設計一個Howland電流泵電路

時間：2024-12-10 16:03:43

關鍵字：電流泵運算放大器平衡電阻器 LM741

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]Howland電流泵是由麻省理工學院的Bradford Howland教授于1962年發(fā)明的。它由一個運算放大器IC和一個平衡電阻器橋組成，即使負載電阻值發(fā)生變化，也能在負載下保持恒定的電流值。在這里，我們將通過在硬件上構建Howland電流源來了解其基本工作原理和電路。

簡單電流源對于可變負載并不理想，因為通過負載的電流也隨著負載電阻的變化而變化。解決這個問題的方法是采用恒流源，如Howland電流泵電路。

Howland電流泵是由麻省理工學院的Bradford Howland教授于1962年發(fā)明的。它由一個運算放大器IC和一個平衡電阻器橋組成，即使負載電阻值發(fā)生變化，也能在負載下保持恒定的電流值。在這里，我們將通過在硬件上構建Howland電流源來了解其基本工作原理和電路。

基本Howland電流泵電路圖

現(xiàn)在，通過應用基爾霍夫電流定律和歐姆定律，我們看到輸出電流等于輸入電流和通過電阻R4的電流之和。

R1和R2與運放形成一個相對于負載電壓VL的非反相放大器。因此，我們得到

將VA的值從式(2)代入式(1)，

現(xiàn)在，解出io = AV1 - VL/RO的值，

A = 1 / R1

因此，由式求RO值，可得：

為了使輸出電流相對于負載電阻的輸出電壓恒定或獨立，我們必須達到平衡橋條件，即

Howland電流泵的仿真

Howland電路是一種理想的電流源電路，它能使電流相對于負載電阻或電壓的變化保持恒定。在下面的模擬視頻中，你可以看到電流的值是恒定的，而不管RL。在這里，模擬運行三次，負載電阻的三個不同值，即1k， 2k和3k，但電阻上的電流保持不變，而不考慮電阻的值。在這里，我們得到了在每種情況下的9mA恒流輸出。

所需的組件

?運算放大器IC - LM741

?電阻- (3.9k - 2 no, 1K- 3 no)

?電路試驗板

?9 v供應

?連接電線

運算放大器IC LM741

LM741運算放大器是一種直流耦合高增益電子電壓放大器。它是一個有8個引腳的小芯片。使用運算放大器IC作為比較器，比較兩個信號，即反相信號和非反相信號。在運算放大器IC 741中，PIN2為反相輸入端，PIN3為非反相輸入端。這個IC的輸出引腳是PIN6。該集成電路的主要功能是在各種電路中進行數(shù)學運算。

當非反相輸入電壓(+)高于反相輸入電壓(-)時，比較器輸出為高。如果反相輸入端(-)的電壓高于非反相端(+)，則輸出為LOW。在這個無線開關電路中，LM741用于向IC 4017提供從低到高的時鐘脈沖，每次通過LDR時。點擊這里了解更多關于運算放大器741的信息。

LM741的引腳圖

LM741引腳配置

測試Howland電流泵硬件

根據(jù)歐姆定律，增加負載電阻值也會改變負載上的電壓。但一個理想的電源應該保持恒定的電流流過負載電阻。下面是測試Howland電流泵電路的硬件設置，這里的9v電源是通過RPS(穩(wěn)壓電源)提供的，但9v電池也可以用于測試。在這里，我們用2k和3.9k的負載電阻測試了電路，并使用數(shù)字萬用表測量了負載上的電流。如下圖所示，兩種情況下電流都保持恒定。