une résistance interne r : la tension disponible en charge vaut U = E − r × IU égale E moins r fois I. Plus le courant débité est fort, plus la tension chute. Enfin, une batterie au plomb supporte mal les décharges profondes ; une charge lente à environ C/10C divisé par 10 (un dixième de la capacité) la préserve.

Le voltmètre mesure une différence de potentiel : il se branche en parallèle aux bornes du dipôle. Pour ne prélever qu'un courant négligeable, sa résistance interne doit être très élevée.

L'ampèremètre mesure le courant qui le traverse : il s'insère en série dans le circuit, ce qui impose de couper celui-ci. Pour ne pas chuter la tension, sa résistance interne doit être très faible. Brancher un ampèremètre en parallèle sur une source revient à la court-circuiter : danger pour l'appareil et le circuit.

Pour mesurer des tensions au-delà du calibre d'un galvanomètre, on ajoute une résistance série (résistance additionnelle) qui absorbe l'excédent de tension. Le galvanomètre devient un voltmètre de calibre supérieur.

Pour mesurer des courants plus forts, on ajoute un shunt : une résistance de faible valeur en parallèle qui dérive la majeure partie du courant. Seule une fraction connue traverse le galvanomètre.

L'ohmmètre mesure une résistance en injectant son propre courant : le circuit doit être hors tension, sous peine de mesure fausse et de dégâts. Le wattmètre combine tension et courant pour afficher la puissance P = U × IP égale U fois I ; en radio, le wattmètre HF (souvent associé au ROSmètre) se place entre l'émetteur et l'antenne. Le fréquencemètre compte les périodes d'un signal pour afficher sa fréquence.

Le ROSmètre (ou TOSmètre) mesure le rapport d'ondes stationnaires sur la ligne d'alimentation de l'antenne : il compare la puissance directe (vers l'antenne) et la puissance réfléchie (qui revient). Un ROS de 1:1 traduit une adaptation parfaite ; un ROS élevé signale un désaccord d'antenne et fait chauffer l'étage de sortie de l'émetteur.

Deux composants d'interface complètent le tableau : le relais, interrupteur commandé électriquement qui permet à un faible courant de commander un circuit puissant, et le transducteur, qui convertit une grandeur physique en signal électrique (microphone, haut-parleur, capteur de température…).

Toute mesure comporte une erreur. On distingue l'erreur absolue, écart entre la valeur lue et la valeur vraie (exprimé dans l'unité mesurée, par exemple ± 0,1 V), et l'erreur relative, rapport de l'erreur absolue à la valeur mesurée, souvent exprimé en pourcentage. La classe de précision d'un appareil à aiguille indique son erreur maximale en pourcentage du calibre : un voltmètre de classe 1,5 sur le calibre 10 V peut se tromper de ± 0,15 V, même en début d'échelle. Pour une meilleure précision, on choisit donc le calibre qui place la lecture dans le tiers supérieur de l'échelle.

La fréquence du signal influence la mesure : un voltmètre alternatif ordinaire n'est étalonné que pour le secteur 50 Hz et devient faux en HF ; seuls des appareils prévus pour la radiofréquence (sondes HF, millivoltmètres RF) restent fiables. La forme d'onde compte tout autant : la plupart des appareils mesurent une valeur moyenne redressée mais affichent une valeur efficace étalonnée pour un signal sinusoïdal. Avec un signal carré, triangulaire ou déformé, l'indication devient fausse.

En radio, on distingue la puissance moyenne, énergie fournie sur une durée complète du signal modulé, et la puissance de crête (PEP, puissance efficace de crête), puissance au sommet de l'enveloppe de modulation. En BLU, la puissance de crête est nettement supérieure à la puissance moyenne : les limites réglementaires de puissance s'entendent en puissance de crête.

Pour mesurer la puissance d'un émetteur, on le connecte à une charge fictive (antenne factice de 50 Ω, sans rayonnement) et l'on mesure la tension HF à ses bornes. Un détecteur d'enveloppe (diode de détection suivie d'un condensateur) restitue l'enveloppe du signal HF : c'est le principe du wattmètre à diode et de la mesure de modulation. La puissance se déduit de la tension efficace : P = U² / RP égale U au carré divisé par R, ou, à partir de la tension de crête lue à l'oscilloscope, P = Uc² / (2 × R)P égale Uc au carré divisé par (2 fois R).

Un circuit LC entre en résonance à la fréquence de résonance f = 1 / (2π√(LC)) (formule de Thomson, détaillée en leçon T-04). Mesurer cette fréquence permet de vérifier un circuit accordé, un filtre ou une trappe d'antenne.

Le fréquencemètre à absorption, appelé aussi ondemètre à absorption ou grid-dip, est un circuit accordé variable couplé faiblement au circuit à tester : lorsque sa fréquence coïncide avec la fréquence de résonance du circuit, il absorbe de l'énergie, ce qui se traduit par une chute (dip) de l'indication. Simple et sans danger, il donne une précision modeste mais suffisante pour accorder une antenne ou repérer la fréquence d'un oscillateur.

L'oscilloscope affiche la forme du signal en fonction du temps : il permet de visualiser l'enveloppe de modulation, de mesurer des amplitudes (crête, crête à crête) et des durées, et de vérifier qu'un émetteur n'écrête pas (l'écrêtage génère des harmoniques). L'analyseur de spectre, lui, affiche le signal en fonction de la fréquence : il révèle la porteuse, les bandes latérales, les harmoniques et les rayonnements parasites. C'est l'outil de contrôle de la propreté spectrale d'un émetteur.