- Grundlæggende Howland nuværende pumpekredsløbsdiagram
- Simulering af Howland nuværende pumpe
- Komponent påkrævet
- OP-forstærker IC LM741
- Test af Howland Current Pump Hardware
- Anvendelse af Howland nuværende pumpe
Den enkle strømkilde er ikke perfekt til variabel belastning, da strømmen gennem belastning også ændres med belastningsmodstanden. Løsningen på dette problem er en konstant strømkilde som Howland Current Pump Circuit.
Den Howland Current Pumpe blev opfundet i 1962 af professor Bradford Howland fra MIT. Den består af en operationel forstærker IC og en afbalanceret modstandsbro for at opretholde den konstante strømværdi gennem belastningen, selvom værdien af belastningsmodstanden ændres. Her vil vi forstå det grundlæggende arbejde og kredsløb i Howland Current Source ved at bygge det på hardware.
Grundlæggende Howland nuværende pumpekredsløbsdiagram
Ved at anvende Kirchhoffs nuværende lov og Ohms lov ser vi nu, at udgangsstrømmen er lig med summen af indgangsstrømmen og strømmen gennem modstanden R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (ligning 1)
R 1 og R 2 med op-amp danner en ikke-inverterende forstærker med hensyn til belastningen spænding V L. Således får vi
V A = (1 + R 4 / R 3) V L … (ligning 2)
Sætte værdien af V A fra ligning (2) til ligning (1), i o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Nu ved at løse og sætte værdien af i o = AV 1 - V L / R O, Hvor, A = 1 / R 1
Derfor, når vi vurderer R O fra ligningen, får vi:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
For at gøre udgangsstrømmen konstant eller uafhængig i forhold til udgangsspændingen for belastningsmodstand, er vi nødt til at opnå balancebro-tilstanden, som er
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulering af Howland nuværende pumpe
Howland-kredsløb er et ideelt strømkildekredsløb, der opretholder strømkonstanten med hensyn til ændring i belastningsmodstanden eller spændingen over det. I nedenstående simulering video kan du se, at værdien af strømmen er konstant uanset R L. Her køres simuleringen tre gange med tre forskellige værdier af belastningsmodstand, dvs. 1k, 2k og 3k, men strømmen over modstanden forbliver konstant uanset modstandsværdi. Her får vi den konstante strømudgang på 9mA i enhver tilstand.
Komponent påkrævet
- Op-amp IC - LM741
- Modstand - (3.9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
- Brødbræt
- 9V forsyning
- Tilslutning af ledninger
OP-forstærker IC LM741
LM741 operationel forstærker er en DC-koblet elektronisk spændingsforstærker med høj forstærkning. Det er en lille chip med 8 ben. En operationel forstærker IC anvendes som en komparator, der sammenligner det to signal, det inverterende og ikke-inverterende signal. I Op-amp IC 741 er PIN2 en inverterende indgangsterminal og PIN3 er ikke-inverterende indgangsterminal. Udgangsstiften på denne IC er PIN6. Hovedfunktionen ved denne IC er at udføre den matematiske operation i forskellige kredsløb.
Når spændingen ved ikke-inverterende indgang (+) er højere end spændingen ved inverterende indgang (-), er udgangen fra komparatoren høj. Og hvis spændingen for inverterende input (-) er højere end den ikke-inverterende ende (+), så er output lav. I dette trådløse switch-kredsløb bruges LM741 til at levere lav til høj urpuls til IC 4017 for hver gang, når man sender en hånd over LDR. Lær mere om Op-amp 741 her.
Pin diagram af LM741
Pin-konfiguration af LM741
|
PIN-NR. |
PIN-beskrivelse |
|
1 |
Offset null |
|
2 |
Inverterende (-) indgangsterminal |
|
3 |
ikke-inverterende (+) indgangsterminal |
|
4 |
negativ spændingsforsyning (-VCC) |
|
5 |
offset null |
|
6 |
Udgangsspændingsstift |
|
7 |
positiv spændingsforsyning (+ VCC) |
|
8 |
ikke forbundet |
Test af Howland Current Pump Hardware
Ifølge ohm's lov vil øge værdien af belastningsmodstand også ændre spændingen over den. Men en ideel kilde skal opretholde en konstant strømmængde, der strømmer gennem belastningsmodstanden. Nedenfor er hardwareopsætningen for at teste Howland nuværende pumpekredsløb, her gives 9v strømforsyningen via en RPS (reguleret strømforsyning), men et 9v batteri kan også bruges til test. Her har vi testet kredsløbet med en belastningsmodstand på 2k og 3,9k og målt strømmen over belastningen ved hjælp af et digitalt multimeter. Som vist i nedenstående billeder forbliver strømmen konstant under begge forhold.
Modstanden kan også udskiftes med en aktiv belastning som motor eller LED. Komplet demonstrationsvideo af Howland Current Pump er angivet nedenfor.
Anvendelse af Howland nuværende pumpe
Nedenfor er nogle applikationer til Howland Current Pump:
- Test af andre enheder
- Eksperimenterer
- Produktionstest
- Forspændende dioder og transistorer
- Til indstilling af testbetingelser