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

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He visto varias configuraciones diferentes para amplificadores de instrumentación, incluidas 2 versiones de amplificador. Esta

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También es uno. Pero es solo un amplificador diferencial precedido por buffers de entrada. ¿Cuándo lo llamas amplificador de instrumentación, en otras palabras, qué tiene de especial que merece un nombre diferente?

Federico Russo
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Buena pregunta. Agradezco la respuesta del zebonauta. Pero, después de todo, parece una buena excusa para que el marketing del proveedor empuje algunos opamps más a los diseñadores sin ninguna necesidad real en la mayoría de las aplicaciones.

Respuestas:

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"Un amplificador de instrumentación es un dispositivo de ganancia de voltaje diferencial de precisión [...]". Una de las palabras importantes aquí es "ganancia". Un OpAmp tiene ganancia infinita (en teoría) y solo obtiene una ganancia definida al agregar circuitos a su alrededor. Por lo general, cuando se usa un solo 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 tanto una impedancia de entrada muy alta y una ganancia definida, puede utilizar los dos-OpAmp-InAmp que está hablando o los tres OpAmp-InAmp-configuración de sus programas de imagen. También hay InAmps IC listos para usar 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 usan como amortiguadores, donde todavía tienen una alta impedancia en sus pines de entrada no inversora ("+") que de otro modo no estarían conectados. Al alimentar sus salidas a otro OpAmp, la entrada superior no inversora ("+") se convierte en una entrada inversora ("-") porque está conectada a la entrada inversora del tercer OpAmp ("-"). La entrada inferior no inversora ("+") permanece sin inversión debido a su conexión con el tercer OpAmp.

Los tres OpAmp-InAmps comunes usan una configuración ligeramente diferente en comparación con su imagen para establecer la ganancia con una sola 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 tres-OpAmp-InAmp, obtienes una impedancia de entrada muy alta en dos entradas diferenciales (mientras que solo obtendrías una entrada con una impedancia de entrada tan alta con un búfer de OpAmp regular) y obtienes un muy buen rechazo de common- señales de modo (eso también se puede lograr con un OpAmp, pero a costa de reducir la impedancia de entrada con las resistencias que tiene que usar para convertir el OpAmp en un amplificador de diferencia).

El circuito de dos OpAmp-InAmp necesita menos partes, pero a costa de una relación de rechazo de modo común (CMRR) no tan buena.

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

zebonaut
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¿Cómo aumenta la configuración en el esquema de Federico CMRR sobre un amplificador diferencial simple?
stevenvh
@ stevenvh: no lo hace. Acabo de tratar de aclarar mi redacción para incluir esta información. Lo que la configuración hace es agregar la propiedad de alta Z a las entradas del amplificador de diferencia de alta CMRR.
zebonaut
@stevenvh: el rechazo de ruido en modo común requiere que las resistencias coincidan extremadamente bien. Si se usa un amplificador de instrumentación monolítico con resistencias incorporadas, la adaptación de la resistencia puede ser mejor de lo que sería fácilmente posible usando amplificadores y resistencias discretos. No quiere decir que los dispositivos que usan partes discretas no se pueden hacer muy precisos, pero las partes monolíticas pueden proporcionar niveles de precisión de bajo costo que requerirían mucho trabajo (y posiblemente calibración de unidades individuales) con partes discretas.
supercat
Buen hallazgo. También sospechaba y sigo sospechando que es un poco un nombre de marketing o un truco para vender más opamps
+1 El libro GUÍA DEL DISEÑADOR PARA AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN (3ª EDICIÓN) de Charles Kitchin y Lew Counts es una muy buena lectura. En mi humilde opinión, vale la pena mirar los primeros capítulos, incluso para un 'chico digital'. Gracias.
gbulmer
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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 proporciona una resistencia o algo que establece la ganancia.

  • Las entradas son diferenciales. El rechazo en modo común suele ser muy bueno, generalmente mucho mejor de lo que se podría hacer con partes opacas y discretas.

  • Las entradas son de alta impedancia. Puede hacer un amplificador diferencial a partir de un único opamp, pero luego las entradas ya no son de alta impedancia, y una de ellas se controla parcialmente con la señal en la otra.

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

Olin Lathrop
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¿Se requiere el último criterio? Esto haría que mi esquema (y muchos otros que encontré) no sea InAmps.
Federico Russo
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@Fedrico Sí, eso fue un poco engañoso. Puede hacer un amplificador de instrumentación usted mismo desde otras partes. He editado mi publicación.
Olin Lathrop
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Los amplificadores de instrumentación en chip se comportan de manera diferente y pueden tener etapas de entrada de transistor bipolar / JFET para lograr una alta ganancia. El JFET / bipolair difiere si el ruido de voltaje o corriente es más importante. La ganancia en esta parte es la más alta. La etapa final (amplificador diferencial) sería similar. Lo que hay que tener en cuenta es que las soluciones monolíticas son mucho más precisas: ganancia muy alta (se pueden comprar hasta 10000x), menor ruido, mayor CMRR y más pequeñas para colocar en una placa.
Hans
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Un opamp ideal tiene una impedancia de entrada infinita y una amplificación infinita . A través de la retroalimentación puede establecer la amplificación a 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.
Hay varias configuraciones de amplificadores de instrumentación, esta es probablemente la más simple de entender:

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×ΩΩ

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RGAIN

VOUT=(1+2RRGAIN)×(V2V1)

stevenvh
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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 cero la diferencia entre dos entradas (típicamente de alta impedancia). Es posible utilizar un amplificador operacional y algunas resistencias para construir un circuito que produzca una salida que sea proporcional a la diferencia entre dos entradas de NO ALTA IMPEDANCIA. También es posible usar 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 alimentan a un tercer amplificador operacional que luego produce una salida proporcional a la diferencia entre esas señales almacenadas. En la práctica,

Super gato
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