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

Question

He visto diferentes configuraciones de amplificadores de instrumentación, incluyendo versiones de 2 opamps. Este

también lo es. Pero es sólo un amplificador diferencial precedido de topes de entrada. ¿Cuándo se le llama amplificador de instrumentación, es decir, qué tiene de especial para merecer un nombre aparte?

Answer 1

"Un amplificador de instrumentación es un dispositivo de ganancia de tensión diferencial de precisión [...]". Una de las palabras importantes aquí es "ganancia". Un OpAmp tiene una ganancia infinita (en teoría) y sólo obtiene una ganancia definida añadiendo circuitos a su alrededor. Normalmente, cuando se utiliza un solo OpAmp, al menos una de las entradas pierde su altísima impedancia de entrada porque se necesitan resistencias externas.

Si necesita dos entradas (diferenciales) con ambos una impedancia de entrada muy alta y una ganancia definida, puedes utilizar la configuración de dos OpAmp-InAmp de la que hablas o la de tres OpAmp-InAmp que muestra tu foto. También hay InAmps IC ya hechos por empresas 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 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 en 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 no inversora inferior ("+") sigue siendo no inversora debido a su conexión con el 3er OpAmp.

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

Con los tres OpAmp-InAmp, usted obtiene ambos una impedancia de entrada muy alta en dos entradas diferenciales (mientras que con un búfer OpAmp normal sólo se obtendría una entrada con una impedancia de entrada tan alta) y se obtiene un muy buen rechazo de las señales en modo común (también se puede conseguir con un OpAmp, pero a costa de reducir la impedancia de entrada con las resistencias que hay que utilizar para convertir el OpAmp en un amplificador diferencial).

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

Aquí hay un enlace a un libro muy bueno sobre InAmps por Charles Kitchin y Lew Counts de Analog donde podrá encontrar un análisis más profundo de todas estas cuestiones.

Answer 2

Estoy de acuerdo con lo que ha dicho Zebonaut, pero aquí están mis criterios para ser un "amplificador de instrumentación" de forma 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 se proporciona una resistencia o algo que establece la ganancia.

• Las entradas son diferenciales. El rechazo de modo común suele ser muy bueno, generalmente mucho mejor de lo que se podría hacer con un amplificador óptico y piezas discretas.

• Las entradas son de alta impedancia. Se puede hacer un amplificador diferencial a partir de un solo opamp, pero entonces las entradas ya no son de alta impedancia, y una de ellas se conduce parcialmente con la señal de la otra.

• Todo ello en un paquete itegrado si se vende como un chip "amplificador de intrumentación".

Answer 3

Un opamp ideal tiene un impedancia de entrada infinita y amplificación infinita . A través de la retroalimentación se puede ajustar 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 diferencial que resuelve esto.
Hay varias configuraciones de amplificadores de instrumentación, esta es probablemente la más sencilla de entender:

Es un amplificador diferencial normal con un opamp (el de la derecha), con dos seguidores de tensión para amortiguar las entradas, para que sean de alta impedancia. Este inamp tiene una amplificación de \$\times\$ 100 (100k \$\Omega\$ /1k \$\Omega\$ ), y hay que cambiar dos resistencias para conseguir una amplificación diferente.
Otras configuraciones de amplificadores permiten ajustar la amplificación con una sola resistencia.

Aquí \$R_{GAIN}\$ establece la amplificación:

\$V_{OUT} = \left(1 + \dfrac{2 R}{R_{GAIN}}\right) \times (V_2 - V_1) \$

Answer 4

Un amplificador de instrumentación es un dispositivo que produce una salida proporcional a la diferencia de tensión entre dos entradas de alta impedancia. Un amplificador óptico es un dispositivo que intenta producir una salida que haga cero la diferencia entre dos entradas (normalmente de alta impedancia). Es posible utilizar un amplificador óptico y algunas resistencias para construir un circuito que produzca una salida proporcional a la diferencia entre dos entradas de no alta impedancia. También es posible utilizar un amplificador de operación 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 que alimentan a un tercer amplificador operacional que produce entonces una salida proporcional a la diferencia entre esas señales amortiguadas. En la práctica, las cosas son un poco más complicadas, ya que los circuitos de medición de la diferencia requieren algunas resistencias ajustadas con precisión, y hay algunos trucos para hacerlos menos sensibles a las variaciones de los componentes, pero conceptualmente un amplificador de instrumentación es un par de tampones de alta impedancia que luego impulsan un circuito de medición de la diferencia.