Amplificateur de différence & Amplificateur d instrumentation. Fabrice Sincère ; version

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Henriette Monette
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2 Sommaire - L amplificater de différence -- L amplificater de différence idéal -- L amplificater de différence en pratiqe -- Tax de réjection de mode commn -4- Strctre de base de l amplificater de différence -5- xemple : IN06 (Brr-Brown) -6- emarqe sr l amplificater opérationnel - L amplificater d instrmentation -- Strctre à dex amplificaters opérationnels -- Strctre à trois amplificaters opérationnels - ôle dans la chaîne de mesre Bibliographie

3 - L amplificater de différence (..) -- L amplificater de différence idéal Un amplificater de différence amplifie la tension différentielle d entrée - - : amplification de mode différentiel S

4 4 ( ) ( ) C C S -- L amplificater de différence en pratiqe n réalité, les dex entrées ne sont jamais parfaitement symétriqes et : C C S C tension de mode commn C amplification de mode commn ( C 0 dans le cas idéal)

5 Si - : S C C C.N. 0 ; C 0, mv. Calcler S. S 0,05 (500) 5 mv (a lie de 0 mv por n.. idéal) 5

6 .N. 490 mv - 50 mv Calcler S. -0 mv ; C 500 mv S 0 (-0) 0,05 (500) mv Cas idéal : S 0 (-0) mv -00 mv (,5 % d errer) 6

7 .N. 4,99 V - 5,0 V Calcler S. Commentaire? -0 mv ; C 5,00 V S 0 (-0,0) 0,05 (5) -0, 0,5 50 mv Cas idéal : S 0 (-0) mv -00 mv (5 % d errer) Commentaire : la tension de mode commn dégrade les performances de l.. 7

8 -- Tax de réjection de mode commn CM 0log 0 C Le CM (Common Mode ejection atio) doit être le pls grand possible..n. 0 CM 0log 0,05 (c'est mavais) 46 db 8

9 9-4- Strctre de base de l amplificater de différence 4 4 S On montre qe :

10 0 Jstification.O. en régime linéaire. Théorème de sperposition ) - 0 V On reconnaît n amplificater non inverser : 4 4 S v ) 0 V donc v 0 V On reconnaît n amplificater inverser : 4 S 4 4 S S S

11 tre méthode.o. en régime linéaire. v v- Théorème de Millman : 4 S S v v 4 4 S

12 4 Si 4 et alors : ( ) S.N. kω ; 4 00 kω Calcler, C et le CM. 00 ; C 0 ; CM (cas idéal)

13 n réalité, à case des tolérances, les résistances ne sont pas rigoresement égales et C 0. Si : ( ε) avec ε << lors : C et 4 ε CM 0log ε avec : 4 / Le CM agmente avec l amplification. est légèrement modifiée (de l ordre de ε).

14 4 Jstification : Si - : ( ) ε ε << ε ε ε C S 0log CM x por x x car ) (

15 .N. Calcl d CM 4 0 kω a) 0,5 kω 4 / ε 0,05 5 % C - 0,05 CM db b) 9,99 kω ε -0, % C 0,000 5 CM 66 db c) Conclsion Le CM agmente qand la tolérance sr les résistances dimine. 5

16 .N. 0 kω ; 4 0 kω ; 4,7 kω et 47 kω Calcler, C et le CM. 4 0,09 4 0, 0,095 C 0,009 CM 0log 0 C 6dB 6

17 -5- xemple : IN06 (Brr-Brown) Caractéristiqes : CM 00 db Impédance différentielle d entrée : 0 kω 00 kω / 0 kω 0 Fig. a 7

18 .N. a) stimer la tolérance sr les résistances. CM 00 db ε 0 0log ε 0log ε 4 0,0% 00 ppm b) stimer la tolérance sr. 0 ± 0,0 % Les résistances sont ajstées par laser. (± 0,0 % d après le constrcter) 8

