Analyse d'un module d'amplificateur opérationnel différentiel d'instrumentation « amélioré » à base d'AD620/LM358

Appareil : module d'amplificateur opérationnel différentiel d'instrumentation
Date : vers 2015
Type : Pas de référence
Marque : Pas de référence

Présentation

J'ai souhaité améliorer l'amplificateur du capteur piezo du chronocomparateur PC-RM4 et autres que j'ai réalisé. Pour mémoire, ces capteurs détectent les bruits de battements (très faibles) d'une montre mécanique afin de permettre de la régler et d'analyser son fonctionnement. Pour plus de précisions, voir le chapitre Bruits de battements de la page sur les principes des montres mécaniques.

Mais les essais faits avec ce module « amélioré » ne m’ont pas donné les résultats escomptés.

Version « de base »

Sur les sites de vente chinois, on présente assez souvent une version « de base » en parallèle avec la version « amélioré ».

La version « de base » se présente ainsi :

On dispose du schéma en provenance du site Proto supplies.

Il est sans surprise. Un amplificateur opérationnel différentiel AD620 est au cœur du montage. Une alimentation symétrique lui est fournie par un 7660. La sortie de l’AD620 est reliée à un demi LM358 qui est utilisé en suiveur de tension (gain 1). L’autre demi LM358 est utilisé pour régler le zéro de la tension de sortie (cf. Ref).

Le gain de l’AD620 est réglé par la résistance ajustable R6 (100k) mais il est prévu deux pad pour mettre une résistance en parallèle (voir pour remplacer R6).

Le potentiomètre R7 (10k) permet de régler la tension injectée sur REF qui est la masse virtuelle de l’AD620 et régler le zéro de la sortie du module.

Version « améliorée »

On ne dispose pas du schéma de la version « améliorée » (ou du moins, s’il existe, je ne l’ai pas trouvé). Mais n’obtenant pas les résultats que j’escomptais dans mon application, j’ai fait la rétroingénierie du module pour essayer de comprendre ce qu'il faisait. Je donne le résultat ci-après sous toutes réserves car il y a des choses assez bizarres comme R12 et R13 en série par exemple.

Note : je n’ai pas mesuré les valeurs des différentes capacités. Je n’ai indiqué que celle dont les valeurs étaient données en clair.

On notera dans un premier temps la présence d’une diode D qui protège le module contre une inversion de l’alimentation ce qui n’est pas une mauvaise chose.

Plus étrange est la présence de C1 entre S- et S+. Je n’en connais pas la valeur mais elle semble incompatible avec la détection des très faibles impulsions comme celles que je peux récupérer sur le capteur du chronocomparateur.

7660

Comme dans le montage de base, le 7660 fournit la tension symétrique au module, avec cependant un filtrage moins élaboré (absence des condensateurs de 100nF C4, C5 et C7).

AD620

Le gain de l’AD620 est fixe et est de l’ordre de 23,4.

REF est mis à la masse.

La sortie de l’AD620 passe par une série de résistances (R5 à R7) et de condensateurs qui semblent destinés à lisser le signal de sortie.

LM358/2

Un demi LM358 (LM358/2) est utilisé pour l’amplification variable du signal via la résistance de 100k. Il est monté en amplificateur non inverseur. Son gain maximum est de l’ordre de 45 ce qui permet d’obtenir le gain d’environ 1000 promis par le peu de documentation dont on dispose.

Un truc marrant. Si l'on respectait la sérigraphie de la carte, on devrait monter le 358 dans l'autre sens. Mais en fait, la sérigraphie est incorrecte et le 358 est bien monté dans le bon sens.

Et encore plus marrant, la sérigraphie est également incorrecte sur le module « de base ».

LM358/1

Un demi LM358 (LM358/1) permet de régler le zéro de la sortie en superposant une tension positive au signal injecté sur l’entrée non inverseuse de LM358/2. Enfin, je crois. Pour être clair, je ne comprends pas vraiment le fonctionnement de cette partie du montage.

Conclusion

Ce module « amélioré » est souvent vendu dans les boutiques chinoises sur Aliexpress en parallèle avec le « module de base » sachant que la même description est censée s’appliquer aux deux modules ce qui n’est visiblement pas le cas.

Le module « amélioré » doit pouvoir être utilisé pour mesurer de faibles différences de tension continues ou alternatives de « faible » fréquence sans qu’on en sache beaucoup plus. Le module de base est plus universel étant donné son absence de « filtre », que ce soit en entrée, en sortie de l’AD620 et sur la contre-réaction du LM358/2.

Dans le doute, j’aurais tendance à conseiller l’utilisation du module « de base » et pas du module « amélioré ».

octobre 2024