Хотя монолитные инструментальные усилители дешевле, чем их дискретные и модульные предшественники, небольшой ассортимент монолитных инструментальных усилителей ограничивает их использование. Однако выбор возможных решений можно расширить, получив дифференциальный отклик инструментального усилителя от сдвоенного операционного усилителя (Рисунок 1). Для обеспечения шумов и входных токов смещения более низких, чем можно получить от монолитных инструментальных усилителей, в схеме используются операционные усилители (ОУ) с полевыми транзисторами на входах.

Рисунок 1.	Обеспечив общий путь сигнала обратной связи для двух сторон сдвоенного ОУ, можно сделать инструментальный усилитель.

На Рисунке 1 цепи обратной связи двух операционных усилителей соединены между собой так, чтобы IC_1B был инвертирующим усилителем в цепи обратной связи IC_1A. Каждый усилитель поддерживает высокоимпедансный вход внешнего сигнала, требуемый для инструментального усилителя. (Входной ток смещения этой схемы при температуре 25 °C составляет 2 пА).

Обратные связи с выходов обоих усилителей устанавливают на резисторе R_G напряжение, равное (V₁ – V₂). Поэтому сигнальный ток в комбинированной цепи обратной связи пропорционален дифференциальному входному напряжению и обратно пропорционален величине сопротивления R_G. Выходное напряжение V_OUT равно G(V₁ – V₂), то есть

Сопротивление резистора R_G выбирают, исходя из желаемого коэффициента усиления G, который может варьироваться от значения 2 (R_G отсутствует) до максимума, ограниченного только коэффициентом усиления ОУ без обратной связи, допустимой ошибкой усиления и требуемой полосой пропускания. Схема на Рисунке 1 обеспечивает полосу пропускания 2 кГц при коэффициенте усиления 2000. В целом полоса пропускания составляет примерно 2 МГц/G. Более того, выходное смещение равно разности смещений операционных усилителей, умноженной на G.

Важной характеристикой инструментальных усилителей является способность подавления синфазного сигнала постоянного тока, которая для схемы на Рисунке 1 зависит главным образом от согласования сопротивлений четырех резисторов, обозначенных R. Коэффициент подавления синфазного сигнала постоянного тока находится в обратной зависимости от величины рассогласования сопротивлений резисторов, то есть при допустимом отклонении 0.01% он выражается отношением 10,000 к 1 (–80 дБ). С другой стороны, коэффициент подавления синфазного сигнала переменного тока ограничен неравенством коэффициентов обратной связи операционных усилителей. Цепь в затемненной области схемы позволяет компенсировать влияние неравенства коэффициентов обратной связи там, где это необходимо – в приложениях, в которых частота синфазного напряжения превышает диапазон частот полезных сигналов.

Наконец, обратите внимание, что размах выходного напряжения операционного усилителя IC_1B (комбинация дифференциального и синфазного сигналов) шире диапазона V_OUT. Это выходное напряжение равно

и должно оставаться в пределах допустимого диапазона синфазных входных напряжений операционного усилителя, чтобы обеспечить его работу в линейном режиме.

1. Datasheet Texas Instruments OPA2111