Wann ist es ein Instrumentenverstärker (In-Amp) und kein Operationsverstärker (Op-Amp)?

Ich habe eine Reihe verschiedener Konfigurationen für Instrumentenverstärker gesehen, darunter 2 Opamp-Versionen. Dies

ist auch eins. Es ist jedoch nur ein Differenzverstärker, dem Eingangspuffer vorangestellt sind. Wann nennst du es einen Instrumentenverstärker, mit anderen Worten, was ist so besonders daran, dass es einen eigenen Namen verdient?

"Ein Instrumentenverstärker ist ein Präzisions-Differenzspannungsverstärker [...]." Eines der wichtigsten Wörter hier ist "Gewinn". Ein OpAmp hat (theoretisch) eine unendliche Verstärkung und kann nur durch Hinzufügen von Schaltkreisen um ihn herum eine definierte Verstärkung erzielen. In der Regel verliert bei Verwendung nur eines Operationsverstärkers mindestens einer der Eingänge seine extrem hohe Eingangsimpedanz, da externe Widerstände erforderlich sind.

Wenn Sie zwei (differentielle) Eingänge mit sowohl einer sehr hohen Eingangsimpedanz als auch einer definierten Verstärkung benötigen , können Sie den Zwei-OpAmp-InAmp verwenden, von dem Sie sprechen, oder die Drei-OpAmp-InAmp-Konfiguration, die Ihr Bild zeigt. Es gibt auch fertige IC InAmps von Unternehmen wie Linear Technology oder Analog Devices.

Die Drei-OpAmp-InAmp-Schaltung in der Abbildung Ihrer Frage zeigt, dass zwei OpAmps als Puffer verwendet werden, bei denen sie an ihren ansonsten nicht verbundenen nicht invertierenden Eingangspins ("+") immer noch eine hohe Impedanz aufweisen. Durch Einspeisen ihrer Ausgänge in einen anderen OpAmp wird der obere nicht invertierende Eingang ("+") zu einem invertierenden Eingang ("-"), da er mit dem invertierenden Eingang ("-") des dritten OpAmp verbunden ist. Der untere nicht invertierende Eingang ("+") bleibt aufgrund seiner Verbindung mit dem 3. Operationsverstärker nicht invertierend.

Gängige Drei-OpAmp-InAmps verwenden eine etwas andere Konfiguration als Ihr Bild, um die Verstärkung mit nur einem Widerstand einzustellen (der externe Verstärkungswiderstand bei vollständig integrierten InAmps). Bitte beachten Sie die Links, die ich für weitere Details zur Verfügung gestellt habe.

Mit dem Three-OpAmp-InAmp erhalten Sie sowohl eine sehr hohe Eingangsimpedanz an zwei Differenzeingängen (während Sie mit einem normalen OpAmp-Puffer nur einen Eingang mit einer so hohen Eingangsimpedanz erhalten würden) als auch eine sehr gute Unterdrückung von Common-Impedanz. Modus - Signale (die mit einem OpAmp auch erreichbar ist, aber auf Kosten der Verringerung der Eingangsimpedanz mit den Widerständen Sie verwenden, um die OpAmp in einen Differenzverstärker zu drehen).

Die Zwei-OpAmp-InAmp-Schaltung benötigt weniger Teile, jedoch auf Kosten eines nicht so guten Gleichtakt-Unterdrückungsverhältnisses (CMRR).

Hier ist ein Link zu einem sehr guten Buch über InAmps von Charles Kitchin und Lew Counts von Analog, in dem Sie sich eingehender mit all diesen Themen befassen können.

Ich stimme dem zu, was Zebonaut gesagt hat, aber hier sind meine Kriterien, um ein "Instrumentenverstärker" zu sein:

• Der Gewinn muss endlich und bekannt sein. Manchmal ist die Verstärkung fest, wie 10x oder 100x. Andere Geräte erlauben eine Auswahl von voreingestellten Verstärkungen oder Sie stellen einen Widerstand oder etwas zur Verfügung, das die Verstärkung einstellt.

• Die Eingänge sind differentiell. Die Gleichtaktunterdrückung ist normalerweise sehr gut, im Allgemeinen viel besser als mit einem Opamp und diskreten Teilen.

• Die Eingänge sind hochohmig. Sie können einen Differenzverstärker aus einem einzelnen Operationsverstärker herstellen, aber dann sind die Eingänge nicht mehr hochohmig, und einer von ihnen wird teilweise mit dem Signal des anderen angesteuert.

• Dies ist alles in einem integrierten Paket, wenn es als "Instrumentenverstärker" -Chip verkauft wird.

Ein idealer Operationsverstärker hat eine unendliche Eingangsimpedanz und eine unendliche Verstärkung . Durch Rückkopplung können Sie die Verstärkung auf einen realistischen Wert einstellen, dies geht jedoch zu Lasten der hohen Eingangsimpedanz. Ein Instrumentenverstärker (Inamp) ist ein Differenzverstärker, der dieses Problem löst.
Es gibt verschiedene Instrumentenverstärkerkonfigurationen. Diese ist wahrscheinlich am einfachsten zu verstehen:

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

$R_{GAIN}$

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

Ein Instrumentenverstärker ist ein Gerät, das einen Ausgang liefert, der proportional zur Spannungsdifferenz zwischen zwei hochohmigen Eingängen ist. Ein Operationsverstärker ist ein Gerät, das versucht, einen Ausgang zu erhalten, der den Unterschied zwischen zwei (normalerweise hochohmigen) Eingängen zu Null macht. Es ist möglich, einen Operationsverstärker und einige Widerstände zu verwenden, um eine Schaltung aufzubauen, die einen Ausgang erzeugt, der proportional zur Differenz zwischen zwei NICHT-HOCHIMPEDANZ-Eingängen ist. Es ist auch möglich, einen Operationsverstärker zu verwenden, um einen niederohmigen Ausgang zu erzeugen, der einem hochohmigen Eingang entspricht. Ein Instrumentenverstärker ähnelt konzeptionell einem Paar von Operationsverstärkern, die hochohmige Eingangssignale in niederohmige Ausgänge umwandeln und in einen dritten Operationsverstärker einspeisen, der dann einen Ausgang erzeugt, der proportional zur Differenz zwischen diesen gepufferten Signalen ist. In der Praxis,