CN110320949A - 电压控制电流源电路及包括其的经颅电刺激设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及电子电路或经颅电刺激技术领域，解决了电路结构复杂和成本较高的问题。本发明实施例第一方面公开了一种电压控制电流源电路，第一运算放大器A1的反相输入端与第一电阻R1、第二电阻R2的公共节点连接，第一运算放大器A1的输出端连接至第二电阻R2与取样电阻Rs的公共节点，负载电阻RL背离取样电阻Rs的节点接地；还包括第四电阻R4和依次串联的基准电压Vref、第五电阻R5、第三电阻R3和第二运算放大器A2。本发明的有益效果为：仅使用两个运算放大器、一个基准电压和六个电阻器即可实现用电压控制流经负载电阻RL的电流方向和大小，降低了电路的复杂程度，减小了电路体积和降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电压控制电流源电路及包括其的经颅电刺激设备。
背景技术
经颅微电流刺激疗法(Cranial electrotherapy stimulation，简称CES)，是一种与传统药物治疗、电抽搐治疗完全不同的治疗方法，是通过低强度微量电流刺激大脑，改变患者大脑异常的脑电波，促使大脑分泌一系列与焦虑、抑郁、失眠等疾病存在密切联系的神经递质和激素，以此实现对这些疾病的治疗。
电压控制电流源电路是经颅微电流刺激的核心技术，常规的经颅微电流刺激设备所使用的电压控制电流源电路需要用较多的运算放大器，电路结构复杂，且成本较高。因此，需要一种电压控制电流源电路及包括其的经颅电刺激设备，以解决或至少减轻上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决使用了较多的元器件(如运算放大器)从而导致的电路结构复杂、成本较高的问题，本发明实施例第一方面提供了一种电压控制电流源电路，
所述电压控制电流源电路包括第一运算放大器A1和依次串联的控制电压Vc、第一电阻R1、第二电阻R2、取样电阻Rs和负载电阻RL，其中：
所述第一运算放大器A1的反相输入端与所述第一电阻R1、所述第二电阻R2的公共节点连接，所述第一运算放大器A1的输出端连接至所述第二电阻R2与所述取样电阻Rs的公共节点，所述负载电阻RL背离所述取样电阻Rs的节点接地；
所述电压控制电流源电路还包括第四电阻R4和依次串联的基准电压Vref、第五电阻R5、第三电阻R3和第二运算放大器A2，其中：
所述第四电阻R4的第一端和所述第一运算放大器A1的同相输入端均电性连接至所述第五电阻R5与所述第三电阻R3的公共节点，所述第四电阻R4的第一端的相反端接地，所述取样电阻Rs与所述负载电阻RL的公共节点连接至所述第二运算放大器A2的同相输入端，所述第二运算放大器A2的反相输入端连接至所述第三电阻R3与所述第二运算放大器A2的输出端的公共节点。
在一些优选实施例中，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4和所述第五电阻R5的电阻值分别为R、R、R、2R和2R。
在一些优选实施例中，所述第一运算放大器A1的供电电源为单电源或正负双电源。
在一些优选实施例中，所述第二运算放大器A2的供电电源为单电源或正负双电源。
在一些优选实施例中，所述控制电压Vc为正电压或负电压。
在一些优选实施例中，所述基准电压Vref为正电压或负电压。
在一些优选实施例中，所述第一运算放大器A1和所述第二运算放大器A2均为轨到轨输入和输出的运算放大器。
在一些优选实施例中，所述控制电压Vc的值的变化范围为0～V，所述基准电压Vref的值为V。
本发明实施例第二方面公开了一种经颅电刺激设备，经颅电刺激设备包括：
任一上述的电压控制电流源电路，所述电压控制电源电路印制在PCB板；以及
电刺激作用端，所述电刺激作用端连接于所述负载电阻RL。
在一些优选实施例中，所述经颅电刺激设备还包括上位机，所述控制电压Vc连接至所述上位机。
本发明的有益效果为：
仅使用两个运算放大器(第一运算放大器A1和第二运算放大器A2)、一个基准电压(基准电压Vref)和六个电阻器(第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和取样电阻Rs)即可实现用电压(控制电压Vc)控制流经负载电阻RL的电流方向和大小，降低了电路的复杂程度，减小了电路体积和降低了成本。
附图说明
图1是电压控制电流源电路一实施例的结构示意图。
图中：
101、控制电压Vc；102、第一电阻R1；103、第二电阻R2；104、第一运算放大器A1；105、取样电阻Rs；106、负载电阻RL；107、第二运算放大器A2；108、第三电阻R3；109、第四电阻R4；110、第五电阻R5；111、基准电压Vref。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
参照图1，本发明实施例第一方面公开了一种电压控制电流源电路，
电压控制电流源电路包括第一运算放大器A1104和依次串联的控制电压Vc101、第一电阻R1102、第二电阻R2103、取样电阻Rs105和负载电阻RL106，其中：
第一运算放大器A1的反相输入端与第一电阻R1、第二电阻R2的公共节点连接，第一运算放大器A1的输出端连接至第二电阻R2与取样电阻Rs的公共节点，负载电阻RL背离取样电阻Rs的节点接地；
电压控制电流源电路还包括第四电阻R4109和依次串联的基准电压Vref111、第五电阻R5110、第三电阻R3108和第二运算放大器A2107，其中：
第四电阻R4的第一端和第一运算放大器A1的同相输入端均电性连接至第五电阻R5与第三电阻R3的公共节点，第四电阻R4的第一端的相反端接地，取样电阻Rs与负载电阻RL的公共节点连接至第二运算放大器A2的同相输入端，第二运算放大器A2的反相输入端连接至第三电阻R3与第二运算放大器A2的输出端的公共节点。
当该电压控制电流源电路的各电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压Vref和控制电压Vc确定时，可由该电路得出负载电阻RL上的电流值为控制电压Vc的函数，即，形成电压控制的电流源电路。仅使用了两个运算放大器(第一运算放大器A1和第二运算放大器A2)、一个基准电压(基准电压Vref)和六个电阻器(第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和取样电阻Rs)即可实现用电压(控制电压Vc)控制流经负载电阻RL的电流方向和大小，降低了电路的复杂程度，减小了电路体积和降低了成本。
