연산 증폭기 (Op-Amp)가 아닌 계측 증폭기 (In-Amp)는 언제입니까?

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2 개의 opamp 버전을 포함하여 계측 증폭기에 대해 여러 가지 다른 구성을 보았습니다. 이

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또한 하나입니다. 그러나 입력 버퍼가 앞에 오는 차동 증폭기 일뿐입니다. 계측 증폭기라고 할 때, 즉 별도의 이름을 가질만한 특별한 점은 무엇입니까?

operational-amplifier instrumentation-amplifier

— 페데리코 루소
소스

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좋은 질문. zebonaut 답변 감사합니다. 그러나 결국 벤더의 마케팅이 대다수의 앱에서 실제로 필요하지 않은 디자이너에게 더 적은 opamp를 밀어 넣는 것은 좋은 변명처럼 보입니다.

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"계측 증폭기는 정밀 차동 전압 이득 장치입니다 ...] 여기서 중요한 단어 중 하나는 "이득"입니다. OpAmp는 이론적으로 무한 이득을 가지며 주변 회로를 추가하여 정의 된 이득 만 얻습니다. 일반적으로 하나의 OpAmp 만 사용하는 경우 외부 저항이 필요하기 때문에 적어도 하나의 입력에서 매우 높은 입력 임피던스가 손실됩니다.

매우 높은 입력 임피던스 와 정의 된 이득 이 모두 있는 2 개의 (차동) 입력이 필요한 경우 , 말하는 두 개의 OpAmp-InAmp 또는 사진이 보여주는 3 개의 OpAmp-InAmp 구성을 사용할 수 있습니다. Linear Technology 또는 Analog Devices와 같은 회사의 기성품 IC InAmp도 있습니다.

질문 그림의 3-OpAmp-InAmp 회로는 두 개의 OpAmp가 버퍼로 사용되는 것을 보여줍니다. 여기에서 연결되지 않은 비 반전 입력 핀 ( "+")에서 여전히 높은 임피던스를 갖습니다. 출력을 다른 OpAmp로 공급하면 상단 비 반전 입력 ( "+")이 세 번째 OpAmp의 반전 ( "-") 입력에 연결되므로 반전 입력 ( "-")이됩니다. 하부 비 반전 입력 ( "+")은 3 번째 OpAmp와의 연결로 인해 비 반전 상태로 유지됩니다.

일반적인 3-OpAmp-InAmp는 그림과 비교하여 약간 다른 구성을 사용하여 하나의 저항 ( 완전히 통합 된 InAmp의 경우 외부 이득 저항) 으로 만 이득을 설정합니다 . 자세한 내용은 내가 제공 한 링크를 참조하십시오.

세 OPAMP - InAmp, 당신은 둘 다 얻을 두 개의 차동 입력에서 매우 높은 입력 임피던스 (정기적 OPAMP 버퍼와 같은 높은 입력 임피던스와 함께 하나의 입력을 얻을 것 동안) 및 당신은 커먼의 아주 좋은 거부를 얻을 수 모드 신호 (하나의 OpAmp로도 달성 할 수 있지만 저항으로 입력 임피던스를 낮추는 대신 OpAmp를 차동 증폭기로 전환하는 데 사용해야 함).

2-OpAmp-InAmp 회로는 더 적은 부품을 필요로하지만 CMRR (Common Mode Rejection Ratio)은 좋지 않습니다.

다음은 아날로그의 Charles Kitchin과 Lew Counts의 InAmps에 대한 매우 훌륭한 책의 링크입니다. 여기서 이러한 모든 문제에 대해보다 심도있게 살펴볼 수 있습니다.

— 제보
소스

Federico 회로도의 설정은 간단한 차동 증폭기보다 CMRR을 어떻게 증가 시킵니까?

— stevenvh 2016 년

@ stevenvh : 그렇지 않습니다. 나는이 정보를 포함하도록 내 말을 명확히하려고 노력했다. 설정이 수행하는 작업은 높은 CMRR 차이 증폭기의 입력에 high-Z 속성을 추가하는 것입니다.

— zebonaut 12

@stevenvh : 공통 모드 노이즈 제거를 위해서는 저항을 매우 잘 일치시켜야합니다. 저항이 내장 된 모 놀리 식 계측 증폭기를 사용하는 경우, 이산 증폭기 및 저항을 사용하여 쉽게 달성 할 수있는 것보다 저항 정합이 더 나을 수 있습니다. 말할 것도없이, 이산 부품을 사용하는 장치는 매우 정밀하게 만들 수 없지만 모 놀리 식 부품은 이산 부품으로 많은 작업 (및 개별 단위 교정)을 요구하는 수준의 정밀도를 저렴하게 제공 할 수 있습니다.

