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

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

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

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 de los 3 amplificadores operacionales INA es la impedancia de entrada igual y alta. La impedancia de entrada de los pines no inversores del amplificador operacional puede estar en el rango \ $ T \ Omega \ $. Lo dejaré como un ejercicio para usted, pero si observa la diferencia del circuito del amplificador, 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.

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

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

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

Sin embargo, tiene compromisos de rendimiento en 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 a bajas frecuencias. Puede mejorar esto un poco con un capacitor colocado estratégicamente aunque
c) En ganancias bajas, el rango del modo común está limitado por el margen de la fuente de alimentación
d) Es más complicado dibujar correctamente que la versión de 3 amplificadores. Es solo recientemente que he creado una mnemotécnica para obtener de la memoria las resistencias en los lugares correctos.

Pero, si solo te 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 la versión de 3 amperios, esta resistencia está flotando.

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

Cuando una persona desea variar la ganancia del amplificador (por ejemplo, para explotar la resolución máxima de ADC), las 2 resistencias con valor K⋅R deben ajustarse de manera perfectamente sincrónica, a través de resistencias ajustables electromecánicas para que un ligero desgaste o desgaste de estos resistores da como resultado un desequilibrio entre el valor de estos dos resistores, lo que hace que no se descuide el factor de modo común. Por lo general, el modo común en la etapa anterior (el puente de Wheatstone, por ejemplo) es mucho más grande que el modo diferencial, lo que produce mediciones falsas.