Qu’est-ce qu’un amplificateur d’instrumentation ?
Un amplificateurs d’instrumentation est un amplificateur dont l’objectif principal est de détecter de très faibles signaux provenant de divers capteurs, tels que des jauges de contrainte et des transducteurs de pression, et de les amplifier avec une grande précision.
Leurs circuits d’amplification sont optimisés pour amplifier les signaux de divers capteurs afin de mesurer la pression et la température dans les équipements et installations de fabrication.
Les amplificateurs opérationnels et les amplificateurs d’instrumentation courants ont également des réglages de gain différents. Par rapport aux amplificateurs opérationnels, les amplificateurs d’instrumentation se caractérisent par une très grande précision, car le gain est sélectionné dans une plage spécifique, étroite et prédéfinie.
Utilisations des amplificateurs d’Instrumentation
Les amplificateurs d’instrumentation sont utilisés pour détecter et amplifier de manière fiable les signaux provenant de divers capteurs tels que les jauges de contrainte. Ils sont largement utilisés dans les systèmes d’application de mesure industrielle, par exemple pour optimiser le fonctionnement des paramètres des capteurs en utilisant les caractéristiques des amplificateurs d’instrumentation pour amplifier les faibles signaux détectés par divers capteurs avec une faible génération de bruit.
D’autres applications comprennent la commande de moteurs, l’équipement embarqué et l’équipement d’acquisition de données.
Principe des amplificateurs d’instrumentation
Les amplificateurs d’instrumentation ont des entrées différentielles et des sorties d’amplificateur asymétriques pour supprimer le bruit d’entrée. Une caractéristique particulière de cet amplificateur est qu’il fonctionne dans le but d’assurer un grand rapport de réjection de mode commun, connu sous le nom de CMR.
Par rapport aux amplificateurs opérationnels, les amplificateurs conçus spécifiquement pour une fonction particulière sont utilisés dans un but précis, de sorte que, bien que leur structure soit identique à celle des amplificateurs opérationnels, la méthode de fonctionnement diffère. Par exemple, pour effectuer des mesures très précises, le courant de polarisation à l’entrée doit être faible et est généralement de l’ordre du nano-ampère.
Les entrées différentielles sont constituées de deux bornes d’entrée et présentent une impédance d’entrée élevée de plus de plusieurs centaines de milli-ohms en raison du maintien d’un état équilibré, tandis que l’impédance de sortie est généralement beaucoup plus faible, de l’ordre de quelques milli-ohms. En outre, en fonctionnement, le gain est généralement sélectionné à l’aide de résistances et de bornes dans une plage étroite prédéfinie, ce qui limite la plage d’utilisation à une plage plus étroite et manque de flexibilité par rapport aux amplificateurs opérationnels, mais permet une très grande précision avec une variation supprimée.
Autres informations sur les amplificateurs d’instrumentation
1. Différence entre les amplificateurs opérationnels et les amplificateurs d’instrumentation
Bien que les amplificateurs d’instrumentation utilisent des amplificateurs opérationnels dans leur circuit, leur traitement en tant que circuit est très différent de celui des amplificateurs opérationnels. Les amplificateurs opérationnels sont utilisés dans une grande variété de circuits analogiques, y compris les circuits intégrateurs et les suiveurs de tension, et leur principale caractéristique est une boucle de rétroaction externe entre la sortie et l’entrée.
Cette boucle de rétroaction est l’une des raisons de la polyvalence de l’amplificateur opérationnel dans diverses applications, et sa conception détermine les caractéristiques de l’amplificateur dans son ensemble. Cependant, les amplificateurs d’instrumentation ne possèdent pas cette boucle de rétroaction externe entre la sortie et l’entrée. Bien qu’ils contiennent deux ou trois amplificateurs opérationnels, les amplificateurs d’Instrumentation sont des amplificateurs qui, en raison de la structure de leur circuit, sont dédiés aux rôles d’amplification différentielle et de réjection de mode commun.
Par conséquent, contrairement aux amplificateurs opérationnels normaux, les amplificateurs d’instrumentation peuvent traiter des signaux faibles provenant de capteurs tels que les jauges de contrainte.
2. Intégration dans les ASIC de capteurs
Bien que certains fabricants utilisent les amplificateurs d’instrumentation comme des amplificateurs discrets, la plupart d’entre eux sont très souvent utilisés en paire avec des circuits à pont de Wheatstone tels que des transducteurs de pression représentés par des ASIC de capteurs, et sont utilisés comme partie de circuits ASIC pour contrôler des capteurs de pression et autres.
À l’origine, l’amplificateurs d’instrumentation lui-même est plus facile à réaliser par intégration monolithique dans un circuit intégré que par des composants discrets sur une carte, car il est plus facile de garantir les caractéristiques des transistors de l’amplificateur et les rapports des paires de résistances, et d’en extraire les caractéristiques en tant qu’amplificateur de mesure.
De plus, l’ASIC peut être utilisé pour compenser divers paramètres, tels que la compensation de la température du capteur, et il est également compatible avec l’intégration d’une interface numérique le reliant à un microcontrôleur, ce qui le rend adapté à la miniaturisation et à la haute valeur ajoutée.
Il est donc adapté à la miniaturisation et à la haute valeur ajoutée.