Почему две ступени используются для инструментального усилителя?

Когда у нас есть двухступенчатый инструментальный усилитель, такой как следующее.

Зачем нам нужна первая ступень двух операционных усилителей? Не могли бы мы просто ввести V1 и V2 в дифференциальный усилитель?

Конструкция с 3 операционными усилителями имеет три основных преимущества перед дифференциальным усилителем с одним операционным усилителем.

1. Входной импеданс намного выше, поскольку входы подключаются непосредственно к входу операционного усилителя, а не к резистивному делителю.
2. Усиление может быть установлено путем замены одного резистора, поэтому критические части могут быть легко интегрированы в одну микросхему (максимизируя симметрию) с одним внешним резистором для настройки усиления.
3. В конфигурациях с высоким усилением подавление синфазного сигнала намного лучше, потому что усиление первого каскада эффективно умножает отклонение синфазного сигнала второго каскада.

Обратите внимание, что в целом лучше использовать специальный чип инструментального усилителя, чем пытаться собрать его самостоятельно из отдельных частей. Наличие всего на одном чипе улучшает симметрию и, следовательно, отказ от синфазного режима.

$T\Omega$

В дополнение к проблемам входного сопротивления, усиление в два этапа предлагает лучшую частотную характеристику.

Там вне одноступенчатый, высокий входной импеданс, дифференциальный усилитель.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Без Rg это имеет усиление (f + 1). Rg может быть использован для увеличения усиления.

Однако он имеет компромиссы производительности по сравнению с версией с 3 усилителями.

а) он имеет меньшее усиление в разомкнутом контуре, поэтому очень высокие усиления не столь стабильны;
б) два тракта сигнала имеют разный сдвиг фазы, поэтому подавление синфазного режима работает только на низких частотах. Вы можете немного улучшить это с помощью стратегически размещенного конденсатора, хотя
c) При низких коэффициентах усиления диапазон синфазного режима ограничен запасом источника питания.
D) Правильнее рисовать, чем в версии с 3 усилителями. Только недавно я создал мнемонику, чтобы получить резисторы в нужных местах по памяти.

Но если у вас осталось только 2 усилителя, то это работает. Он позволяет вам управлять усилением с помощью одного переменного резистора, как и в версии с 3 усилителями, но, к сожалению, только в версии с 3 усилителями этот резистор является плавающим.

Приведенные выше ответы надежны, но я хочу кое-что добавить. Рассмотрим дифференциальный усилитель:

Когда человек хочет изменить усиление усилителя (например, чтобы использовать максимальное разрешение АЦП), 2 резистора со значением K⋅R должны быть настроены совершенно синхронно, с помощью электромеханических регулируемых резисторов, чтобы небольшое биение или износ этих резисторов приводил к дисбалансу между значением этих двух резисторов, то это приводит к тому, что не следует пренебрегать синфазным коэффициентом. Обычно общий режим на предыдущем этапе (например, мост Уитстона) намного больше, чем дифференциальный режим, тогда он приводит к ложным измерениям.