Kurt

Dept GEII IUT Bordeaux I

AMPLIFICATEUR de DIFFERENCE et INSTRUMENTATION

(Vol. 5)

G. Couturier
Tel : 05 56 84 57 58 email : couturier@elec.iuta.u-bordeaux.fr

Sommaire I- Introduction du rapport de réjection en mode commun d'un amplificateur II- Rapport de réjection d'un étage amplificateur différentiel à transistors III- Caractéristiques réelles d'un amplificateur opérationnel III-I-Caractéristiques d'entrée III-2- Caractéristiques de transfert III-3- Caractéristiques de sortie IV- Amplificateurs d'instrumentation V- Quelques problèmes d'instrumentation V-1- Mesure d'une f.e.m. à forte résistance de sortie : technique de garde V-2- Technique "quatre fils" pour la mesure des très faibles résistances V-3- Réjection des bruits de masse par utilisation d'un amplificateurd'instrumentation V- 4- Boucle de courant 4- 20 mA V- 5- Convertisseur fréquence-tension et tension-fréquence V- 6- Modulateur delta-sigma V- 7- Isolation galvanique annexes : data sheet
annexe I : AOP : OPA131, FET-input, Burr-Brown (www.burr-brown.com) annexe II : AOP : OPA2337, CMOS operational amplifier, Burr-Brown annexe III : Instrumentation amplifier : INA101, Burr-Brown annexe IV : 4 - 20 mAtwo-wire transmitter : XTR101, Burr-Brown annexe V : Voltage-to-frequency and frequency-to-voltage converter : AD650, Analog Devives (www.analog.com) annexe VI : Delta-sigma modulator : ADS1201, Burr-brown annexe VII : isolation amplifier : ISO100, optically-coupled isolation, Burr-Brown annexe VIII : isolation amplifier : ISO102, capacitive-coupled isolation, Burr-Brown annexe IX : logarithmamplifier : 4127, Burr-Brown annexe X : multiplier : AD534, Analog Device

Amplificateur de différence et instrumentation
L'amplificateur d'instrumention est un amplificateur linéaire de différence, faible bruit possédant un rapport de réjection en mode commun élevé et des impédances d'entrée élevées sur les deux voies. Il est possible à priori de réaliser un tel amplificateur à l'aide d'unamplificateur opérationnel comme le montre la Fig. 1 ci-dessous. Si on considère en effet un amplificateur opérationnel idéal et des résistances R parfaitement identiques on obtient effectivement en sortie une tension Vs=V2-V1, ce qui correspond bien au cahier des charges. R R V1 R V2 + R Vs

Fig. 1 Amplificateur de différence utilisant un amplificateur opérationnel

Deux inconvénients apparaissent desuite : 1) les impédances d'entrées ne sont pas identiques sur les deux voies et elles ne sont pas très élevées. Sur la voie V2, l'impédance d'entrée est égale à 2R, sur la voie V1 elle dépend du rapport V2/V1. Il est possible d'obtenir des impédances d'entrée élevées sur les deux voies en disposant sur chaque entrée un étage adaptateur comme le montre le schéma de la Fig. 2. 2) il faut réaliserdes résistances R identiques, ceci est difficile à obtenir s'il s'agit de composants discrets soudés. Des résistances R légèrement différentes conduisent à l'introduction d'une tension d'erreur ε, l'amplificateur ne mesure pas uniquement la différence attendue mais une tension Vs= (V2-V1)+ε. R V1 V2 R
+ -

R + R Vs

+ -

Fig. 2 Amplificateur de différence à impédances d'entrées élevéesL'une des caratéristiques importantes d'un amplificateur d'instrumentation est donc son aptitude à réjecter la tension d'erreur ε. Nous montrons ci-dessous que l'introduction du rapport de réjection en mode commun permet d'apprécier l'ordre de grandeur de cette erreur. Avant de présenter la structure retenue pour la réalisation d'un amplificateur de mesure, il est bon de rappeler lescaractéristiques réelles d'un amplificateur opérationnel, en effet précédemment nous avons supposer un amplificateur idéal, l'introduction des caractéristiques réelles contribue également à augmenter l'erreur ε. L'amplificateur différentiel est à la base de l'amplificateur opérationnel, en effet le premier étage d'un amplificateur opérationnel est toujours un étage différentiel, c'est pourquoi nous rappelons...