Obwód pompy prądu Howlanda

Proste źródło prądu nie jest idealne dla zmiennych obciążeń, ponieważ prąd przepływający przez obciążenie zmienia się również wraz z rezystancją obciążenia. Rozwiązaniem tego problemu jest źródło stałego prądu, takie jak obwód pompy prądowej Howland.

Howland Aktualny Pompa została wynaleziona w 1962 roku przez profesora Bradford Howland z MIT. Składa się ze wzmacniacza operacyjnego IC i symetrycznego mostka rezystorowego, aby utrzymać stałą wartość prądu pomimo obciążenia, nawet jeśli zmienia się wartość rezystancji obciążenia. Tutaj zrozumiemy podstawowe działanie i obwód źródła prądu Howland, budując je na sprzęcie.

Podstawowy schemat obwodu pompy prądowej Howland

Teraz, stosując prawo prądu Kirchhoffa i prawo Ohma, widzimy, że prąd wyjściowy jest równy sumie prądu wejściowego i prądu płynącego przez rezystor R4.

i _o = i ₁ + i ₂ i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + (V _A - V _L / R ₂)… (równanie 1)

R ₁ i R ₂ w op-AMP tworząc nieodwracające wzmacniacza w stosunku do napięcia obciążenia V _L. W ten sposób otrzymujemy

V _A = (1 + R ₄ / R ₃) V _L … (równanie 2)

Umieść wartość V _A z równania (2) w równaniu (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Teraz, rozwiązując i ustawiając wartość i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Gdzie A = 1 / R ₁

Stąd, oceniając R _O z równania, otrzymamy:

R _O = R ₂ / ((R ₂ / R ₁) - (R ₄ / R ₃))

Aby prąd wyjściowy stał się stały lub niezależny od napięcia wyjściowego rezystancji obciążenia, musimy osiągnąć stan mostka równoważącego, który jest

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Symulacja pompy prądowej Howland

Obwód Howlanda jest idealnym obwodem źródła prądu, który utrzymuje prąd stały w odniesieniu do zmiany rezystancji obciążenia lub napięcia na nim. W poniższym filmie symulacji widać, że wartość prądu jest stała niezależnie od R _L. Tutaj symulacja jest przeprowadzana trzykrotnie z trzema różnymi wartościami rezystora obciążenia, tj. 1k, 2k i 3k, ale prąd na rezystorze pozostaje stały niezależnie od wartości rezystora. Tutaj otrzymujemy stały prąd wyjściowy 9mA w każdych warunkach.

Wymagany składnik

• Układ scalony wzmacniacza operacyjnego - LM741
• Rezystor - (3,9 k - 2 nos, 1 K - 3 nos)
• Płytka prototypowa
• Zasilanie 9V
• Podłączanie przewodów

Układ scalony wzmacniacza operacyjnego LM741

Wzmacniacz operacyjny LM741 jest sprzężonym z prądem stałym elektronicznym wzmacniaczem napięcia o dużym wzmocnieniu. To mały chip z 8 pinami. Układ scalony wzmacniacza operacyjnego służy jako komparator, który porównuje dwa sygnały, sygnał odwracający i nieodwracający. We wzmacniaczu operacyjnym IC 741 PIN2 jest odwracającym zaciskiem wejściowym, a PIN3 jest nieodwracającym zaciskiem wejściowym. Pin wyjściowy tego układu scalonego to PIN6. Główną funkcją tego układu scalonego jest wykonywanie operacji matematycznych w różnych obwodach.

Gdy napięcie na wejściu nieodwracającym (+) jest wyższe niż napięcie na wejściu odwracającym (-), to na wyjściu komparatora jest stan wysoki. A jeśli napięcie na wejściu odwracającym (-) jest wyższe niż na końcu nieodwracającym (+), to na wyjściu jest LOW. W tym bezprzewodowym obwodzie przełącznika LM741 jest używany do dostarczania impulsu zegara od niskiego do wysokiego do IC 4017, za każdym razem, gdy podaje się rękę nad LDR. Dowiedz się więcej o wzmacniaczu operacyjnym 741 tutaj.

Schemat pinów LM741

Konfiguracja pinów LM741

PIN NR.	Opis kodu PIN
1	Przesunięcie zerowe
2	Zacisk wejściowy odwracający (-)
3	nieodwracający (+) zacisk wejściowy
4	ujemne napięcie zasilania (-VCC)
5	offset null
6	Pin napięcia wyjściowego
7	dodatnie napięcie zasilania (+ VCC)
8	nie połączony

Testowanie sprzętu pompy prądowej Howland

Zgodnie z prawem Ohma zwiększenie wartości rezystancji obciążenia spowoduje również zmianę napięcia na nim. Ale idealne źródło powinno utrzymywać stałą ilość prądu przepływającego przez rezystancję obciążenia. Poniżej znajduje się konfiguracja sprzętowa do testowania obwodu pompy prądu Howland, tutaj zasilanie 9 V jest podawane przez RPS (zasilacz regulowany), ale do testowania można również użyć baterii 9 V. Tutaj przetestowaliśmy obwód z rezystancją obciążenia 2k i 3,9k i zmierzyliśmy prąd na obciążeniu za pomocą multimetru cyfrowego. Jak pokazano na poniższych zdjęciach, prąd pozostaje stały w obu warunkach.

Rezystor można również zastąpić jakimś aktywnym obciążeniem, takim jak silnik lub dioda LED. Pełny film demonstracyjny pompy Howland Current Pump znajduje się poniżej.

Zastosowanie pompy prądowej Howland

Poniżej znajduje się kilka zastosowań pompy prądowej Howland:

• Testowanie innych urządzeń
• Eksperymentować
• Test produkcyjny
• Diody polaryzujące i tranzystory
• Do ustawiania warunków testowych