인스트루먼테이션 앰프와 차동 증폭기의 차이와 장점

인스트루먼테이션 앰프란?정밀 계측에 적합한 신호 증폭 회로로, 잡음 없이 미세한 전압 차이를 정확하게 증폭할 수 있도록 설계된 전자 회로입니다. 다양한 센서의 신호를 믿을 수 있게 읽어내는 데 널리 활용됩니다.

차동 증폭기의 한계

기본 차동 증폭기는 단순하게 구성되지만, 입력 임피던스가 낮아 센서에 부담을 줍니다. 그리고 이득을 조절하려면 여러 저항 값을 동시에 바꿔야 하므로 번거로우며, 공통 신호(노이즈)가 제대로 차단되지 못할 수 있습니다.

인스트루먼테이션 앰프의 구조적 장점

세 개의 연산 증폭기와 정밀 저항 몇 개로 구성되며, 첫 번째 단계는 버퍼 역할을 해 센서에서 거의 전류를 빼오지 않아 신호 왜곡이 없습니다. 두 번째 단계는 정확히 입력 전압 차이만 증폭합니다.

높은 입력 임피던스의 의미

입력단에 직접 연결된 연산 증폭기의 특징 덕분에, 센서에서 신호를 받아들일 때 거의 전류를 소모하지 않습니다. 센서 성능이 유지되고, 신호 품질이 좋아집니다.

간편한 이득 조절 방식

증폭 비율을 바꾸고 싶을 때, 가운데에 연결된 단 하나의 저항(RG)만 바꾸면 됩니다. 여러 저항 값을 계산해 맞추어야 하는 차동 증폭기와 달리 훨씬 실용적이고 편리합니다. 이 때문에 가변 저항을 이용해 손쉽게 조정할 수도 있습니다.

뛰어난 공통 모드 신호 제거 기능

인스트루먼테이션 앰프는 입력에 동시에 들어오는 불필요한 잡음(공통 모드 신호)을 거의 완벽하게 걸러냅니다. 시중 IC의 경우 내부 저항 값이 레이저 조정되어 엄청나게 정밀해, 노이즈 걱정 없이 깨끗한 신호를 얻을 수 있습니다.

실제 활용 사례와 대표적인 IC

의료 기기(ECG), 산업용 센서, 미세 신호 측정 등 다양한 계측 분야에서 필수적으로 사용됩니다. 대표적으로 INA128와 같은 전용 칩은 단순한 핀 연결만으로 쉽고 정확한 신호 증폭과 이득 설정이 가능합니다.

두 단계로 이루어진 설계 원리

첫째 단계는 두 입력 신호를 각각 버퍼링해서 높은 임피던스를 확보합니다. 둘째 단계는 이상적인 차동 증폭기처럼, 두 신호의 차이를 정확하게 계산해 증폭합니다. 전체 이득은 첫 단계의 단일 저항만으로 조정됩니다.

출처 및 참고 :