Kiedy jest to wzmacniacz instrumentalny (In-Amp), a nie wzmacniacz operacyjny (Op-Amp)?

Widziałem wiele różnych konfiguracji wzmacniaczy instrumentacyjnych, w tym 2 wersje opamp. To

jest również jeden. Ale to tylko wzmacniacz różnicowy poprzedzony buforami wejściowymi. Kiedy nazywasz to wzmacniaczem instrumentalnym, innymi słowy, co jest takiego specjalnego w tym, że zasługuje na osobną nazwę?

„Wzmacniacz oprzyrządowania to precyzyjne urządzenie różnicowego wzmocnienia napięcia [...]”. Jednym z ważnych słów tutaj jest „zysk”. OpAmp ma nieskończony zysk (teoretycznie) i uzyskuje tylko określony zysk, dodając obwód wokół niego. Zwykle, gdy używa się tylko jednego OpAmp, co najmniej jedno wejście traci swoją wyjątkowo wysoką impedancję wejściową, ponieważ konieczne są zewnętrzne rezystory.

Jeśli potrzebne są dwa wejścia (różnicowy) z obu impedancji bardzo wysokim wejściowego i określonego zysku, można użyć dwu- opamp-InAmp mówisz lub trzy-OpAmp-InAmp konfiguracja pokazy zdjęć. Istnieją również gotowe IC InAmps takich firm jak Linear Technology lub Analog Devices.

Obwód trzech OpAmp-InAmp na obrazie twojego pytania pokazuje, że dwa OpAmps są używane jako bufory, gdzie nadal mają wysoką impedancję na swoich niepołączonych, nieodwracających pinach wejściowych („+”). Podając swoje wyjścia do innego OpAmp, górne wejście nieodwracające („+”) staje się wejściem odwracającym („-”), ponieważ jest podłączone do wejścia odwracającego („-”) 3. OpAmp. Dolne wejście nieodwracające („+”) pozostaje nieodwracające ze względu na połączenie z 3. OpAmp.

Typowe trzy OpAmp-InAmps używają nieco innej konfiguracji niż obraz, aby ustawić wzmocnienie tylko z jednym rezystorem ( zewnętrzny rezystor wzmocnienia w przypadku całkowicie zintegrowanego InAmps). Więcej informacji można znaleźć w linkach, które podałem.

Z trzema OpAmp-InAmp otrzymujesz zarówno bardzo wysoką impedancję wejściową na dwóch wejściach różnicowych (podczas gdy uzyskasz tylko jedno wejście o tak wysokiej impedancji wejściowej ze zwykłym buforem OpAmp) i otrzymujesz bardzo dobre odrzucenie wspólnego - sygnały trybu (można to również osiągnąć za pomocą jednego OpAmp, ale kosztem obniżenia impedancji wejściowej za pomocą rezystorów trzeba użyć, aby zmienić OpAmp we wzmacniacz różnicowy).

Obwód dwóch OpAmp-InAmp wymaga mniej części, ale kosztem niezbyt dobrego współczynnika odrzucania w trybie wspólnym (CMRR).

Oto link do bardzo dobrej książki o InAmps autorstwa Charlesa Kitchina i Lwa Countsa z Analog, w której można dokładniej przyjrzeć się wszystkim tym zagadnieniom.

Zgadzam się z tym, co powiedział Zebonaut, ale oto moje kryteria bycia „wzmacniaczem instrumentalnym” bardziej zwięźle:

• Zysk musi być skończony i znany. Czasami wzmocnienie jest stałe, np. 10x lub 100x. Inne urządzenia pozwalają na wybór wstępnie ustawionych wzmocnień lub podasz rezystor lub coś, co ustawi wzmocnienie.

• Wejścia są różnicowe. Odrzucenie trybu wspólnego jest zwykle bardzo dobre, ogólnie znacznie lepsze niż w przypadku opampa i dyskretnych części.

• Wejścia mają wysoką impedancję. Możesz zrobić wzmacniacz różnicowy z jednego opampa, ale wtedy wejścia nie mają już wysokiej impedancji, a jedno z nich jest częściowo napędzane sygnałem na drugim.

• To wszystko w jednym zintegrowanym pakiecie, jeśli jest sprzedawany jako układ „wzmacniacza intrumentacji”.

Idealny opamp ma nieskończoną impedancję wejściową i nieskończone wzmocnienie . Dzięki sprzężeniu zwrotnemu możesz ustawić wzmocnienie na realistyczny poziom, ale odbywa się to kosztem wysokiej impedancji wejściowej. Wzmacniacz oprzyrządowanie (inamp) jest Wzmacniacz różnicowy, który rozwiązuje ten problem.
Istnieje kilka konfiguracji wzmacniaczy instrumentacyjnych, ta jest prawdopodobnie najprostsza do zrozumienia:

$\times$$\Omega$$\Omega$

$R_{GAIN}$

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

Wzmacniacz oprzyrządowania jest urządzeniem, które wytwarza wyjście proporcjonalne do różnicy napięcia między dwoma wejściami o wysokiej impedancji. Wzmacniacz operacyjny to urządzenie, które próbuje uzyskać moc wyjściową, która sprawi, że różnica między dwoma wejściami (zwykle o wysokiej impedancji) będzie zerowa. Możliwe jest użycie wzmacniacza operacyjnego i niektórych oporników do zbudowania obwodu, który wytworzy wyjście proporcjonalne do różnicy między dwoma wejściami NIE WYSOKIEJ IMPEDANCJI. Możliwe jest również użycie wzmacniacza operacyjnego w celu uzyskania wyjścia o niskiej impedancji, które jest równe wejściu o wysokiej impedancji. Wzmacniacz instrumentalny jest koncepcyjnie podobny do pary wzmacniaczy operacyjnych, które przekształcają sygnały wejściowe o wysokiej impedancji na wyjścia o niskiej impedancji i zasilają trzeci wzmacniacz operacyjny, który następnie wytwarza wyjście proporcjonalne do różnicy między buforowanymi sygnałami. W praktyce,