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

"Un amplificador de instrumentación es un dispositivo de ganancia 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 circuitos a su alrededor. Por lo general, cuando se usa solo una OpAmp, al menos una de las entradas pierde su impedancia de entrada extremadamente alta porque son necesarias resistencias externas.

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

El circuito de tres OpAmp-InAmp en la imagen de su pregunta muestra que dos OpAmps se utilizan como búferes, donde aún tienen una alta impedancia en sus pines de entrada no inversores no conectados ("+"). Al alimentar sus salidas a otra OpAmp, la entrada superior que no se invierte ("+") se convierte en una entrada de inversión ("-") porque está conectada a la entrada de inversión ("-") de la tercera OpAmp. La entrada inferior a la no inversión ("+") no se invierte debido a su conexión con la tercera OpAmp.

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

Con el three-OpAmp-InAmp, obtendrá 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 normal) y obtiene un muy buen rechazo de las señales en modo común (esto también se puede lograr con un OpAmp, pero al costo de reducir la impedancia de entrada con las resistencias que tiene que usar para convertir el OpAmp en un amplificador de diferencia).

El circuito two-OpAmp-InAmp necesita menos partes, pero a costa de un índice de rechazo de modo común (CMRR) no tan bueno.

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

Estoy de acuerdo con lo que dijo Zebonaut, pero aquí están 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 es generalmente muy bueno, generalmente mucho mejor de lo que podría hacer con partes opamp y discretas.

• Las entradas son de alta impedancia. Puede hacer un amplificador diferencial desde una sola pantalla, pero las entradas ya no tienen una alta impedancia y una de ellas está parcialmente activada con la señal en la otra.

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

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

Esunamplificadordiferencialregularconunamplificador(eldeladerecha),condosseguidoresdevoltajeparaamortiguarlasentradas,demodoquetenganunaaltaimpedancia.Estaentradatieneunaamplificaciónde\$\veces\$100(100k\$\Omega\$/1k\$\Omega\$),ytienequecambiardosresistenciasparaobtenerunaamplificacióndiferente.
Otrasconfiguracionesinternaslepermitenconfigurarlaamplificaciónconunasolaresistencia.

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 que es proporcional a la diferencia entre dos entradas de IMPEDANCIA NO ALTA. También es posible utilizar 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 las señales de entrada de alta impedancia en salidas de baja impedancia, y se alimentan a un tercer amplificador operacional que produce una salida proporcional a la diferencia entre esas señales almacenadas en búfer. En la práctica, las cosas son un poco más complicadas, ya que los circuitos de medición de la diferencia requieren resistencias que combinan con precisión, y existen algunos trucos para hacerlos menos sensibles a las variaciones de los componentes, pero conceptualmente un amplificador de instrumentación es un par de búferes de alta impedancia que luego conducir un circuito de medición de diferencia.