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

Cuando tenemos un amplificador de instrumentación de dos etapas, como el siguiente.

¿Por qué necesitamos la primera etapa de los dos amplificadores operacionales? ¿No podríamos simplemente ingresar V1 y V2 en el amplificador diferencial?

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

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

$T\Omega$

Además de las preocupaciones de impedancia de entrada, la ganancia en dos etapas ofrece una mejor respuesta de frecuencia.

No es una sola etapa, alta impedancia de entrada, amplificador diferencial.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

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

Sin embargo, tiene compromisos de rendimiento sobre 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) A bajas ganancias, 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 un mnemónico para obtener las resistencias en los lugares correctos de memoria.

Pero, si solo le 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 es flotante.

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

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