Généralités

On appelle amplificateur différentiel tout système susceptible d'amplifier la différence de potentiel existante entre deux points donc aucun n'est relié à la masse. On distingue généralement deux configurations de base.

Amplification différentielle à sortie symétrique

La charge R_u n'ayant aucune borne reliée à la masse est appelée charge flottante.

Amplificateur à sortie asymétrique

D'une manière générale l'amplificateur différentiel est alimenté par deux sources de tension opposées +V_CC et -V_EE, ceci pour éviter les circuits de polarisation et les condensateurs de liaison dans les bases des transistors. L'entrée V₁ est appelée entrée non inverseuse, sa tension V₁ est en phase avec V₀ et l'entrée V₂ est appelée entrée inverseuse, sa tension V₂ est déphasée de 180° par rapport à V₀

Mode de fonctionnement

L'amplificateur différentiel est conçu pour amplifier la différence entre les deux signaux V₁ et V₂.
Cependant la sortie dépendra d'une certaine mesure et de la somme des signaux. Si nous considérons les deux signaux V₁ et V₂, ils peuvent être décomposés à deux niveau de signaux d'entrée comme suite V_d=V₁-V₂ et V_MC=½(V₁+V₂)
V_d est appelé tension d'entrée en mode différentiel ou encore tension différentielle d'entrée. C'est elle que nous voulons amplifier.
V_MC est appelée tension d'entrée en mode commun. Il représente le signal parasite (le bruit).
Quand l'amplificateur différentiel répond à la différence V₁-V₂, on dit qu'il est en mode différentiel. Quand les deux entrées sont égales, on dit qu'il est en mode commun.
Idéalement l'amplificateur différentiel ne doit produire des signaux de sortie qu'en mode différentiel.

Etude en mode continu

Les circuits équivalents en continu d'un amplificateur sont les suivants.

R_B peut être une résistance réelle ou alors représenter la résistance de Thevenin des circuits d'attaque. En supposant que i_b=0 on a:

I_E est appelé courant de polarisation de charge transistor et I_T est appelé courant de queue.

Analyse en alternatif

Cas d'un amplificateur différentiel à sortie symétrique

Transistor identiques: h_ie1=h_ie2=h_ie

Gain en tension:

V₁=h_ei_b1+R_Ei_T ; V₂=h_iei_b2+R_Ei_T
V₁-V₂=h_ie(ib₁-i_b2)
V_d=h_ie(i_b1-i_b2)
V₀₁=-R_Ci₁=-R_Cßi_b1 ; V₀₂=-R_Ci_C2=-R_Cßi_b2
V₀=V₀₂-V₀₁=R_Cßi₂+R_Cßi_b1
V₀=R_Cß(i_b1-i_b2)
i_b1-i_b2=V_d/h_ie
V₀=R_CßV_d/h_ie ; V₀/V_dA_d=R_Cß/h_ie
Le gain différentiel A_d est égal à A_d=R_Cß/h_ie

Schéma équivalent en mode commun:

L'analyse en mode commun ne porte que sur l'un des deux transistor dans la mesure où le signal de mode commun est identique aux deux entrées.

Le gain en mode commun est A_MC qui est égal à:
A_MC=V₀₁/V_MC=-R_C/2R_E

Taux de rejection en mode commun CMRR:

Il a pour formule CMRR=|A_d/A_MC|
On l'exprime généralement en décibel: CMRR=20logCMRR
Pour un amplificateur différentiel à sortie symétrique on a:

Plus R_E est élevé plus le CMRR est meilleur.
Nous pouvons aussi étudier le montage amplificateur différentiel non symétrique et retrouver son CMRR.
On peut aussi remplacer les transistors T₁ et T₂ bipolaires par les transistors à effet de champ.

Polarisation par miroir de courant

Au lieu de polariser les émetteurs de T₁ et T₂ par la résistance R_e, on peut le faire par miroir de courant.

Le courant dans la diode D est I_D
V_CC=R_C.I_D+V_D0-V_EE
I_D=(V_CC+V_EE-V_D0)/R
A cause du miroir de courant on a I_T=I_D. Puisque le transistor T₃ se comporte comme une source de courant, sa résistance de sortie est très élevée. Il en est de même du CMRR.

Miroir de courant de charge:

Puisque le gain différentiel est donné par la relation A_d=R_Cß/h_ie si on désire d'augmenter la résistance.
Or un R_C trop élevé entraîne la saturation de T₁ et T₂, alors on préfère utiliser une charge active constituée par un miroir de courant de charge.

T₄ et R₂ constitue un miroir de courant PNP.
La résistance de sortie très élevée remplace R_C dans le schéma précédent.
D₁ et I₃ constitue le miroir de courant de polarisation et on a: I_T=(V_CC+V_EE)/R