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性能负载在半实物单运放电压控制的运算放大器参数电流源

性能负载在半实物单运放电压控制的运算放大器参数电流源.

R Macías1,2, F Seoane2,3 and R Bragós1

摘要。

近年来,电子生物阻抗(EBI的)方法已获得的成就。这些方法往往基于获得从几kHz到一定MHz的阻抗在β-分散,即频谱范围。为了测量EBI的往往是一个恒定的电流注入和整个组织正在研究的电压被记录下来。由于电流源性能影响的频率范围上的整个系统的性能,多种设计方案已经实施和研究。本文的一个电压控制的电流在逆变器上的一个单运放一个浮动负荷,负载在半实物已知的电流源,源的基本结构,是重新审视和深入研究。我们专注于对输出阻抗与电路参数的依赖,即反馈电阻和逆变器输入电阻,运算放大器的主要参数,即开环增益,共模抑制比和输入阻抗。在获得实验结果,利用现代运算放大器,比较的理论和模拟的,他们正在研究设计确认可以因比100KΩ输出阻抗值较高为多频宽带EBI 的应用很好的解决方案1MHz的获得。此外,对基本设计的增强,使用的是作为第一阶段的电流传输,提出,研究和落实。

1、简介

由于光谱出现了最近几个医疗领域,如皮肤癌检测宽带EBI的申请数目[1]或器官移植[2],研究和发展与上限频率尽可能高,需要新的EBI的测量系统。因此,而且由于电流源是这些系统的基本块,一些更复杂的方法已被提出,以期更好的频率范围上的表现。不幸的是,所有这些复杂的方法显着降低性能接近或低于

1MHz的。

另一方面,在集成电路的发展进步提供了新的运算放大器。因此,本文提出了一种结构简单,单运放的电路拓扑结构为基础,以操作电压控制的电流源(VCCS)EBI的应用是重新审查。此外,对这种结构的提升,还提出,研究和测试。

2、理论分析

如前所述,目前EBI的来源是一个系统的基本块。理想的情况下,电流源产生一个恒定电流幅度电信号独立于任何频率负载。这意味着,输出阻抗,Zout,价值是无限的,必须在所有频率[3]。在实践中,对Zout值不是无限的,它是频率相关。因此,主要目的是要实现一个大的输出阻抗,频率范围值尽可能宽的电流源。因此,在本环节中的输出电流,Iout,而这两种结构的输出阻抗,获得数学和几个参数方面的依赖关系进行了研究。第一个结构是一个基本的结构与流动相负荷也作为负载在半实物已知的,配置在一个运算放大器的电流源[4],见图1。另一种是根据对第一个提高。它包括添加第一阶段由一个电流输送机(煤炭信息研究院)[4]根据实施的VCCS,见图2。

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2.1、一个单运放的VCCS:负载在半实物电流源

开展了详细的电路和现实的分析,非理想运算放大器的运作模式已被选中。它考虑到了差分和共模输入阻抗,有限的价值和Zc Zd中分别有一个非零的输出阻抗,Zo,以及一个非零的共模增益,Acm。此外,还考虑了差模增益和共模抑制比与频率相关,Ad(s)和CMRR(s)的分别。

因此,基于上述考虑,对下面的电路进行分析。

2.1.1、输出电流,Iout。这是给予Vs与Rin的比例;见(1)。Rin是负载在半实物电流源跨导。

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2.1.2、将输出阻抗,Zout(s)。要查找的电路,电压源,Vs和负载,Zload,输出阻抗是避免短路,还接一个辅助电压源,Vx。而且,总体输入阻抗运算放大器,Zin,可写成(2)。因此,鉴于简化电路如图3所示,输出阻抗表达式可以写成(3)

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其中opz(s)是运算放大器的阻抗因素,定义为(4)。

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2.2、电流驱动的VCCS

第二个提出的电路基本上由有关更换戴维南源,Vs,用诺顿源ie,即电流传输器,如图2所示。因此,输出电流,Iout,是独立有关于Zout(s)的任何元素。此外,该电路的输出阻抗基本上是成正比的,而不是输入电阻,Rin,有源器件

的功能。这使得克服的内在局限性的事实,Rin,不能任意高,因为它定义的VCCS 超过了限制。

2.2.1、输出电流,Iout。这是约等于输出的电流传输器在节点?当前,见图2。因此,它是通过节点相同的电流流X [5],它是独立输入电阻,Rin,见(5)。

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2.2.2、输出阻抗,Zout(s)。经过简化为图4所示的电路中提出的电路,为输出阻抗表达式,Zout(S)等可以写为(6)

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其中Ztz是CCII高于其输出阻抗值比输入电阻,Rin。

3、测量及结果

为了测量两者的阻抗分析仪LCR表HP4192A是增益/相位测量模式和Bertemes –Filho[6]使用的技术是用于配置应用的输出阻抗。

另一方面,由于运算放大器和电流传输器所用的集成电路,分别由国家半导体和AD844由Analog Devices LMH6654。此外,计算所使用的输出阻抗值的大小列于表1。

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因此,测量的实验测试的输出阻抗值显示在图5和图6。

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4、讨论

4.1、关于反馈电阻Rf

由于Rf与电流源输出并联,它作为输出电流的分流。此外,它限制了输出阻抗最大值,见图5。

因此,Rf,输出阻抗越大。但是,由于提供了对运算放大器的电流通常在EBI

的道路系统所需的误差,Rf不能被移除。

4.2. 关于负载电容, Cp

如图5所示,有一个与实测在低于100千赫的频率范围内输出阻抗计算吻合。超过这个范围内,截止频率值取决于RF的值。Rf越高,截止频率越高。主要的原因是由于负载电容,CP的影响,在于是不是在高频率可以忽略不计。Cp的2.5pF 值找到的最佳值与实测输出阻抗吻合。

因此,一个工作频率范围的VCCS没有给出仅由运算放大器的功能,但也由在输出端的VCCS负载电容。

5、结论

这一结果表明,实施宽带使用的是单运放的EBI的光谱测量电路的电流源是一个务实的做法。使用负载在半实物电流源,宽带多频应用程序可以实现在大范围妥善输出阻抗非常低的成本。此外,为了实现输出的更强大和不断的VCCS,也是与输出阻抗任何元素独立的电流,改进后的电路为电流驱动的VCCS的建议。

因此,对于这两种配置的整体输出阻抗可以绘制如图7。作为观察,整体输出阻抗建模为三建立一个平行的桥阻抗:Zin,Zi与Rf。参数Zin的定义在(2)运算放大器的输入阻抗。Zi是从运算放大器的反相输入端的等效输入阻抗接地,Rin在负载的线性回路电流源Rin+Ztz的电流驱动的VCCS。此外,opz(s)的也定义在(4)运算放大器的阻抗因素。这三个阻抗越高和opz(s),整体输出阻抗越大。这可以帮助选择正确的系统要求运算放大器。

另一方面,如前面提到的,负载电容的影响是关键因素,限制了高频电流源性能。因此,要提高电流源性能,负载电容应避免或尽量减少从电路设计的最初阶段。此外,在实际测量系统,由于存在较高的电容之间的电流源与负载相连的同轴电缆。这个问题会影响所有的电流源结构,只能克服,所以VCCS靠近电极或操作

系统安置是为同轴电缆使用。另外主极点的使用可以用来避免在这最后一次振荡。

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