Amplificateur hacheur : Amplification DC précision via modulation porteuse

Un amplificateur hacheur (ou amplificateur stabilisé par hachage) est un amplificateur DC spécialisé utilisant commutation haute fréquence (hachage) pour convertir signal entrée DC en AC, l'amplifier avec amplificateur AC-couplé (évitant dérive DC/bruit 1/f), puis démoduler synchrone retour DC. Atteint offset microvolts, bruit nanovolt/√Hz, dérive quasi nulle — surpassant largement AOP standards.

Flux signal

1. Hacheur entrée (Modulateur) : Inverseur SPDT (MOSFET/JFET) hache entrée DC à f_hach (100 Hz – 1 MHz). Sortie : onde carrée ±V_in.
2. Amplificateur AC : Haut gain, AC-couplé (capacitif ou transformateur). Pas souci offset/dérive DC. Bande passante centrée f_hach.
3. Hacheur sortie (Démodulateur) : Inverseur synchrone (même horloge) redresse AC amplifié retour DC.
4. Filtre passe-bas : Élimine ripple f_hach → sortie DC propre.

Pourquoi ça marche : Battre bruit 1/f & dérive

• AOP standard : Coin bruit 1/f ~10–1000 Hz. Offset DC dérive temp/temps (µV/°C, µV/mois).
• Hacheur : Signal modulé à f_hach ≫ coin 1/f. Amplificateur ne voit que bruit blanc. Démodulation replie bruit blanc baseband, mais bruit 1/f amplificateur principal up-converti à f_hach et filtré sortie.
• Annulation offset : Tout offset DC amplificateur principal apparaît composante f_hach entrée démodulateur → filtré sortie.

Spécs performance clés (Hacheurs modernes typiques : LTC2057, ADA4528, OPA333, MCP6V01)

Paramètre	AOP Hacheur	Bipolaire précision (ex. OP07)	JFET (ex. OPA827)
Vos (Max)	1–5 µV	25–75 µV	100–500 µV
TCVos (µV/°C)	0,01–0,05	0,3–0,6	1–5
Bruit 0,1–10 Hz	30–100 nVcc	300–600 nVcc	500–1000 nVcc
Dérive long terme	< 0,1 µV/1000h	1–2 µV/1000h	5–10 µV/1000h
Ib	10–100 pA	0,5–2 nA	1–10 pA

Architectures

• Hacheur classique : Inverseurs modulateur/démodulateur séparés. Gros, discret.
• Stabilisé hacheur (Auto-zero + Hacheur) : Amplificateur principal (toujours actif) + amplificateur annulation (haché) corrige offset principal. Correction continue. Standard ICs monolithiques modernes.
• Auto-zero seul : Échantillonne offset sur condensateur, soustrait. Pas porteuse. f_hach plus bas (~1–10 kHz). Bruit 1/f résiduel plus haut.

Applications

• Instrumentation : Jauge contrainte, cellule charge, capteurs pont (µV signaux).
• Biomédical : ECG, EEG, EMG, biopotentiels (µV–mV, Z_in haute).
• Métrologie précision : Entrée DMM 7,5 chiffres, étalons étalonnage.
• Compensation jonction froide thermocouple.
• Surveillance shunt courant : Côté haut, faible V_drop (mV).
• Driver / Tampon ADC : Pour ADC ΣΔ (LTC24xx, AD717x) — bruit hacheur < bruit ADC.

Compromis & Considérations design

• Artefacts hachage : Injection charge → glitches f_hach. Filtre sortie critique. AOP modernes minimisent.
• Pics courant polarisation entrée : Fronts hachage. Filtre entrée (R||C) si Z source haute.
• Repliement (Aliasing) : Signaux près f_hach repliés baseband. Assurer BP signal ≪ f_hach/2.
• Bande passante : Typiquement ≤ 1–5 MHz (GBW). Pas pour large bande.
• Coût : 2–10× AOP précision standard.

Résumé

Amplificateurs hacheurs sont standard or précision DC. En modulant DC vers AC, amplifiant bande favorable bruit, démodulant synchrone, ils atteignent offset sous-µV, dérive quasi nulle, réjection exceptionnelle bruit 1/f. Essentiels mesure haute résolution, interfaces capteurs, métrologie.