Mengapa dua tahap digunakan untuk amplifier instrumentasi?

12

Ketika kita memiliki penguat instrumentasi dua tahap, seperti berikut ini. masukkan deskripsi gambar di sini

Mengapa kita membutuhkan tahap pertama dari dua Penguat Operasional? Tidak bisakah kita memasukkan V1 dan V2 ke penguat diferensial?

Lebah
sumber
2
Lihatlah impedansi input
PlasmaHH
Infinite untuk tahap pertama, dan R2 untuk tahap kedua, kan?
Bee
Resistansi input adalah satu hal yang terkadang penting tetapi meningkatkan CMRR electronics.stackexchange.com/questions/343096/… adalah manfaat utama lainnya
carloc
Tidak, impedansi input berbeda untuk dua input tahap 2
Scott Seidman
Jika Anda memiliki ketidakseimbangan kapasitansi pada Vin + versus pada Vin-, penolakan mode-umum dalam bahaya.
analogsystemsrf

Jawaban:

14

Desain 3 op-amp memiliki tiga keunggulan utama dibandingkan dengan penguat diferensial op-amp tunggal.

  1. Impedansi input jauh lebih tinggi, karena input drive langsung ke input op-amp daripada menjadi pembagi resistif.
  2. Gain dapat diatur dengan mengubah resistor tunggal, sehingga bagian-bagian penting dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam satu chip (memaksimalkan simetri) dengan resistor eksternal tunggal untuk mengatur penguatan.
  3. Dalam konfigurasi gain tinggi, penolakan mode umum jauh lebih baik karena penguatan tahap pertama secara efektif melipatgandakan penolakan mode umum dari tahap kedua.

Perhatikan bahwa secara umum lebih baik menggunakan chip amplifier instrumentasi tertentu daripada mencoba membangunnya sendiri dari bagian yang terpisah. Memiliki semuanya dalam satu chip meningkatkan simetri dan karenanya penolakan mode umum.

Peter Green
sumber
Poin bagus tentang penggunaan IC tunggal; bahkan menggunakan 1% resistor diskrit menurunkan CMRR teoretis hingga tidak lebih dari 34dB
Peter Smith
14

Salah satu manfaat terbesar dari INA 3 op amp adalah impedansi input yang sama dan tinggi. Impedansi masukan pin non-pembalik op amp dapat mencapai kisaran . Saya akan meninggalkannya sebagai latihan untuk Anda, tetapi jika Anda melihat perbedaan rangkaian penguat, impedansi input dari input negatif bervariasi dengan input positif.TΩ

Matt Young
sumber
Mengapa kita menginginkan impedansi input yang tinggi?
Bee
7
@Bee sehingga kita dapat mengukur dari sumber yang memiliki impedansi keluaran tinggi
BeB00
3

Selain masalah impedansi input, penguatan dalam dua tahap menawarkan respons frekuensi yang lebih baik.

Scott Seidman
sumber
1
Meskipun ini pada prinsipnya benar. sebagian besar amplifier instrumentasi memiliki semua gain di tahap pertama dengan tahap kedua memiliki gain satu.
Peter Green
1

Ada adalah satu tahap, impedansi masukan yang tinggi, penguat diferensial.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Tanpa Rg, ini memiliki gain (f + 1). Rg dapat digunakan untuk meningkatkan gain.

Namun memiliki kompromi kinerja atas versi 3 amplifier.

a) Memiliki gain loop terbuka yang lebih sedikit, sehingga gain yang sangat tinggi tidak stabil
b) Kedua jalur sinyal memiliki pergeseran fasa yang berbeda, sehingga penolakan mode umum hanya bekerja pada frekuensi rendah. Anda dapat meningkatkan ini sedikit dengan kapasitor yang ditempatkan secara strategis meskipun
c) Pada gain rendah, kisaran mode umum dibatasi oleh ruang kepala catu daya
d) Lebih rumit untuk menggambar dengan benar daripada versi 3 amplifier. Baru-baru ini saya membuat mnemonic untuk mendapatkan resistor di tempat yang tepat dari memori.

Tetapi, jika Anda hanya memiliki 2 amplifier yang tersisa, maka itu berfungsi. Itu memungkinkan Anda mengontrol gain dengan resistor variabel tunggal, sama seperti versi 3 amplifier, tapi sayangnya, hanya versi 3 amp, resistor ini mengambang.

Neil_UK
sumber
-2

Jawaban di atas dapat diandalkan, tetapi saya ingin menambahkan sesuatu. Pertimbangkan penguat diferensial:masukkan deskripsi gambar di sini

Ketika seseorang ingin memvariasikan penguatan amplifier (misalnya untuk mengeksploitasi resolusi maksimum ADC), 2 resistor dengan nilai K⋅R harus disesuaikan secara serempak, melalui resistor yang dapat disetel secara elektromekanis sehingga sedikit kehabisan atau pemakaian resistor ini menghasilkan ketidakseimbangan. antara nilai dua resistor ini maka menghasilkan faktor mode umum yang tidak diabaikan. Biasanya mode umum pada tahap sebelumnya (jembatan Wheatstone misalnya) jauh lebih besar daripada mode diferensial maka menghasilkan pengukuran yang salah.

Sam Farjamirad
sumber
5
Saya tidak akan menyebutnya penguat instrumentasi, saya akan menyebutnya penguat diferensial. Anda perlu memberikan kutipan untuk gambar yang Anda masukkan. Juga, tolong jangan berasumsi bahwa semua orang yang menggunakan situs ini adalah pria.
Elliot Alderson
2
@ElliotAlderson mungkin implikasinya adalah bahwa wanita terlalu pintar untuk menggunakan desain sirkuit ini;)
alephzero
@ElliotAlderson Ya ini adalah penguat diferensial, OP bertanya bagaimana jika kita hanya menggunakan penguat diferensial dan saya mencoba apa yang terjadi ketika kita hanya menggunakan penguat diferensial. Dan oleh pria yang saya maksud adalah 'pria', jadi semua ras manusia terlepas dari jenis kelaminnya. Sangat mungkin untuk membuat kesalahan seperti itu, itu sebabnya ada tombol 'EDIT'.
Sam Farjamirad
Jika Anda tahu itu adalah penguat diferensial, Anda tidak boleh mengatakan "pertimbangkan penguat instrumentasi:". Memang benar bahwa orang lain dapat memperbaiki jawaban Anda, tetapi sementara itu beberapa pengguna baru mungkin lebih bingung.
Elliot Alderson
1
Misalnya - ti.com/lit/ds/symlink/ina143.pdf , dengan CMRR 96dB yang khas !!!
Scott Seidman