電阻抗成像系統(tǒng)中電壓控制電流源的設計

AD844的Pin5端的輸出電流為：
IL=(V+-V-)／RIN (2)
當1MHz頻率下，AD844的輸出阻抗達239kΩ。
但是應用于醫(yī)學EIT系統(tǒng)時AD844存在幅值不穩(wěn)定的問題。這個誤差由于第一級的輸入電阻RIN非零引起(RIN的典型值50Ω，最大值65Ω)。根據(jù)公式(1)，RIN決定此電路的跨導。RIN的不確定影響電路的跨導進而影響輸出電流的幅值。一個減少此問題影響的做法是串聯(lián)電阻R于反向輸入端。這樣R與RIN串聯(lián)，共同決定了電流源的跨導。同時也可通過增加V+和R，可以減少RIN的影響。但是考慮到醫(yī)用電壓控制電流源需要輸出mA級的電流，且AD844的最大差分輸入電壓為6 V。因此，R不能任意增加。

3 改進的Howland電路
改進的Howland電路使用一個帶正負反饋的運算放大器構成電壓控制電流源，如圖4所示。

根據(jù)理想運算放大器“虛短”和“虛斷”的原理，可以得到：

此電路的輸出阻抗可得：

輸出阻抗Rout可近似為無窮大。
由(2)式可看出，此電路的跨導僅有R1，R2，R4b共同決定。通過計算可得知，當使用0．1％誤差的電阻時，跨導的波動值即輸出電流幅值的誤差僅為0．5％。
公式(2)(3)表明此電路的主要誤差來源來自于電阻匹配。因此實驗中，采用高精度，低溫飄的電阻來保證高的輸出阻抗。考慮到R3并不影響電路的跨導，而影響電路的輸出阻抗。通過替代R3為一個可調電阻，可以達到調節(jié)電阻匹配以增加輸出阻抗，同時不影響跨導即負載上的電流幅值。
試驗中，本文采用AD8610作為改進的Howland電路中的運放。AD8610擁有25 MHz的帶寬，60 V／μs的轉換速率。同時AD8610有用十分低的輸入失調電流(僅為10 pA)可以在電流電平較低時同樣提供較高的電流精度。