Pourquoi deux étages sont-ils utilisés pour un amplificateur d'instrumentation?

Lorsque nous avons un amplificateur d'instrumentation à deux étages, tel que le suivant.

Pourquoi avons-nous besoin de la première étape des deux amplificateurs opérationnels? Ne pourrions-nous pas simplement entrer V1 et V2 dans l'amplificateur différentiel?

La conception à 3 amplificateurs opérationnels présente trois avantages principaux par rapport à un seul amplificateur différentiel à amplificateur opérationnel.

1. L'impédance d'entrée est beaucoup plus élevée, car les entrées sont directement connectées à une entrée d'amplificateur opérationnel plutôt qu'à un diviseur résistif.
2. Le gain peut être réglé en changeant une seule résistance, de sorte que les parties critiques peuvent être facilement intégrées sur une puce (maximisation de la symétrie) avec une seule résistance externe pour régler le gain.
3. Dans les configurations à gain élevé, la réjection en mode commun est bien meilleure car le gain du premier étage multiplie efficacement la réjection en mode commun du deuxième étage.

Notez qu'en général, il vaut mieux utiliser une puce d'amplification d'instrumentation spécifique que d'essayer de la construire vous-même à partir de pièces séparées. Tout avoir sur une seule puce améliore la symétrie et donc le rejet en mode commun.

L'un des plus grands avantages de l'ampli opérationnel 3 INA est l'impédance d'entrée égale et élevée. L'impédance d'entrée des broches non inverseuses de l'ampli op peut être dans la plage . Je vais le laisser comme un exercice pour vous, mais si vous regardez le circuit amplificateur de différence, l'impédance d'entrée de l'entrée négative varie avec l'entrée positive.$T\Omega$

En plus des problèmes d'impédance d'entrée, le gain en deux étapes offre une meilleure réponse en fréquence.

Il existe un amplificateur différentiel à un étage et à haute impédance d'entrée.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Sans Rg, cela a un gain de (f + 1). Rg peut être utilisé pour augmenter le gain.

Cependant, il présente des compromis de performances par rapport à la version à 3 amplificateurs.

a) Il a moins de gain en boucle ouverte, donc les gains très élevés ne sont pas aussi stables
b) Les deux trajets de signal ont un déphasage différent, donc la réjection en mode commun ne fonctionne qu'aux basses fréquences. Vous pouvez améliorer cela un peu avec un condensateur stratégiquement placé
c) À faible gain, la plage de mode commun est limitée par la réserve de puissance
d) Il est plus compliqué de dessiner correctement que la version à 3 amplificateurs. Ce n'est que récemment que j'ai créé un mnémonique pour récupérer les résistances aux bons endroits de la mémoire.

Mais, s'il ne vous reste que 2 amplificateurs, cela fonctionne. Il vous permet de contrôler le gain avec une seule résistance variable, tout comme la version 3 amplificateurs, mais malheureusement, juste la version 3 ampères, cette résistance est flottante.

Les réponses ci-dessus sont fiables, mais je veux ajouter quelque chose. Considérez l'amplificateur différentiel:

Lorsqu'une personne souhaite faire varier le gain de l'amplificateur (par exemple pour exploiter la résolution maximale de l'ADC), les 2 résistances de valeur K⋅R doivent être ajustées de manière parfaitement synchrone, via des résistances électromécaniques réglables de sorte qu'un léger voile ou usure de ces résistances entraîne un déséquilibre entre la valeur de ces deux résistances, il en résulte qu'il ne faut pas négliger le facteur de mode commun. Habituellement, le mode commun à l'étape précédente (pont de Wheatstone par exemple) est bien plus grand que le mode différentiel, ce qui entraîne de fausses mesures.