Wann handelt es sich um einen Instrumentenverstärker (In-Amp) und nicht um einen Operationsverstärker (Op-Amp)?

"Ein Instrumentenverstärker ist ein präzises Differenzspannungsverstärkungsgerät [...]." Eines der wichtigen Wörter hier ist "Gewinn". Ein OpAmp hat (theoretisch) eine unendliche Verstärkung und erhält nur eine definierte Verstärkung, indem eine Schaltung um ihn herum hinzugefügt wird. Normalerweise verliert bei Verwendung von nur einem OpAmp mindestens einer der Eingänge seine extrem hohe Eingangsimpedanz, da externe Widerstände erforderlich sind.

Wenn Sie zwei (differenzielle) Eingänge mit sowohl einer sehr hohen Eingangsimpedanz als auch einer definierten Verstärkung benötigen, können Sie die Zwei-OpAmp-InAmp-Konfiguration verwenden, von der Sie sprechen, oder die Drei-OpAmp-InAmp-Konfiguration, die Ihr Bild zeigt. Es gibt auch fertige IC-InAmps von Firmen wie Linear Technology oder Analog Devices.

Die Drei-OpAmp-InAmp-Schaltung im Bild Ihrer Frage zeigt, dass zwei OpAmps als Puffer verwendet werden, wo sie an ihren ansonsten nicht angeschlossenen, nicht invertierenden Eingangspins ("+") immer noch eine hohe Impedanz haben. Indem ihre Ausgänge in einen anderen OpAmp eingespeist werden, wird der obere nicht invertierende Eingang ("+") zu einem invertierenden Eingang ("-"), da er mit dem invertierenden ("-") Eingang des 3. OpAmp verbunden ist. Der untere nicht-invertierende Eingang ("+") bleibt aufgrund seiner Verbindung mit dem 3. OpAmp nicht-invertierend.

Herkömmliche Drei-OpAmp-InAmps verwenden im Vergleich zu Ihrem Bild eine etwas andere Konfiguration, um die Verstärkung mit nur einem Widerstand einzustellen (dem externen Verstärkungswiderstand im Fall von vollständig integrierten InAmps). Bitte beachten Sie die Links, die ich für weitere Details bereitgestellt habe.

Mit dem Drei-OpAmp-InAmp erhalten Sie sowohl eine sehr hohe Eingangsimpedanz an zwei differentiellen Eingängen (während Sie mit einem regulären OpAmp-Puffer nur einen Eingang mit einer so hohen Eingangsimpedanz erhalten würden) und Sie erhalten eine sehr gute Unterdrückung von Common- Mode-Signale (das ist auch mit einem OpAmp erreichbar, aber auf Kosten der Senkung der Eingangsimpedanz mit den Widerständen, die Sie verwenden müssen, um den OpAmp in einen Differenzverstärker zu verwandeln).

Die Zwei-OpAmp-InAmp-Schaltung benötigt weniger Teile, jedoch auf Kosten eines nicht so guten Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMRR).

Hier ist ein Link zu einem sehr guten Buch über InAmps von Charles Kitchin und Lew Counts von Analog, wo Sie einen tieferen Einblick in all diese Themen finden können.

Ich stimme dem zu, was Zebonaut gesagt hat, aber hier sind meine Kriterien, um ein "Instrumentenverstärker" zu sein, genauer:

• Der Gewinn muss endlich und bekannt sein. Manchmal ist die Verstärkung fest, wie 10x oder 100x. Andere Geräte ermöglichen eine Auswahl voreingestellter Verstärkungen oder Sie stellen einen Widerstand oder etwas bereit, das die Verstärkung einstellt.

• Die Eingänge sind differentiell. Die Gleichtaktunterdrückung ist normalerweise sehr gut, im Allgemeinen viel besser, als Sie es mit einem Operationsverstärker und diskreten Teilen tun könnten.

• Die Eingänge sind hochohmig. Sie können aus einem einzelnen Operationsverstärker einen Differenzverstärker machen, aber dann sind die Eingänge nicht mehr hochohmig und einer von ihnen wird teilweise mit dem Signal des anderen angesteuert.

• Dies ist alles in einem integrierten Paket, wenn es als "Intrumentationsverstärker" -Chip verkauft wird.

Ein idealer Operationsverstärker hat eine unendliche Eingangsimpedanz und eine unendliche Verstärkung . Durch Rückkopplung lässt sich die Verstärkung auf ein realistisches Niveau einstellen, allerdings auf Kosten der hohen Eingangsimpedanz. Ein Instrumentenverstärker (inamp) ist ein Differenzverstärker, der dieses Problem löst.
Es gibt mehrere Instrumentenverstärker-Konfigurationen, diese ist wahrscheinlich am einfachsten zu verstehen:

Es ist ein normaler Differenzverstärker mit einem Operationsverstärker (rechts), mit zwei Spannungsfolgern , um die Eingänge zu puffern, damit sie hochohmig sind. Dieser Inamp hat eine Verstärkung von$\times$100 (100.000$\Omega$/1k$\Omega$), und Sie müssen zwei Widerstände ändern, um eine andere Verstärkung zu erhalten.
Bei anderen Inamp-Konfigurationen können Sie die Verstärkung mit einem einzigen Widerstand einstellen.

Hier$R_{GAIN}$stellt die Verstärkung ein:

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

Ein Instrumentenverstärker ist ein Gerät, das einen Ausgang liefert, der proportional zur Spannungsdifferenz zwischen zwei hochohmigen Eingängen ist. Ein Operationsverstärker ist ein Gerät, das versucht, einen Ausgang zu liefern, der die Differenz zwischen zwei (typischerweise hochohmigen) Eingängen zu Null macht. Es ist möglich, einen Operationsverstärker und einige Widerstände zu verwenden, um eine Schaltung aufzubauen, die einen Ausgang erzeugt, der proportional zur Differenz zwischen zwei NICHT HOCHIMPEDANZ-Eingängen ist. Es ist auch möglich, einen Operationsverstärker zu verwenden, um einen niederohmigen Ausgang zu erzeugen, der einem hochohmigen Eingang entspricht. Ein Instrumentenverstärker ähnelt konzeptionell einem Paar Operationsverstärker, die hochohmige Eingangssignale in niederohmige Ausgänge umwandeln und in einen dritten Operationsverstärker einspeisen, der dann einen Ausgang erzeugt, der proportional zur Differenz zwischen diesen gepufferten Signalen ist. In der Praxis,