— supercat

좋은 발견. 또한 나는 의심하고 여전히 더 많은 opamps를 판매하는 마케팅 이름이나 트릭이라고 생각합니다

+1 Charles Kitchin과 Lew Counts의 INSTRUMENTATION AMPLIFIERS (3RD EDITION) 디자이너 안내서 책 은 매우 잘 읽었습니다. IMHO는 처음 몇 장, 심지어 '디지털 사람'을 볼 가치가 있습니다. 고맙습니다.

— gbulmer

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Zebonaut의 말에 동의하지만 다음은 "악기 증폭기"에 대한보다 간결한 기준입니다.

게인은 유한하고 알고 있어야합니다. 때때로 이득은 10x 또는 100x와 같이 고정됩니다. 다른 장치는 사전 설정된 게인을 선택하거나 게인을 설정하는 저항 또는 무언가를 제공합니다.
입력은 차동입니다. 공통 모드 제거는 일반적으로 매우 우수하며 일반적으로 opamp 및 개별 부품으로 할 수있는 것보다 훨씬 낫습니다.
입력은 높은 임피던스입니다. 단일 opamp에서 차동 증폭기를 만들 수 있지만 입력은 더 이상 높은 임피던스가 아니며 그 중 하나는 다른 신호로 부분적으로 구동됩니다.
이것은 "계측 증폭기"칩으로 판매되는 경우 하나의 반복 패키지로 제공됩니다.

— 올린 라스 롭
소스

마지막 기준이 필요한가요? 이것은 내 회로도 (그리고 내가 만난 다른 많은 것들)가 InAmps가 아닌 것을 만들 것입니다.

— Federico Russo

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@ Fedrico 네, 약간 오도되었습니다. 다른 부분에서 계측 증폭기를 직접 만들 수 있습니다. 게시물을 수정했습니다.

— Olin Lathrop

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칩의 계측 증폭기는 다르게 동작하며 높은 이득을 달성하기 위해 바이 폴 레어 / JFET 트랜지스터 입력 스테이지를 가질 수 있습니다. JFET / 바이 폴 에어는 전압 또는 전류 노이즈가 더 중요한지에 따라 다릅니다. 이 부분의 이득이 가장 높습니다. 마지막 단계 (차동 증폭기)는 비슷합니다. 주목할 점은 모 놀리 식 솔루션이 훨씬 더 정확하다는 것입니다. 매우 높은 게인 (최대 10000x 구매 가능), 저잡음, 더 높은 CMRR 및 보드에 배치하기 위해 더 작습니다.

— 한스

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이상적인 opamp는 무한 입력 임피던스 와 무한 증폭을 갖습니다 . 피드백을 통해 증폭을 현실적인 수준으로 설정할 수 있지만, 이는 높은 입력 임피던스를 희생합니다. 계측 증폭기 (inamp)이 해결 차분 증폭기이다.
여러 가지 계측 증폭기 구성이 있습니다.이 구성은 아마도 가장 이해하기 쉽습니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

$\times$ $\Omega$ $\Omega$

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

$R_{GAIN}$

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

— 스티븐
소스

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계측 증폭기는 두 개의 높은 임피던스 입력 간의 전압 차이에 비례하는 출력을 생성하는 장치입니다. 연산 증폭기는 두 개의 (일반적으로 높은 임피던스) 입력 간의 차이를 0으로 만드는 출력을 생성하는 장치입니다. 연산 증폭기와 일부 저항을 사용하여 두 개의 NON-HIGH-IMPEDANCE 입력 간의 차이에 비례하는 출력을 생성하는 회로를 구축 할 수 있습니다. 고 임피던스 입력과 동일한 저임피던스 출력을 생성하기 위해 연산 증폭기를 사용할 수도 있습니다. 계측 증폭기는 개념적으로 고 임피던스 입력 신호를 낮은 임피던스 출력으로 변환하고 세 번째 연산 증폭기로 공급하여 버퍼링 된 신호 간의 차이에 비례하는 출력을 생성하는 한 쌍의 연산 증폭기와 유사합니다. 실제로,

— 슈퍼 캣
소스