Comment fonctionne le calculateur de gain d’amplificateur d’instrumentation
Un amplificateur d’instrumentation amplifie la faible différence entre deux entrées, comme la sortie d’un pont de jauges ou d’un capteur de pesage, et rejette la tension commune aux deux. La plupart des amplis d’instrumentation à résistance unique règlent leur gain avec une résistance externe RG, selon une équation de la forme G = 1 + K / RG. K est fixé par des résistances internes et figure dans l’équation de gain de la fiche technique.
Le calculateur trouve la RG exacte pour votre gain visé, les valeurs normalisées E24 ou E96 de part et d’autre, le gain de chacune et la tension de sortie aux deux extrémités de votre étendue d’entrée. Il compare la sortie aux alimentations diminuées de l’excursion de sortie et recommande la valeur la plus proche de l’objectif qui convient.
La constante de gain K
K varie d’un composant à l’autre et doit venir de la fiche technique. 49,4 kΩ se retrouve dans plusieurs amplis d’instrumentation courants (équations de type AD620 et INA129), 50 kΩ dans d’autres (type INA128), et 100 kΩ dans certains composants basse consommation. Un K tiré de la mauvaise fiche donne quelques pour cent d’erreur de gain, qui ressemblent à un défaut d’étalonnage.
Valeurs normalisées et erreur de gain
Une RG exacte est rarement une valeur normalisée. Pour G = 100 et K = 49,4 kΩ, la valeur exacte est 498,99 Ω ; 499 Ω (E96) donne G = 99,998. Une RG plus petite donne un gain plus élevé ; quand la sortie est proche du rail, la valeur normalisée supérieure est donc la plus sûre.
La tolérance de RG entre dans le gain par (G − 1)/G × tolérance : une résistance à 0,1 % ajoute presque 0,1 % d’erreur de gain à fort gain. La fiche ajoute la tolérance de K, typiquement quelques dixièmes de pour cent, et la dérive du gain en température. Un étalonnage en deux points supprime les erreurs initiales ; la dérive demeure.
Plage de sortie et broche de référence
La sortie vaut G × (V+ − V−) + VREF. En alimentation simple, la sortie ne peut pas atteindre 0 V : avec une référence à 0 V et sans signal, elle reste sous la limite d’excursion basse et indique faux. Relever la broche de référence, avec une source à basse impédance comme un diviseur tamponné, décale toute la plage de sortie vers le haut ; 0,5 V ou la mi-alimentation sont courants. Le calculateur indique le plus grand gain qui garde les deux extrémités de votre entrée dans les limites de sortie.
Saisissez la sortie de pont donnée par le calculateur de pont de jauges ou le calculateur de capteur de pesage, et vérifiez la résolution obtenue avec le calculateur de résolution de CAN.
Questions fréquentes
Pourquoi la plage de mode commun d’entrée compte-t-elle ?
Chaque amplificateur interne a ses propres limites de tension, si bien que la tension de mode commun admise dépend du gain et de la tension de sortie. Les fiches le montrent par un diagramme en losange. Un pont excité par la même alimentation simple se trouve à mi-alimentation ; vérifiez ce point sur le diagramme. Ce calculateur ne le fait pas.
Puis-je mettre deux résistances en série pour une valeur exacte ?
Oui, mais la tolérance et le coefficient de température de chaque résistance s’ajoutent. Deux résistances à 0,1 % valent en général mieux qu’une valeur à 1 %, et une seule valeur E96 est souvent assez proche.
Où placer RG ?
Le plus près possible des broches RG, avec des pistes courtes et symétriques. Les broches RG mènent aux entrées des amplificateurs internes, et toute capacité parasite ou captation à cet endroit est amplifiée.