具体地，该电路中各元器件的功能为：控制电压Vc用于控制最终流经负载电阻RL的电流I；第一电阻R1用于将控制电压Vc施加至第一运算放大器A1的反相输入端；第一运算放大器A1用于电流控制及电流驱动输出；第二电阻R2为第一运算放大器A1的反相反馈电阻；取样电阻Rs用于对流经负载电阻RL的电流I进行取样；负载电阻RL为电压控制电流源电路的最终负载；第二运算放大器A2分别与取样电阻Rs、负载RL和电阻R3相连接，第二运算放大器A2构成电压跟随器；第三电阻R3分别与第二运算放大器A2、第一运算放大器A1、第四电阻R4和第五电阻R5相连接，第三电阻R3用于构成电流信号反馈；与第三电阻R3类似，第五电阻R5也用于构成电流信号反馈；基准电压Vref形成电压偏置。
另外，通过将第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的电阻值分别设置为R、R、R、2R和2R，从而简化计算，减少了计算量，降低了两个运算放大器的计算要求。
需要说明的是，第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的供电电源为单电源或正负双电源，可根据实际需要进行灵活选用。
另外，控制电压Vc和基准电压Vref可为正电压也可为负电压，保证具备较广的应用范围。
需要说明的是，第一运算放大器A1和第二运算放大器A2均为轨到轨输入和输出的运算放大器。从而能够适应较宽的输入电位范围。
需要进一步说明的是，控制电压Vc的值的变化范围为0～V，基准电压Vref的值为V，即基准电压Vref的值为控制电压Vc的峰值，配合前述的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的关系(该五个电阻的电阻值分别为R、R、R、2R和2R)，两个运算放大器的供电电压为15V，Vref为3V，可得出，流过负载电阻RL的电流I的值为：
I＝(1.5V-Vc)/Rs
当控制电压Vc在0～3V变化时，电流I在(1.5V/Rs～-1.5V/Rs)间变化，从而实现电压控制输出电流的方向和大小的目的。
本发明第二方面提供了一种经颅电刺激设备，该经颅电刺激设备包括任一上述的电压控制电流源电路，电压控制电路通常印制在PCB板上，该经颅电磁式设备还包括电刺激作用端，电刺激作用端连接于负载电阻RL，换言之，该电刺激作用端为该负载电阻RL的一部分，进行电刺激时，将该电刺激作用端接触于电刺激部位(如经颅)，从而输出方向可变化、大小可调节的电流。
另外，经颅电刺激设备还包括上位机，控制电压Vc与上位机连接，从而通过上位机向控制电压输出满足一定要求的电压信号，从而降低了对控制电压Vc的要求，同时，由于上位机具有较强的计算能力，可输出满足更多要求的电压信号，从而丰富电流输出的模式，以制定不同的治疗方案。该上位机可为单片机，也可为PC，当为PC时，在PC与控制电压Vc之间还应设置有数字模拟信号转换器，以将PC的数字信号转换为控制电压Vc可识别的模拟信号。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电压控制电流源电路，其特征在于，
所述电压控制电流源电路包括第一运算放大器A1和依次串联的控制电压Vc、第一电阻R1、第二电阻R2、取样电阻Rs和负载电阻RL，其中：
所述第一运算放大器A1的反相输入端与所述第一电阻R1、所述第二电阻R2的公共节点连接，所述第一运算放大器A1的输出端连接至所述第二电阻R2与所述取样电阻Rs的公共节点，所述负载电阻RL背离所述取样电阻Rs的节点接地；
所述电压控制电流源电路还包括第四电阻R4和依次串联的基准电压Vref、第五电阻R5、第三电阻R3和第二运算放大器A2，其中：
所述第四电阻R4的第一端和所述第一运算放大器A1的同相输入端均电性连接至所述第五电阻R5与所述第三电阻R3的公共节点，所述第四电阻R4的第一端的相反端接地，所述取样电阻Rs与所述负载电阻RL的公共节点连接至所述第二运算放大器A2的同相输入端，所述第二运算放大器A2的反相输入端连接至所述第三电阻R3与所述第二运算放大器A2的输出端的公共节点。
2.根据权利要求1所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4和所述第五电阻R5的电阻值分别为R、R、R、2R和2R。
3.根据权利要求1所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述第一运算放大器A1的供电电源为单电源或正负双电源。
4.根据权利要求1所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述第二运算放大器A2的供电电源为单电源或正负双电源。
5.根据权利要求1所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述控制电压Vc为正电压或负电压。
6.根据权利要求1所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述基准电压Vref为正电压或负电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述第一运算放大器A1和所述第二运算放大器A2均为轨到轨输入和输出的运算放大器。
8.根据权利要求7所述的电压控制电流源电路，其特征在于，所述控制电压Vc的值的变化范围为0～V，所述基准电压Vref的值为V。
9.一种经颅电刺激设备，其特征在于，所述经颅电刺激设备包括：
权利要求1至8中任一项所述的电压控制电流源电路，所述电压控制电源电路印制在PCB板；以及
电刺激作用端，所述电刺激作用端连接于所述负载电阻RL。
10.根据权利要求9所述的经颅电刺激设备，其特征在于，所述经颅电刺激设备还包括上位机，所述控制电压Vc连接至所述上位机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191011 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |