GEL-3000 Électronique des composants intégrés. Hiver Applications des amplis-op: ampli différentiel et ampli d instrumentation -

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1 GEL-3000 Électronique des composants intégrés - Applications des amplis-op: ampli différentiel et ampli d instrumentation -

2 Ampli différentiel et ampli d instrumentation Conditions préalables: Lecture du chap. 2, sections 2.4 Plan du cours (sujets): Amplificateur différentiel Gain différentiel / Gain en mode commun Taux de rejet du mode commun (TRMC) Amplificateur d instrumentation Résultats attendus: Connaître et comprendre les caractéristiques de l amplificateur différentiel et d instrumentation Analyser et concevoir des amplis différentiels et d instrumentationpossédant descaractéristiques souhaitées GEL-3000 Électronique des composants intégrés 2

3 Signal différentiel et mode commun GEL-3000 Électronique des composants intégrés 3

4 Signal différentiel et mode commun GEL-3000 Électronique des composants intégrés 4

5 Amplificateur différentiel Définitions L ampli différentiel répond à la différence de tension vue entre ces entrées positive et négative et rejette le signal commun à ces 2 entrées. Tension de sortie: v O = A d v Id + A cm v Icm A d : gain différentiel A cm : gain en mode commun (idéalement 0) GEL-3000 Électronique des composants intégrés 5

6 Amplificateur différentiel Définitions Taux de rejet du mode commun (TRMC): Mesure de l efficacité avec laquelle l ampli rejette la tension en mode commun et amplifie le signal différentiel Noté common mode rejection ratio (CMRR) dans les fiches techniques Définition: TRMC = 20log A d A cm GEL-3000 Électronique des composants intégrés 6

7 Amplificateur différentiel Exemple (à compléter) Un transducteur fourni un signal de 1 mv entre ses deux terminaux de sortie Chacun des deux câbles reliant une des sorties à l appareil de mesure présente un signal sinusoïdal d interférence de 1 V avec la masse GEL-3000 Électronique des composants intégrés 7

8 Amplificateur différentiel Comment réaliser un tel amplificateur? L ampli-op est un amplificateur différentiel Ne suffit-il pas d utiliser un ampli-op en boucle ouverte? + v Id v O Le très grand gain en boucle ouverte (idéalement infini) rend cette solution impossible GEL-3000 Électronique des composants intégrés 8

9 Amplificateur différentiel Ampli différentiel à 1 ampli-op GEL-3000 Électronique des composants intégrés 9

10 Amplificateur différentiel Gain différentiel (à compléter) Analyse par principe de superposition GEL-3000 Électronique des composants intégrés 10

11 Amplificateur différentiel Gain différentiel: Résumé On choisi R 4 R 3 = R 2 R 1 Par superposition v O = v O1 + v O2 = R 4 R 3 + R 4 R 1 + R 2 R 1 v I 2 R 2 R 1 v I1 = R 2 R 1 (v I 2 v I1 ) = R 2 R 1 v Id Gain différentiel: A d = R 2 R 1 Pour simplifier, on sélectionne R 2 = R 4 et R 1 = R 3 GEL-3000 Électronique des composants intégrés 11

12 Amplificateur différentiel Gain en mode commun GEL-3000 Électronique des composants intégrés 12

13 Amplificateur différentiel Gain en mode commun: Résumé A cm = v O v Icm =! # " R $! 4 R 4 + R & 3 % 1 R R $ 2 3 # " R 1 R & 4 % Or, comme R 2 = R 4 et R 1 = R 3 -> TRMC infini!!! A cm = v O v Icm = En réalité, A cm 0 à cause des tolérances! # " R 2 R 2 + R 1 $! & % 1 R R $ 2 1 # " R & 1 % = 0 R 2 GEL-3000 Électronique des composants intégrés 13

14 Amplificateur différentiel Impédance d entrée GEL-3000 Électronique des composants intégrés 14

15 Amplificateur différentiel Impédance d entrée: Résumé R id : Résistance entre les 2 terminaux d entrée Hypothèse: R 2 = R 4 et R 1 = R 3 Loi des mailles: v Id = R 1 i I R 1 i I = 2R 1 i I On obtient R id = v Id i I v Id i I = 2R 1 GEL-3000 Électronique des composants intégrés 15

16 Amplificateur différentiel Désavantages Si on veut que l ampli ait un gain (R 2 /R 1 ) élevé, il faut choisir R 1 relativement faible. On obtient alors R id faible. Il est difficile de varier le gain différentiel de l ampli (deux résistances matchées à changer) GEL-3000 Électronique des composants intégrés 16

17 Amplificateur différentiel Solution (À compléter): Utiliser des suiveurs de tension avant chaque entrée de l amplificateur différentiel Résultat: impédance d entrée élevée GEL-3000 Électronique des composants intégrés 17

18 Amplificateur d instrumentation Ampli d instrumentation à 3 amplis-op GEL-3000 Électronique des composants intégrés 18

19 Amplificateur d instrumentation Avantages Impédance d entrée très élevée Si A 1, A 2, et toutes les résistances impliquées sont matchées, les deux chemins du signal sont symétriques (très souhaitable pour un ampli différentiel) GEL-3000 Électronique des composants intégrés 19

20 Amplificateur d instrumentation Désavantages Le premier étage amplifie le signal en mode commun autant que le signal différentiel Conséquence: saturation, faible TRMC A 1 et A 2 doivent être identiques afin d éviter d introduire des différences qui seraient amplifiées dans l ampli différentiel Difficile de varier le gain: 2 résistances matchées (R 1 ) doivent être ajustées en même temps GEL-3000 Électronique des composants intégrés 20

21 Amplificateur d instrumentation Configuration améliorée GEL-3000 Électronique des composants intégrés 21

22 Amplificateur d instrumentation Analyse GEL-3000 Électronique des composants intégrés 22

23 Amplificateur d instrumentation Résumé Sortie du 1 er étage " v O2 v O1 = 1+ 2R 2 $ # 2R 1 % ' & v Id Sortie du 2 ième étage Gain différentiel A d = v O = R! 4 1+ R 2 v Id R # 3 " v O = R 4 R 3 ( v O2 v ) O1 = R! 4 1+ R $ 2 R # & 3 " % v Id GEL-3000 Électronique des composants intégrés 23 R 1 R 1 $ & %

24 Amplificateur d instrumentation Améliorations Le premier étage de cet amplificateur n amplifie pas le signal en mode commun (A 1cm = 1) Ainsi, le deuxième étage reçoit v Id amplifié d un facteur 1+R2/R1 et v Icm tel quel Le gain peut être varié très facilement en changeant une seule résistance, 2R 1 Cet excellent circuit est employé dans un très grand nombre de dispositifs électroniques GEL-3000 Électronique des composants intégrés 24

25 Amplificateur d instrumentation Solution pour gain variable A d = R! 4 1+ R # 3 " R 2 R 1 f + R 1v $ & % GEL-3000 Électronique des composants intégrés 25

26 Amplificateur d instrumentation Exemple (à compléter) GEL-3000 Électronique des composants intégrés 26

27 Applications des amplis-op: ampli différentiel et ampli d instrumentation Exercices suggérés Sedra and Smith Exemples 2.3 Exercices 2.15, 2.16, 2.17 Problèmes 2.60, 2.61, 2.62, 2.63, 2.73, 2.75 Lectures à faire Chapitre 16, sections 16.1 à 16.5 GEL-3000 Électronique des composants intégrés 27