Généralités

Les amplificateurs différentiels sont très utilisés dans les systèmes à préamplification. Car ce sont les montages chargés d'amplifier une différence de potentielle entre deux points donc aucun n'est relié à la masse. Sa particularité est que il comporte deux entrées et une ou deux sorties.

Symbolisation

A partir des deux symboles on peut terminer l'expression des sorties en fonction des entrées, ainsi pour la première figure V_S en fonction de Ve1 et V_e2 est linéaire. Pour la deuxième figure V_s1 en fonction de V_e1 et V_e2, V_s2 en fonction de V_e1 et V_e2 peut être linéaire et non linéaire.

Amplification différentielle idéale

V_S=A_d(V_e1-V_e2) avec
A_d: amplification différentielle
V_e1: tension d'entrée +
V_e2: tension d'entrée -

Dans la pratique si on maintient V_e1 constante et on varie V_e2, on constate que V_S varie en sens contraire de Ve2. Ainsi e₂ est l'entrée du montage ou l'entrée négative du montage par contre e₁ est l'entrée non inverseuse.

Amplificateur différentielle réelle

Il est déterminé par l'expression V_S=A_d(V_e1-V_e2)+A_C½(V_e1+V_e2)+V_S0 avec :
A_C: amplification en mode commun
V_S0: tension de décalage (tension d'offset)
Ad: amplification différentielle
Soit RRMC=A_d/A_C appelé rapport de rejection du mode commun
Il permet de quantifier la sensibilité de l'amplificateur différentielle. Dans la pratique, il se calcul en décibel.
RRMC=20Log|A_d/A_C|
On dira qu'un amplificateur différentiel est meilleur si RRMC est très grand ce qui veut que A_C=0

Etude structurelle des AD à transistor

Structure à transistor bipolaire avec couplage d'émetteur par R_E

Montage

Les transistors T₁ et T₂ sont appariés c'est-à-dire les caractéristiques hybrides sont les mêmes d'où le montage ci-dessous.

Schéma équivalent en petit signaux

A partir de l'expression V_S1-V_S2, on détermine donc les grandeurs caractéristiques de l'amplificateur différentiel, ceci en évacuant V_RE dans le cas contraire déterminer de façon séparée V_E1 et V_S2

Structure à transistors à effet de champ

Montage

Schéma équivalent en petit signaux

Détermination des grandeurs caractéristiques

V_s1 = -g_mV_gs1.R_D (1)
V_s2 = -g_mV_gs2R_D (2)
V_e1 = V_ge1+R_si_s (3)
V_e2 = V_gs2+R_si_s (4)

(3)-(4) → V_e1-V_e2 = V_gs1-V_gs2
(1)-(2) → V_s1-V_s2 = -g_mR_D(V_gs1-V_gs2)

La tension différentielle de sortie est:
V_s1-V_s2 = As(V_gs1-V_gs2) + A_c½(V_gs1+V_gs2) + V_s0

Par identification:

Dans un exercice on peut nous demander de déterminer de la polarisation du transistor bipolaire ou à effet de champ. Dans ce cas on travail en statique en ignorant les grandeurs sinusoïdales d'entrée V_e1 et V_e2
V_e1(t) = R_gi_e(t) + e₁(t)
V_e2(t) = R_gi_e(t) + e₂(t)
V_e1(t) = e₁(t)
V_e2(t) = e₂(t)
Il faut bien distinguer la différence entre tension différentielle de sortie V_s1-V_s2 avec les tension simple de sortie V_s1 et V_s2