Amplificateur différentiel vs amplificateur additionneur : différences clés
Amplificateur différentiel vs amplificateur additionneur : différences clés
Ces deux circuits sont des blocs fondamentaux en conception analogique basés sur amplificateurs opérationnels, mais ils effectuent des opérations mathématiques opposées : soustraction vs addition.
Amplificateur différentiel : Le soustracteur
Fonction de base : $V_{out} = A_d (V_+ - V_-)$
Il amplifie la différence entre deux tensions d'entrée tout en rejetant toute tension commune aux deux (Rapport de Rejet Mode Commun - CMRR).
- Topologie : Réseau standard 4 résistances (deux entrées, retour, référence masse).
- Spec clé : CMRR élevé (typiquement >80 dB pour amplis de précision).
- Applications : Ponts de capteurs (jauges de contrainte, thermocouples), lignes audio symétriques, rejet bruit en environnement bruyant, amplificateurs d'instrumentation (topologie 3 AOP).
Amplificateur additionneur : L'additionneur
Fonction de base : $V_{out} = -R_f \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \dots \right)$ (Topologie inverseuse)
Il produit une sortie proportionnelle à la somme algébrique pondérée de plusieurs tensions d'entrée. Les entrées sont appliquées au nœud de masse virtuelle (entrée inverseuse).
- Topologie : Plusieurs résistances d'entrée ($R_1, R_2...$) convergant sur l'entrée inverseuse ; entrée non-inverseuse à la masse.
- Spec clé : Séparation canaux (diafonie), impédance d'entrée par canal ($R_{in} \approx R_{résistance\_entrée}$).
- Applications : Tables de mixage audio, DACs (échelle R-2R ou résistances pondérées), décalage de niveau/ajout offset, circuits moyennage (poids égaux).
Tableau comparatif rapide
| Caractéristique | Amplificateur différentiel | Amplificateur additionneur |
|---|---|---|
| Opération mathématique | Soustraction ($V_1 - V_2$) | Addition pondérée ($\Sigma V_i$) |
| Sensibilité entrée | Tension différentielle ($V_{diff}$) | Tensions d'entrée individuelles |
| Rejet mode commun | Objectif principal (CMRR élevé) | Pas inhérent (entrées référencées masse) |
| Nombre entrées typique | 2 | 2 à N |
| Phase sortie (standard) | Non-inverseur (si $V_+ > V_-$) | Inverseur (somme négative) |
| Cas d'usage principal | Mesure précision, Immunité bruit | Mixage signaux, Arithmétique, DACs |
Nuances de conception
Ampli différentiel : L'appariement des résistances est critique. 0,1 % de désaccord dégrade CMRR à ~60 dB. Réseaux intégrés appariés ou Amplis d'Instrumentation (INA) préférés pour la précision.
Ampli additionneur : L'impédance d'entrée varie par canal ($R_1, R_2$). L'ajout de canaux modifie le chargement des canaux précédents sauf si un tampon précède chaque entrée. Les additionneurs non-inverseurs existent mais sont moins courants dû à l'interaction entre diviseurs de tension d'entrée.
Conclusion
Choisissez un Amplificateur Différentiel quand vous devez extraire un petit signal chevauchant une grande tension de mode commun (ex: thermocouple sur moteur chaud). Choisissez un Amplificateur Additionneur quand vous devez combiner mathématiquement des signaux indépendants (ex: mixage canaux audio ou génération tension de biais).