Diviseur de tension à potentiomètre

Programmes : GCSE, A-level, IB B.5

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Objectif

Obtenir une tension réglable à l’aide d’un potentiomètre et observer comment une charge modifie la tension de sortie du diviseur.

Le montage

Une source de 10 V est reliée aux bornes extrêmes d’un potentiomètre de 1 kΩ ; le bouton est en position médiane. Le voltmètre est branché entre le curseur et la borne négative. Une charge de 1 kΩ est reliée à la sortie par un interrupteur, qui est ouvert.

Protocole

1. Notez l’indication du voltmètre.
2. Tournez le bouton du potentiomètre à fond dans un sens, puis dans l’autre.
3. Ramenez le bouton en position médiane et fermez l’interrupteur de la charge.
4. Notez l’indication du voltmètre en charge.

Résultat attendu

En position médiane, la tension de sortie est d’environ 5,00 V. Tourner le bouton la fait varier de 0 à 10 V : dans le sens des aiguilles d’une montre, le curseur se rapproche de la borne reliée à la borne positive de la source, et la tension augmente. Avec la charge de 1 kΩ, la tension de sortie tombe à environ 4,0 V : la charge se trouve en dérivation sur la moitié inférieure du potentiomètre.

Questions

1. Pourquoi la tension du diviseur diminue-t-elle en charge ?
2. Quelle doit être la charge pour que la baisse soit inférieure à 1 % ?

Réponses

1. La charge est branchée en dérivation sur la moitié inférieure du potentiomètre, et 500 Ω en dérivation avec 1 kΩ donnent environ 333 Ω. La partie inférieure du diviseur a désormais une résistance plus faible que les 500 Ω de la partie supérieure et reçoit une plus petite part des 10 V : 10 V × 333 / 833 ≈ 4,0 V.
2. Vu de la sortie, le diviseur en position médiane se comporte comme une source de 5 V de résistance de sortie \(R_{out}\) = 250 Ω, les deux moitiés de 500 Ω en dérivation. La tension de sortie baisse de la fraction \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\), donc pour une baisse inférieure à 1 % la charge \(R_L\) doit dépasser 99 × 250 Ω ≈ 25 kΩ, soit 25 fois la résistance du potentiomètre.