計装アンプに2つのステージが使用されるのはなぜですか？

次のような2段の計装アンプがある場合。

2つのオペアンプの最初のステージが必要なのはなぜですか？V1とV2を差動アンプに入力するだけではできませんか？

3個のオペアンプ設計には、単一のオペアンプ差動アンプに比べて3つの主な利点があります。

1. 入力は抵抗分割器ではなくオペアンプ入力に直接駆動するため、入力インピーダンスははるかに高くなります。
2. ゲインは単一の抵抗を変更することで設定できるため、重要な部品は、ゲインを設定するための単一の外部抵抗で1つのチップに簡単に統合できます（対称性を最大化）。
3. 高ゲイン構成では、最初の段のゲインが2番目の段のコモンモード除去を効果的に乗算するため、コモンモード除去ははるかに優れています。

一般に、個別の部品から自分で構築しようとするよりも、特定の計装アンプチップを使用する方が良いことに注意してください。すべてを1つのチップに搭載すると、対称性が向上するため、コモンモード除去が向上します。

$T\Omega$

入力インピーダンスの懸念に加えて、2段階のゲインはより良い周波数応答を提供します。

そこである単段、高入力インピーダンス、差動増幅器。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

Rgがない場合、これには（f + 1）のゲインがあります。Rgを使用してゲインを増やすことができます。

ただし、3アンプバージョンよりもパフォーマンスが低下します。

a）開ループゲインが低いため、非常に高いゲインは安定していません
b）2つの信号パスの位相シフトが異なるため、コモンモード除去は低周波数でのみ機能します。戦略的に配置されたコンデンサでこれを少し改善できますが、
c）低ゲインでは、電源のヘッドルームによってコモンモード範囲が制限されます
d）3アンプバージョンよりも正確に描画するのは複雑です。抵抗器をメモリから適切な場所に配置するためのニーモニックを作成したのはごく最近のことです。

ただし、アンプが2つしか残っていない場合は機能します。3アンプバージョンと同じように、1つの可変抵抗器でゲインを制御できますが、残念ながら、3アンプバージョンでは、この抵抗はフローティングです。

上記の答えは信頼できますが、何かを追加したいと思います。差動アンプを検討してください。

人がアンプのゲインを変更したい場合（たとえば、ADCの最大分解能を活用するため）、値K⋅Rの 2つの抵抗は、電気機械調整可能抵抗を介して完全に同期して調整する必要があります。この2つの抵抗の値の間では、コモンモード係数が無視されないことになります。通常、前の段階の共通モード（たとえば、ホイートストンブリッジ）は差動モードよりもはるかに大きいため、誤った測定になります。