Gain d'un Amplificateur d'Instrumentation

Formule

Description

L'amplificateur d'instrumentation (INA) à trois amplificateurs opérationnels est la topologie standard pour la mesure différentielle de précision. Le premier étage (deux amplificateurs opérationnels) fournit un gain ajustable fixé par une seule résistance Rg, avec la formule G₁ = 1 + 2R₁/Rg. Le second étage (amplificateur différentiel) fournit un gain fixe G₂ = R₃/R₂, généralement réglé sur l'unité. Le gain total est G₁ × G₂. L'avantage clé est que le gain est fixé par une seule résistance (Rg) tout en maintenant un excellent CMRR, une impédance d'entrée élevée et une faible dérive. Les circuits intégrés INA dédiés (INA128, AD620, AD8421) intègrent les trois amplificateurs opérationnels avec des résistances ajustées au laser.

Variables

• G — Gain en tension total (V/V)
• R₁ — Résistances de l’étage d’entrée (Ω, toutes deux égales)
• Rg — Résistance de réglage du gain (Ω)
• R₃ — Résistance de contre-réaction de l’étage différentiel (Ω)
• R₂ — Résistance d’entrée de l’étage différentiel (Ω)

Notes pratiques

Pour les circuits intégrés INA avec R₃/R₂ = 1 (second étage à gain unité), G = 1 + 2R₁/Rg. Formules de gain courantes des circuits intégrés : INA128/INA129 : G = 1 + 50kΩ/Rg, AD620 : G = 1 + 49,4kΩ/Rg. Le CMRR s'améliore avec un gain plus élevé et un meilleur appariement des résistances. Pour Rg = ∞ (ouvert), G = 1 (gain unité). Pour un CMRR maximal, le rapport R₃/R₂ doit être précisément apparié entre les deux côtés de l'amplificateur différentiel — même un désappariement de 0,1 % limite le CMRR à environ 66 dB.