Amplificateur de mesure

Schéma d'un amplificateur différentiel classique (1 AOP)

L'amplificateur différentiel classique est réalisé à partir d'un amplificateur opérationnel, utilisé en mode linéaire (contre réaction de la sortie sur son entrée négative, peut être aussi sur l'entrée positive suivant un autre schéma).

Le gain de ce montage est :

${\displaystyle G_{d}={R_{2} \over R_{1}}}$

Le gain peut se régler par une résistance placée entre les points communs des deux R2 préalablement divisées en deux chacune.

Ce montage est principalement utilisé lorsque les contraintes de complexité, de coût, de taille, de faible consommation sont importantes. De plus ce montage autorise des excursions d'entrée au-delà de la tension d'alimentation. Il présente néanmoins certaines limitations : le TRMC du montage correspond au TRMC de l'AOP, l'impédance d'entrée est égale à R1 + R2, donc relativement faible. Ce montage conviendra donc pour des sources de faible impédance, et avec une faible fluctuation de la tension de mode commun.

Il faut également noter que ce montage est à la base de tous les amplificateurs de mesure. Les montages plus élaborés utilisent d'autres AOP pour limiter les inconvénients de l'amplificateur différentiel classique.

Schéma d'un amplificateur d'instrumentation à 2 AOP

Le gain de ce montage est

${\displaystyle G_{diff}={Vs \over V_{1}-V_{2}}=\left(1+{R_{2} \over R_{1}}\right)}$

Schéma typique d'un amplificateur d'instrumentation

Ce montage est le plus utilisé . Son gain est

${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{2}-V_{1}}}=\left(1+{2R_{1} \over R_{\mathrm {gain} }}\right){R_{3} \over R_{2}}}$

L'amplificateur d'instrumentation idéal devrait avoir un gain en mode commun nul (TRMC infini). En réalité, dans le circuit ci-contre, la valeur de ce gain est déterminée par les tolérances des valeurs des résistances qui rendent le schéma asymétrique, et par le gain de mode commun non nul des deux AOP utilisés. La réalisation de résistances appairées en valeur est la principale contrainte de fabrication des circuits d'instrumentation[9].

• Comparateur de phase :

L'amplificateur différentiel est un élément idéal pour le comparateur de phase de la boucle à verrouillage de phase. En effet, l'objectif d'un comparateur de phase d'une PLL est de délivrer une tension d'erreur représentative du décalage paramétrique des deux entrées du comparateur. Or le rôle d'un amplificateur différentiel est de rejeter le signal commun de ses entrées pour amplifier uniquement la composante différentielle ; et dans le cas présent de la boucle PLL cette composante différentielle représente le signal d'erreur du comparateur de phase destiné à corriger les dérives de l'oscillateur VCO.

• Oscillateur VCO :

Dans le cadre des oscillateurs VCO, la tension différentielle délivrée par l'amplificateur différentiel permet de polariser la diode varicap du VCO. Autre avantage, l'offset intrinsèque du VCO peut être parfaitement maîtrisé grâce à la possibilité de réglage précis du courant BIAS de l'amplificateur différentiel. Cette technique permet aussi de réduire considérablement le bruit de phase du VCO dû aux perturbations du courant de polarisation.

• Électronique analogique
• Instrumentation (science)
• Capteur

• (en) Opamp Instrumentation Amplifier
• (en) The instrumentation amplifier
• (en) Lessons In Electric Circuits — Volume III — The instrumentation amplifier
• (en) Eamon Nash, Analog Devices - A Practical Review of Common Mode and Instrumentation Amplifiers[PDF]
• (en) A Designer's Guide to Instrumentation Amplifiers (3rd Edition)
• (fr) http://meteosat.pessac.free.fr/Cd_elect/courelectr.free.fr/AINST/COURS.HTM