L'amplificateur d'instrumentation

Résumé du document

Les mesures différentielles, l'ampli d'instrumentation, utilisation des différents montages.

On peut se poser la question de ce qui fait la spécificité d'une " mesure différentielle ", car toute mesure de tension est par définition différentielle : il ne faut pas oublier qu'un potentiel absolu n'existe pas, et qu'on a toujours affaire à une différence de potentiel. (...)
Les amplificateurs d'instrumentation ne sont pas des amplificateurs opérationnels. Ce sont des circuits complets associant plusieurs amplificateurs opérationnels et les composants nécessaires à leur bon fonctionnement : résistances, capacités de compensation...
Ces amplificateurs peuvent être fabriqués à l'aide d'éléments discrets, mais la plupart du temps, on leur préférera des amplis intégrés, se présentant sous la même forme que des amplificateurs opérationnels. (...)
Aucun des montages cités dans ce chapitre n'est mieux ni moins bien qu'un autre. Ils représentent tous des compromis, et certains seront meilleurs sur un paramètre et moins bon sur un autre...
La solution idéale n'existe donc pas ! Il faudra jauger au cas par cas et utiliser le montage le mieux adapté.
Nous allons faire ici le tour de groupes d'applications et donner des indications entraînant le choix le plus judicieux. Tous les cas cités ci-dessous concernent uniquement la mesure différentielle. (...)

Extraits

[...] Fig Montage amplificateur quelconque. Considérons le montage de la figure à savoir un amplificateur à deux entrées et une sortie. Dans le cas général, sa fonction de transfert sera de la forme : Par définition, on va appeler tension différentielle d'entrée la valeur : De la même manière, on définit une tension de mode commun : On peut voir intuitivement la signification ces définitions : la tension différentielle est simplement la différence des deux signaux ; la tension de mode commun est la moyenne arithmétique des deux signaux. [...]

[...] Le montage est ainsi précis et sûr Mesure de tension entre deux points flottants. Il existe un autre type de mesures nécessitant obligatoirement une mesure différentielle : c'est lorsqu'on veut mesurer une tension entre deux points dont aucun n'est la masse. Il est évidemment hors de question de brancher un de ces deux points à la masse d'un instrument de mesure (à l'exception notable des multimètres alimentés par piles ou accus) sous peine de créer des courts circuits fâcheux ! Fig Mesure sur shunt flottant. [...]

[...] et calculons la tension de sortie Vs en fonction de e1 et e2 qui sont les tensions d'entrée du montage différentiel (par rapport à la masse), et des paramètres de ce montage. Nous allons considérer que l'amplificateur opérationnel est parfait, et aura les caractéristiques suivantes : gain en tension différentiel infini. gain de mode commun nul. impédances d'entrée infinies. Si on tient compte de ces hypothèses, les tensions et à l'entrée de l'ampli sont égales à : Cette dernière équation est obtenue à l'aide du théorème de superposition. [...]

[...] L'exemple de la figure 4 montre quasiment la même chose que celui de la figure 3 mis à part le fait que le shunt n'est plus relié à la masse. La mise à la masse d'une des bornes du shunt entraînerait la mise en court-circuit d'une partie du montage électronique, ce qui entraînerait des dysfonctionnements, voire sa destruction, et pourrait détériorer l'instrument de mesure. En instrumentation, une catégorie très répandue de mesures " flottantes " est celle du déséquilibre d'un pont de jauges (voir figure 5). [...]

[...] L'ampli étant parfait, on a = (gain infini). On en déduit facilement la valeur de la tension de sortie : Si on pose : en substituant AVdo à sa valeur dans et compte tenu de la propriété suivante : on obtient : C'est le résultat classique d'un amplificateur opérationnel monté en différentiel. Il est obtenu en considérant que l'ampli est parfait, et que les résistances sont rigoureusement appariées (équation Nous allons voir maintenant, toujours en considérant que l'amplificateur opérationnel est parfait, quel est l'impact de résistances mal appariées sur le résultat. [...]