Mạch tích hợp sử dụng opamp

Mạch tích hợp sử dụng opamp

Mạch tích hợp hoạt động dựa trên opamp được hiển thị trong hình 1. Hay mạch còn được gọi là bộ khuếch đại tích hợp. Mạch có phần giống với bộ khuếch đại đảo ngược opamp nhưng điện trở phản hồi Rf được thay thế bằng tụ Cf. Sơ đồ mạch của opamp dưới dạng tích hợp được hiển thị bên dưới.

Sơ đồ mạch tích hợp Opamp

Phương trình cho điện áp đầu ra tức thời của tích hợp opamp :

Áp dụng dòng Kirchoff (KCL) tại nút V2 ta có:

i1 = iF + iB

Vì điện trở đầu vào của opamp rất cao (trong phạm vi MΩ) nên iB sẽ rất nhỏ nên có thể bỏ qua nó.

Do đó : i1 = iF

Mối quan hệ giữa dòng điện qua một tụ điện và điện áp trên nó là iC = C dv/dt.

Do đó iF = Cf *d (V2 - Vo) / dt

Ngoài ra i1 = (Vin-V2) / R1.

Do đó, phương trình i1 = iF có thể được viết lại thành (Vin -  V2) / R1 = Cf X d (V2 - Vo) / dt (1)

Do đầu vào không đảo ngược được kết nối với mặt đất, nên có thể lấy V1 bằng 0. Vì độ lợi vòng hở của mạch gần vô cực nên V2 có thể được coi là bằng không.

Vậy phương trình (1) => Vin / R 1 = Cf * d (-Vo) / dt

Tích hợp cả hai mặt của phương trình trên đối với thời gian chúng ta có được

Sắp xếp lại phương trình ta sẽ có:

C là hằng số tích hợp và nó có mối quan hệ tỷ lệ với điện áp đầu ra tại thời điểm t = 0. Từ phương trình (2) rõ ràng là điện áp đầu ra có mối quan hệ nghịch đảo với Cf R1 (hằng số thời gian ) và mối quan hệ tỷ lệ thuận trực tiếp với tích phân âm của điện áp đầu vào.

Trong điều kiện DC, Cf cung cấp điện trở vô hạn và do đó mạch tích hợp sẽ giống như một bộ khuếch đại opamp đảo ngược với điện trở phản hồi vô hạn. Phương trình tăng điện áp (A) của bộ khuếch đại  opamp ở chế độ đảo ngược là A = - (Rf / R1). Thay thế Rf = Cf được A =-( Cf/R1). Do đó, điện áp bù đầu vào nhỏ sẽ được khuếch đại bởi hệ số này và sẽ có một điện áp lỗi ở đầu ra. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách thêm Rf điện trở phản hồi song song với Cf như trong hình 4 bên dưới.
Việc bổ sung Rf sẽ cố định mức tăng tần số thấp (A) của mạch thành một giá trị nhỏ cố định và do đó điện áp bù đầu vào thực tế sẽ không ảnh hưởng nhiều đến điện áp bù đầu ra và ngăn chặn sự thay đổi điện áp đầu ra.

Tích hợp sóng vuông sẽ tạo ra dạng sóng tam giác và tích hợp sóng hình sin sẽ tạo ra dạng sóng Cos. Nó được hiển thị trong các hình dưới đây.