Howland strömpumpkrets

Den enkla strömkällan är inte perfekt för variabla belastningar eftersom strömgenomgången också ändras med belastningsmotståndet. Lösningen på detta problem är en konstant strömkälla som Howland Current Pump Circuit.

Den Howland Current Pump uppfanns 1962 av professor Bradford Howland från MIT. Den består av en operationsförstärkare IC och en balanserad motståndsbrygga för att bibehålla det konstanta strömvärdet även om belastningen även om värdet på belastningsmotståndet ändras. Här kommer vi att förstå det grundläggande arbetet och kretsen för Howland Current Source genom att bygga den på hårdvara.

Grundläggande Howland-strömkretsschema

Nu, genom att tillämpa Kirchhoffs nuvarande lag och Ohms lag, ser vi att utströmmen är lika med summan av ingångsströmmen och strömmen genom motståndet R4.

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

R ₁ och R ₂ med op-förstärkare bildar en icke-inverterande förstärkare med avseende på lastspänningen V _L. Således får vi

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

Sätta värdet på V _A från ekvation (2) till ekvation (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Nu, när vi löser och sätter värdet på i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Där A = 1 / R ₁

Därför kommer vi att utvärdera R _O från ekvationen:

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

För att göra utgångsströmmen konstant eller oberoende i förhållande till utgångsspänningen för lastmotstånd måste vi uppnå balansbroförhållandet, vilket är

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Simulering av Howland Current Pump

Howland-krets är en idealisk strömkällkrets som bibehåller strömkonstanten med avseende på förändring i belastningsmotståndet eller spänningen över den. I nedanstående simulering video kan du se att värdet på strömmen är konstant oavsett R _L. Här körs simuleringen tre gånger med tre olika värden för belastningsmotstånd dvs 1k, 2k och 3k men strömmen över motståndet förblir konstant oavsett motståndsvärde. Här får vi den konstanta strömeffekten på 9 mA i alla förhållanden.

Komponent krävs

• Op-amp IC - LM741
• Motstånd - (3.9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
• Bakbord
• 9V försörjning
• Anslutande ledningar

OP-amp IC LM741

LM741 operationsförstärkare är en DC-kopplad elektronisk spänningsförstärkare med hög förstärkning. Det är ett litet chip med 8 stift. En operationsförstärkare IC används som en komparator som jämför de två signalerna, den inverterande och icke-inverterande signalen. I Op-amp IC 741 är PIN2 en inverterande ingångsterminal och PIN3 är en icke-inverterande ingångsterminal. Utgångsstiftet på denna IC är PIN6. Huvudfunktionen för denna IC är att göra den matematiska operationen i olika kretsar.

När spänningen vid icke-inverterande ingång (+) är högre än spänningen vid inverterande ingång (-), är utgången från komparatorn hög. Och om spänningen för inverterande ingång (-) är högre än den icke-inverterande änden (+), så är utgången LÅG. I den här trådlösa omkopplingskretsen används LM741 för att tillhandahålla låg till hög klockpuls till IC 4017, för varje gång man lämnar en hand över LDR. Läs mer om Op-amp 741 här.

Stiftdiagram för LM741

Pin-konfiguration av LM741

PIN-KOD	PIN-beskrivning
1	Offset null
2	Inverterande (-) ingångsterminal
3	icke-inverterande (+) ingångsterminal
4	negativ spänningsförsörjning (-VCC)
5	offset null
6	Utgångsspänningsstift
7	positiv spänningsförsörjning (+ VCC)
8	ej ansluten

Testa Howland Current Pump Hardware

Enligt ohms lag kommer att öka värdet på belastningsmotstånd också spänningen över den. Men en idealisk källa bör bibehålla konstant ström som strömmar genom lastmotståndet. Nedan är hårdvaruinställningen för att testa Howland strömpumpkrets, här ges 9v strömförsörjning via en RPS (Regulated Power Supply) men ett 9v batteri kan också användas för testning. Här har vi testat kretsen med ett belastningsmotstånd på 2k och 3,9k och mätt strömmen över lasten med en digital multimätare. Som visas i bilderna nedan förblir strömmen konstant under båda förhållandena.

Motståndet kan också bytas ut mot viss aktiv belastning som motor eller LED. Komplett demonstrationsvideo av Howland Current Pump ges nedan.

Tillämpning av Howland Current Pump

Nedan följer några applikationer för Howland Current Pump:

• Testa andra enheter
• Experimentera
• Produktionstest
• Förspänningsdioder och transistorer
• För inställning av testförhållanden