Amplificateurs différentiels
Commentaires :
Dans un amplificateur classique le signal est appliqué entre une entrée et la
masse. Le système amplifie à la fois le signal et les signaux parasites induits
sur l'entrée. Dans un amplificateur différentiel, le signal est appliqué entre
deux entrées isolées de la masse. Les signaux parasites induits sur les
entrées sont très voisins et si l'on fait dans l'amplificateur la différence
des deux signaux, on élimine le signal parasite.
Il est impossible d'utiliser
directement un amplificateur opérationnel comme amplificateur différentiel
à cause des phénomènes de saturation. On présente ici trois montages classiques
d'amplificateurs différentiels.
Dans les schémas, les résistances de même
couleur sont égales. Les amplificateurs opérationnels sont supposés idéaux.
Circuit 1 :
Montrer que Vs = (V2
- V1)(R2 / R1).
Pour ce montage, l'impédance de chaque entrée est R1 + R2.
Circuit
2 :
En appliquant par exemple le théorème de Millman sur les entrées
inverseuses de chaque amplificateur, montrer que :
Vs = V2.(1 + R1/R2) -
V1(1 + R3/R4).R1/R2.
En déduire que si R1 = R, R2 = aR, R3 = R et R4 = R/a
alors :
Vs = (1 + a).(V2 - V1).
Pour ce montage, l'impédance de chaque entrée est celle
de l'entrée non inverseuse de chaque amplificateur.
Ce calcul montre que
pour obtenir un véritable amplificateur différentiel, il faut utiliser des résistances
de précision.
Circuit 3 :
L'amplificateur opérationnel 3 est branché comme le circuit
n°1 : C'est un amplificateur différentiel de gain unité.
Montrer que : Vs
= (1 + 2R1/R2).(V2 - V1).
On pourra par exemple écrire que le courant qui
circule dans la chaîne R1, R2, R1 est le même puisque le courant consommé par
les entrées des amplificateurs opérationnels est négligeable.
Pour ce montage, l'impédance de chaque entrée est aussi
celle de l'entrée non inverseuse de chaque amplificateur.
Ce montage est
connu sous le nom d'amplificateur d'instrumentation.
Il existe sous forme
de circuit monolithique dont les résistances internes sont ajustées par abrasion
laser.
Utilisation.
Les amplificateurs opérationnels sont
supposés idéaux avec une alimentation symétrique (non représentée) entre +10
V et - 10 V.
Dans les schémas, les résistances de même couleur sont égales.
Visualisation
des signaux :
La voie Y1 correspond au signal E2. La voie Y2 correspond
soit au signal E2 soit au signal de sortie. Cliquer dans la cadre de l'inverseur
pour changer.
Cliquer sur les boutons de gain pour modifier celui-ci.
Glisser
le curseur rouge avec la souris pour modifier l'amplitude du signal (f =
1000 Hz).
Pour les montages 2 et 3 on peut observer des phénomènes
de saturation.
Pour améliorer la vision du mode commun sa fréquence est prise
égale à 250 Hz.
Exercice : Pour le circuit n°3 déterminer la valeur du rapport
R1 / R2.