Схема токового насоса Howland

Простой источник тока не идеален для переменных нагрузок, поскольку ток через нагрузку также изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки. Решением этой проблемы является источник постоянного тока, такой как схема насоса Howland Current.

Хоулэнд Текущий насос был изобретен в 1962 году профессор Брэдфорд Хауленд из MIT. Он состоит из операционного усилителя IC и симметричного резисторного моста для поддержания постоянного значения тока через нагрузку даже при изменении значения сопротивления нагрузки. Здесь мы поймем базовую работу и схему источника тока Howland, построив его на оборудовании.

Принципиальная электрическая схема токового насоса Howland

Теперь, применяя закон Кирхгофа и закон Ома, мы видим, что выходной ток равен сумме входного тока и тока через резистор R4.

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

R ₁ и R ₂ с ОУ формируют неинвертирующий усилитель с относительно напряжения нагрузки V _L. Таким образом, мы получаем

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

Поместите значение V _A из уравнения (2) в уравнение (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Теперь, решив и положив значение i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Где, A = 1 / R ₁

Следовательно, оценивая R _O из уравнения, мы получим:

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

Чтобы сделать выходной ток постоянным или независимым по отношению к выходному напряжению сопротивления нагрузки, мы должны достичь состояния балансного моста, которое

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Моделирование токового насоса Howland

Схема Хауленда - это идеальная схема источника тока, которая поддерживает постоянный ток в зависимости от изменения сопротивления нагрузки или напряжения на ней. В ниже имитационной видео вы можете увидеть, что значение тока постоянна и не зависит от R _L. Здесь моделирование запускается три раза с тремя разными значениями резистора нагрузки, то есть 1 кОм, 2 кОм и 3 кОм, но ток через резистор остается постоянным независимо от номинала резистора. Здесь мы получаем постоянный выходной ток 9 мА в любых условиях.

Компонент Требуется

• Микросхема операционного усилителя - LM741
• Резистор - (3,9 кОм - 2 шт., 1 кОм - 3 шт.)
• Макетная плата
• Питание 9 В
• Подключение проводов

Микросхема операционного усилителя LM741

Операционный усилитель LM741 представляет собой электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления с постоянным током. Это небольшая микросхема с 8 контактами. ИС операционного усилителя используется в качестве компаратора, который сравнивает два сигнала: инвертирующий и неинвертирующий. В операционном усилителе IC 741 PIN2 - это инвертирующий входной терминал, а PIN3 - неинвертирующий входной терминал. Выходной контакт этой ИС - PIN6. Основная функция этой ИС - выполнять математические операции в различных схемах.

Когда напряжение на неинвертирующем входе (+) выше, чем напряжение на инвертирующем входе (-), тогда на выходе компаратора будет высокий уровень. И если напряжение инвертирующего входа (-) выше, чем неинвертирующего конца (+), то выходное напряжение НИЗКОЕ. В этой схеме переключателя беспроводной связи LM741 используется для подачи тактового импульса с низкого на высокий на IC 4017 каждый раз, когда передается передача по LDR. Узнайте больше об операционном усилителе 741 здесь.

Схема выводов LM741

Конфигурация контактов LM741

ПИН №	PIN Описание
1	Смещение null
2	Инвертирующий (-) входной терминал
3	неинвертирующий (+) входной терминал
4	источник отрицательного напряжения (-VCC)
5	нулевое смещение
6	Вывод выходного напряжения
7	источник положительного напряжения (+ VCC)
8	Не подключен

Тестирование оборудования для токового насоса Howland

Согласно закону Ома, увеличение сопротивления нагрузки также изменит напряжение на ней. Но идеальный источник должен поддерживать постоянную величину тока, протекающего через сопротивление нагрузки. Ниже приведена аппаратная установка для проверки схемы токового насоса Howland, здесь источник питания 9 В подается через RPS (регулируемый источник питания), но для тестирования также может использоваться батарея 9 В. Здесь мы протестировали схему с сопротивлением нагрузки 2 кОм и 3,9 кОм и измерили ток через нагрузку с помощью цифрового мультиметра. Как показано на изображениях ниже, ток остается постоянным в обоих условиях.

Резистор также можно заменить какой-либо активной нагрузкой, такой как двигатель или светодиод. Полное демонстрационное видео насоса Howland Current Pump дано ниже.

Применение токового насоса Howland

Ниже приведены некоторые приложения для токового насоса Howland:

• Тестирование других устройств
• Экспериментируем
• Производственный тест
• Подмагничивающие диоды и транзисторы
• Для установки условий испытаний