Схема струму насоса Howland

Просте джерело струму не ідеально підходить для змінних навантажень, оскільки струм навантаження також змінюється в залежності від опору навантаження. Рішенням цієї проблеми є постійне джерело струму, таке як схема струму насоса Howland.

Хоуленд Поточний насос був винайдений в 1962 році професор Бредфорд Гауленд з MIT. Він складається з діючого підсилювача ІС та збалансованого резисторного моста для підтримання постійного значення струму, хоча навантаження, навіть якщо значення опору навантаження змінюється. Тут ми зрозуміємо основну роботу та схему джерела струму Howland, побудувавши його на апаратному забезпеченні.

Основна схема електричного насоса Howland

Тепер, застосовуючи закон струму Кірхгофа та закон Ома, ми бачимо, що вихідний струм дорівнює сумі вхідного струму та струму через резистор R4.

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

R ₁ і R ₂ з ОУ формують неинвертирующий підсилювач з відносно напруги навантаження V _L. Таким чином, отримуємо

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

Покладіть значення V _A з рівняння (2) у рівняння (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Тепер, вирішуючи і ставлячи значення i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Де, A = 1 / R ₁

Отже, оцінюючи R _O з рівняння, ми отримаємо:

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

Для того, щоб зробити вихідний струм постійним або незалежним щодо вихідної напруги опору навантаження, ми повинні досягти умови балансирного мосту, яке

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Моделювання поточного насоса Howland

Схема Хоуленда - ідеальна схема джерела струму, яка підтримує постійну силу струму щодо зміни опору навантаження або напруги на ній. В нижче імітаційної відео ви можете побачити, що значення струму постійна і не залежить від R _L. Тут моделювання виконується тричі з трьома різними значеннями навантажувального резистора, тобто 1k, 2k і 3k, але сила струму на резисторі залишається незмінною незалежно від значення резистора. Тут ми отримуємо постійний струмовий вихід 9 мА в будь-якому стані.

Необхідний компонент

• Операційний підсилювач IC - LM741
• Резистор - (3.9k - 2 номери, 1K - 3 номери)
• Макет
• Постачання 9В
• Підключення проводів

OP-підсилювач IC LM741

Операційний підсилювач LM741 - це електронний підсилювач напруги з високим коефіцієнтом підсилення, що має постійний струм. Це невеликий чіп, що має 8 висновків. Операційний підсилювач IC використовується як компаратор, який порівнює два сигнали - інвертуючий та неінвертуючий сигнал. В Op-amp IC 741 PIN2 - це інвертуючий вхідний термінал, а PIN3 - неінвертуючий вхідний термінал. Вихідним штифтом цієї мікросхеми є PIN6. Основна функція цієї мікросхеми - виконувати математичну операцію в різних схемах.

Коли напруга на неінвертуючому вході (+) вище напруги на інвертуючому вході (-), тоді вихід компаратора є високим. І якщо напруга інвертуючого входу (-) вище, ніж неінвертуючий кінець (+), то вихідний сигнал НИЗКИЙ. У цій бездротовій комутаційній схемі LM741 використовується для подачі імпульсу від низького до високого тактового частоти до IC 4017 для кожного разу, коли людина проходить рукою по LDR. Дізнайтеся більше про Op-amp 741 тут.

Схема контактів LM741

Конфігурація контактів LM741

ПІН-код НІ.	Опис PIN-коду
1	Зсув нульовий
2	Інвертуючий (-) вхідний термінал
3	неінвертуючий (+) вхідний термінал
4	живлення негативної напруги (-VCC)
5	зміщення нуль
6	Висновок вихідної напруги
7	Позитивна напруга (+ VCC)
8	не під'єднано

Тестування апаратного забезпечення насоса Howland

Відповідно до закону Ома, збільшення значення опору навантаження також змінить напругу на ньому. Але ідеальне джерело повинно підтримувати постійну величину струму, що протікає через опір навантаження. Нижче наведена апаратна установка для перевірки схеми струму насоса Howland, тут джерело живлення 9 В подається через RPS (регульоване джерело живлення), але для тестування також може використовуватися батарея 9 В. Тут ми протестували схему з опором навантаження 2k та 3,9k та виміряли струм на навантаженні за допомогою цифрового багатомірного вимірювача. Як показано на малюнках нижче, струм залишається постійним в обох умовах.

Резистор також можна замінити деяким активним навантаженням, таким як двигун або світлодіод. Повне демонстраційне відео поточного насоса Howland подано нижче.

Застосування поточного насоса Howland

Нижче наведено кілька додатків для поточного насоса Howland:

• Тестування інших пристроїв
• Експериментувати
• Виробничий тест
• Зміщувальні діоди та транзистори
• Для встановлення умов випробування