¿Por qué se utilizan dos etapas para un amplificador de instrumentación?

El diseño de 3 amplificadores operacionales tiene tres ventajas principales sobre un solo amplificador diferencial de amplificador operacional.

1. La impedancia de entrada es mucho mayor, ya que las entradas conducen directamente a una entrada de amplificador operacional en lugar de a un divisor resistivo.
2. La ganancia se puede configurar cambiando una sola resistencia, por lo que las partes críticas se pueden integrar fácilmente en un chip (maximizando la simetría) con una sola resistencia externa para configurar la ganancia.
3. En configuraciones de alta ganancia, el rechazo del modo común es mucho mejor porque la ganancia de la primera etapa (altamente simétrica) multiplica efectivamente el rechazo del modo común de la segunda etapa (menos simétrica).

Tenga en cuenta que, en general, es mejor usar un chip amplificador de instrumentación específico que intentar construirlo usted mismo a partir de partes separadas. Tener todo en un chip mejora la simetría y, por lo tanto, el rechazo del modo común.

Uno de los mayores beneficios del INA de 3 amplificadores operacionales es la impedancia de entrada igual y alta. La impedancia de entrada de los pines no inversores del amplificador operacional puede estar arriba en el$T\Omega$alcance. Lo dejaré como un ejercicio para usted, pero si observa el circuito amplificador diferencial, la impedancia de entrada de la entrada negativa varía con la entrada positiva.

Además de los problemas de impedancia de entrada, la ganancia en dos etapas ofrece una mejor respuesta de frecuencia.

Hay un amplificador diferencial de una sola etapa, de alta impedancia de entrada.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Sin Rg, esto tiene una ganancia de (f+1). Rg se puede utilizar para aumentar la ganancia.

Sin embargo, tiene compromisos de rendimiento sobre la versión de 3 amplificadores.

a) Tiene menos ganancia de bucle abierto, por lo que las ganancias muy altas no son tan estables
. b) Las dos rutas de señal tienen un cambio de fase diferente, por lo que el rechazo de modo común solo funciona con frecuencias bajas. Sin embargo, puede mejorar esto un poco con un condensador colocado estratégicamente
c) Con ganancias bajas, el rango del modo común está limitado por el margen de la fuente de alimentación
d) Es más complicado de dibujar correctamente que la versión de 3 amplificadores. Hace poco que creé un mnemotécnico para colocar las resistencias en los lugares correctos de la memoria.

Pero, si solo le quedan 2 amplificadores, entonces funciona. Le permite controlar la ganancia con una sola resistencia variable, al igual que la versión de 3 amplificadores, pero desafortunadamente, solo en la versión de 3 amperios, esta resistencia es flotante.

Las respuestas anteriores son confiables, pero quiero agregar algo. Considere el amplificador diferencial:

Cuando una persona quiere variar la ganancia del amplificador (por ejemplo, para explotar la resolución máxima de ADC), las 2 resistencias con valor K⋅R deben ajustarse perfectamente sincrónicamente, a través de resistencias electromecánicas ajustables, de modo que una ligera desviación o desgaste de estas resistencias provoque un desequilibrio . entre el valor de estas dos resistencias, resulta que no se debe descuidar el factor de modo común. Por lo general, el modo común en la etapa anterior (puente de Wheatstone, por ejemplo) es mucho más grande que el modo diferencial, por lo que da como resultado mediciones falsas.