L’effet de charge modifie la mesure

Toute entrée connectée est une charge

L’entrée d’un voltmètre ou d’un amplificateur a une impédance finie. La connecter crée une branche, et une branche change KCL. Modélisez la source par une tension de Thévenin et une résistance série, puis l’entrée par une résistance à la masse pour ce calcul continu. À fréquence plus élevée, la capacité d’entrée compte aussi ; une résistance continue annoncée ne suffit pas à prévoir une forme d’onde rapide.

Supposons qu’un capteur fournisse 1 V à vide et ait une résistance de source de 100 kΩ. Un appareil de 1 MΩ lit $1\times1000/(100+1000)=0.909091$ V. L’erreur d’environ 9.09% vient de la connexion de mesure, même si l’appareil lui-même est parfaitement étalonné. Une entrée de 10 MΩ lit 0.990099 V, soit environ 0.99% de moins.

Définir le budget d’erreur

Pour une charge résistive, la chute relative à la tension à vide est $R_S/(R_S+R_L)$. Pour la maintenir sous 1%, exigez $R_L>99R_S$. L’égalité donne exactement 1%. La règle courante « dix fois plus grand » donne environ 9.09% de chute : elle est donc insuffisante pour une exigence de 1%.

Un amplificateur peut isoler une source si sa résistance d’entrée est suffisamment élevée et sa sortie capable de piloter l’étage suivant. Son courant de polarisation d’entrée introduit une autre erreur de tension à travers la résistance de source. Par exemple, 10 nA traversant 100 kΩ donnent 1 mV. Le courant de polarisation, la résistance d’entrée et la capacité d’entrée sont des effets distincts ; une spécification favorable ne supprime pas les autres.

Faire une comparaison diagnostique

Prévoyez une mesure avec l’entrée connectée et déconnectée. Si un capteur à haute impédance paraît correct avec un instrument mais trop bas avec un autre, comparez leurs impédances avant de remplacer le capteur. Documentez le mode réel de la sonde ou de l’appareil, car les modes sélectionnables peuvent employer des impédances différentes. Gardez les fils de mesure courts pour les futurs travaux en alternatif et notez la connexion de masse. Le circuit mesuré comprend votre instrument, et pas seulement les composants dessinés sur la page d’origine.

Pour une source de faible impédance de 100 Ω alimentant 1 MΩ, la chute n’est que d’environ 0.01% ; cela indique quand on peut raisonnablement négliger l’effet de charge au lieu de considérer toutes les mesures comme aussi perturbatrices.