Un amplificateur d'instrumentation est un dispositif électronique qui constitue un "super" AOP. Il est caractérisé par une très grande impédance d'entrée, un grand gain ajustable et surtout une forte rejection du mode commun.

Principe
Les potentiels des entrées sont E1 et E2.
Le diviseur de tension R1, RG, R2 est idéal donc :
(E1 − E2) / RG = (E2 − S1) / R2 et (S1 − E1) / R1 = (E1 − E2) / R1.
S1 = E1.(1 + R1 / RG) − E2.R1 / RG; S2 = E2.(1 + R2 / RG) − E1.2 / RG.
Le troisième AOP est monté en soustracteur de gain 1.
S = S2 − S1 = ( 1 + (R1 + R2) / RG) .( E2 − E1).
Si R1 = R2 = R alors S = ( 1 +2.R / RG) .( E2 − E1).
Le gain est ajustable en réglant uniquement la valeur de RG.

Remarque
On peut écrire E1 = ½(E1 + E2) + ½(E1 − E2) et E2 = ½(E1 + E2) − ½(E1 − E2).
Si S1 et S2 sont des fonctions de (E1 + E2) et aussi de (E1 − E2) S n'est fonction que de (E1 − E2).
Il n'y a pas de composante du mode commun en sortie.

Ces calculs reposent sur la symétrie du dispositif et en particulier sur l'égalité des valeurs des résistances.
Ces circuits existent en circuits intégrés dont les résistances sont ajustées avec un laser. ( AD 620, INA 111, INA 121 ...)
Pour le circuit INA 121 (environ 15 €), on a R0 = 40 kΩ et R = 25 kΩ. Le gain est donc G = 1 + 50 kΩ / RG.