¿Cuándo es un amplificador de instrumentación (In-Amp) y no un amplificador operacional (Op-Amp)?

"Un amplificador de instrumentación es un dispositivo de ganancia de voltaje diferencial de precisión [...]". Una de las palabras importantes aquí es "ganancia". Un OpAmp tiene una ganancia infinita (en teoría) y solo obtiene una ganancia definida al agregar un circuito a su alrededor. Por lo general, cuando se usa solo un OpAmp, al menos una de las entradas pierde su impedancia de entrada extremadamente alta porque se necesitan resistencias externas.

Si necesita dos entradas (diferenciales) con una impedancia de entrada muy alta y una ganancia definida, puede usar la configuración de dos OpAmp-InAmp de la que está hablando o la configuración de tres OpAmp-InAmp que muestra su imagen. También hay IC InAmps listos para usar de compañías como Linear Technology o Analog Devices.

El circuito de tres OpAmp-InAmp en la imagen de su pregunta muestra que dos OpAmps se usan como búfer, donde todavía tienen una alta impedancia en sus pines de entrada no inversores ("+") que, de otro modo, no estarían conectados. Al alimentar sus salidas a otro OpAmp, la entrada no inversora superior ("+") se convierte en una entrada inversora ("-") porque está conectada a la entrada inversora ("-") del tercer OpAmp. La entrada no inversora inferior ("+") sigue sin invertir debido a su conexión con el 3er OpAmp.

Los tres OpAmp-InAmps comunes usan una configuración ligeramente diferente en comparación con su imagen para establecer la ganancia con una sola resistencia (la resistencia de ganancia externa en el caso de InAmps completamente integrados). Por favor, consulte los enlaces que he proporcionado para obtener más detalles.

Con los tres OpAmp-InAmp, obtiene una impedancia de entrada muy alta en dos entradas diferenciales (mientras que solo obtendría una entrada con una impedancia de entrada tan alta con un búfer OpAmp regular) y obtiene un muy buen rechazo de common- señales de modo (eso también se puede lograr con un OpAmp, pero a costa de reducir la impedancia de entrada con las resistencias que debe usar para convertir el OpAmp en un amplificador de diferencia).

El circuito de dos OpAmp-InAmp necesita menos partes, pero a costa de una relación de rechazo de modo común (CMRR) no tan buena.

Aquí hay un enlace a un libro muy bueno sobre InAmps de Charles Kitchin y Lew Counts de Analog, donde puede encontrar una visión más profunda de todos estos temas.

Estoy de acuerdo con lo que dijo Zebonaut, pero estos son mis criterios para ser un "amplificador de instrumentación" de manera más concisa:

• La ganancia debe ser finita y conocida. A veces, la ganancia es fija, como 10x o 100x. Otros dispositivos permiten una selección de ganancias preestablecidas o usted proporciona una resistencia o algo que establece la ganancia.

• Las entradas son diferenciales. El rechazo de modo común suele ser muy bueno, generalmente mucho mejor de lo que podría hacer con un opamp y partes discretas.

• Las entradas son de alta impedancia. Puede hacer un amplificador diferencial a partir de un solo opamp, pero luego las entradas ya no son de alta impedancia, y una de ellas se maneja parcialmente con la señal en la otra.

• Todo esto está en un paquete integrado si se vende como un chip de "amplificador de instrumentación".

Un amplificador operacional ideal tiene una impedancia de entrada infinita y una amplificación infinita . A través de la retroalimentación, puede establecer la amplificación a un nivel realista, pero esto es a expensas de la alta impedancia de entrada. Un amplificador de instrumentación (inamp) es un amplificador diferencial que resuelve esto.
Hay varias configuraciones de amplificadores de instrumentación, esta es probablemente la más simple de entender:

Es un amplificador diferencial regular con un opamp (el de la derecha), con dos seguidores de voltaje para amortiguar las entradas, para que sean de alta impedancia. Este inamp tiene una amplificación de$\times$100 (100k$\Omega$/1k$\Omega$), y tienes que cambiar dos resistencias para obtener una amplificación diferente.
Otras configuraciones de inamp te permiten configurar la amplificación con una sola resistencia.

Aquí$R_{GAIN}$establece la amplificación:

$V_{OUT} = \left(1 + \dfrac{2 R}{R_{GAIN}}\right) \times (V_2 - V_1)$

Un amplificador de instrumentación es un dispositivo que produce una salida proporcional a la diferencia de voltaje entre dos entradas de alta impedancia. Un amplificador operacional es un dispositivo que intenta producir una salida que hará que la diferencia entre dos entradas (típicamente de alta impedancia) sea cero. Es posible usar un amplificador operacional y algunas resistencias para construir un circuito que producirá una salida proporcional a la diferencia entre dos entradas SIN ALTA IMPEDANCIA. También es posible usar un amplificador operacional para producir una salida de baja impedancia que sea igual a una entrada de alta impedancia. Un amplificador de instrumentación es conceptualmente similar a un par de amplificadores operacionales que convierten señales de entrada de alta impedancia en salidas de baja impedancia y alimentan un tercer amplificador operacional que luego produce una salida proporcional a la diferencia entre esas señales amortiguadas. En la práctica,