Howland proudový obvod čerpadla

Jednoduchý zdroj proudu není ideální pro proměnné zátěže, protože proud přes zátěž se také mění s odporem zátěže. Řešením tohoto problému je zdroj konstantního proudu, jako je Howland Current Pump Circuit.

Howland Aktuální Pump byl vynalezen v roce 1962 profesor Bradford Howland z MIT. Skládá se z operačního zesilovače IC a vyváženého odporového můstku k udržení konstantní hodnoty proudu, i když se zátěž mění, i když se hodnota zátěžového odporu mění. Zde pochopíme základní fungování a obvod zdroje Howland Current tím, že jej postavíme na hardwaru.

Základní obvodové schéma proudového čerpadla Howland

Nyní uplatněním Kirchhoffova aktuálního zákona a Ohmova zákona vidíme, že výstupní proud se rovná součtu vstupního proudu a proudu procházejícího odporem R4.

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

R ₁ a R ₂ s op-amp se tvoří neinvertující zesilovač s ohledem na zatížení napětí V _L. Tak dostaneme

V = (1 + R ₄ / R ₃) V _L… (rovnice 2)

Umístěte hodnotu V _A z rovnice (2) do rovnice (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Nyní, při řešení a uvedení hodnoty i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Kde, A = 1 / R ₁

Vyhodnocením R _O z rovnice tedy dostaneme:

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

Aby byl výstupní proud konstantní nebo nezávislý na výstupním napětí zátěžového odporu, musíme dosáhnout stavu balančního můstku, který je

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Simulace proudové pumpy Howland

Howlandův obvod je ideální obvod zdroje proudu, který udržuje konstantní proud s ohledem na změnu odporu zátěže nebo napětí na něm. V níže simulace videu můžete vidět, že hodnota proudu je konstantní bez ohledu na R _L. Zde se simulace provádí třikrát se třemi různými hodnotami zatěžovacího odporu, tj. 1k, 2k a 3k, ale proud přes rezistor zůstává konstantní bez ohledu na hodnotu rezistoru. Zde získáváme konstantní proudový výstup 9mA za všech podmínek.

Komponenta požadována

• Operační zesilovač IC - LM741
• Rezistor - (3,9k - 2 nosy, 1K- 3 nosy)
• Nepájivá deska
• Napájení 9V
• Připojení vodičů

OP-zesilovač IC LM741

Operační zesilovač LM741 je stejnosměrný elektronický zesilovač vysokého zisku s vysokým ziskem. Je to malý čip s 8 piny. Jako komparátor se používá operační zesilovač IC, který porovnává dva signály, invertující a neinvertující signál. V operačním zesilovači IC 741 je PIN2 invertující vstupní terminál a PIN3 je neinvertující vstupní terminál. Výstupní pin tohoto IC je PIN6. Hlavní funkcí tohoto IC je provádět matematické operace v různých obvodech.

Pokud je napětí na neinvertujícím vstupu (+) vyšší než napětí na invertujícím vstupu (-), pak je výstup komparátoru vysoký. A pokud je napětí invertujícího vstupu (-) vyšší než neinvertující konec (+), pak je výstup LOW. V tomto bezdrátovém spínacím obvodu se LM741 používá k poskytování nízkého až vysokého taktovacího impulzu pro IC 4017, pokaždé, když člověk projde rukou po LDR. Další informace o operačním zesilovači 741 najdete zde.

Kolíkové schéma LM741

Konfigurace kolíku LM741

PIN Č.	Popis PIN
1	Offset null
2	Invertující (-) vstupní svorka
3	neinvertující (+) vstupní svorka
4	záporné napětí (-VCC)
5	offset null
6	Pin výstupního napětí
7	kladné napětí (+ VCC)
8	Nepřipojený

Testování hardwaru Howland Current Pump

Podle Ohmova zákona zvýšení hodnoty zátěžového odporu také změní napětí na něm. Ideální zdroj by však měl udržovat konstantní množství proudu protékajícího zátěžovým odporem. Níže je uvedeno nastavení hardwaru pro testování obvodu proudového čerpadla Howland, zde je 9V napájecí zdroj poskytován prostřednictvím RPS (Regulovaný napájecí zdroj), ale pro testování lze také použít 9V baterii. Zde jsme testovali obvod s odporem zátěže 2k a 3,9k a měřili proud napříč zátěží pomocí digitálního multimetru. Jak je ukázáno na obrázcích níže, proud zůstává konstantní za obou podmínek.

Rezistor lze také nahradit nějakou aktivní zátěží, jako je motor nebo LED. Kompletní ukázkové video Howland Current Pump je uvedeno níže.

Aplikace proudového čerpadla Howland

Níže uvádíme některé aplikace pro proudové čerpadlo Howland:

• Testování dalších zařízení
• Experimentování
• Výrobní test
• Předpínací diody a tranzistory
• Pro nastavení zkušebních podmínek