19 c) Inflence de l impédance de la sorce d entrée 0 kω 5 Ω 0,005 kω ε 0,05 % Fig. b 0 CM 0log 0,0005 (a lie de00 db) 87 db Le constrcter précise qe l impédance de la sorce d entrée ne doit pas dépasser 0 Ω (soit /000 de l impédance différentielle d entrée) por ne pas dégrader le CM. 9

20 -6- emarqe sr l amplificater opérationnel (.O.) Un.O. est par natre n amplificater de différence, à très forte amplification. xemple : µ CM 90 db.n. Calcler C , 0 C CM

21 - L amplificater d instrmentation (.I.) Le rôle de l amplificater d instrmentation est le même qe celi de l amplificater de différence. Cependant, on choisira : - l amplificater de différence si la sorce d entrée est à faible impédance - l amplificater d instrmentation si la sorce d entrée est à grande impédance

22 La lange de Shakespeare est assi celle de l électroniqe. xercice de tradction : Shold I Use a ifference mplifier or Instrmentation mplifier? ifference amplifiers excel when measring signals with common-mode voltages greater than the power spply rails, when there is a low power reqirement, when a small package is needed, when the sorce impedance is low or when a low-cost differential amp is reqired. The difference amp is a bilding block of the instrmentation amp. Instrmentation amplifiers are designed to amplify low-level differential signals where the maximm common-mode voltage is within the spply rails. enerally, sing an adjstable gain block, they are well-sited to single-spply applications. The three-op-amp topology works well down to ain, with a performance advantage in C CM. The two-op-amp topology is appropriate for tasks reqiring a small package footprint and a gain of 5 or greater. It is the best choice for lowvoltage, single-spply applications. [Sorce : Texas Instrments]

23 -- Strctre à dex amplificaters opérationnels

24 Si 4 et alors : La tolérance sr les résistances limite le CM. Le CM agmente avec l amplification. 4

25 5 Jstification Les.O. sont en régime linéaire. S s v v v s v Théorème de Millman :

26 6 S s S s v v ( ) ( ) S

27 xemple : IN5 Impédance différentielle d entrée : 0 Ω 0 kω 0 kω 4 60 kω Fig. 5 est ne résistance externe qi permet de régler..n. Calcler por avoir ne amplification de Ω Le CM vat alors 4 db (d après le constrcter) 7

28 Symbole de l amplificater d instrmentation Fig. 6 xemples d application Fig. 7a Fig. 7b 8

29 Fig. 7c 9

30 -- Strctre à trois amplificaters opérationnels Si, 4 et alors : 4 Le CM agmente avec l amplification. 0

31 Jstification ) tage d entrée Théorème de sperposition - 0 V On reconnaît n amplificater non inverser () et n amplificater inverser () : S ' S 0 V. On reconnaît n amplificater non inverser () et n amplificater inverser () : S S '

32 ) ( S ) ( ' ' ' S ( ) S S '

33 tre méthode.o. en régime linéaire. Théorème de Millman : S S ' ' S ' ' S S S ' ( )

34 Le CM ne dépend pas de et. Si : ( ) S S ) tage de sortie Il s agit d n amplificater de différence. 4 Si 4 et alors : ( ) S S S 4 4

35 xemple : IN4 Fig kω 50 kω.n. Qe vat l amplification si on ne connecte pas de résistance? 5

36 pplication : C (électrocardiographe) On cherche à visaliser l activité électriqe d cœr (mv). Un.I. est nécessaire por extraire efficacement ce signal : Fig. 0 6

37 - ôle dans la chaîne de mesre Le signal de mesre est n signal électriqe. Si ce n est pas le cas, n capter convertit la grander physiqe à mesrer en ne grander électriqe. xemple de capters : microphone, thermocople, jage d extensométrie, photodiode L.I. o l.. est intercalé entre le signal de mesre et le CN (convertisser analogiqe nmériqe). 7

38 Bibliographie (nalog devices) (Texas Instrments) (Brr-Brown) 8

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