Howland Strompumpenkreis

Die einfache Stromquelle ist nicht perfekt für variable Lasten, da sich der Strom durch die Last auch mit dem Lastwiderstand ändert. Die Lösung für dieses Problem ist eine Konstantstromquelle wie der Howland Current Pump Circuit.

Die Howland Current Pump wurde 1962 von Professor Bradford Howland vom MIT erfunden. Es besteht aus einem Operationsverstärker-IC und einer symmetrischen Widerstandsbrücke, um den konstanten Stromwert durch die Last aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich der Wert des Lastwiderstands ändert. Hier werden wir die grundlegende Funktionsweise und Schaltung der Howland-Stromquelle verstehen, indem wir sie auf Hardware aufbauen.

Grundlegender Schaltplan der Howland-Strompumpe

Wenn wir nun das Kirchhoffsche Stromgesetz und das Ohmsche Gesetz anwenden, sehen wir, dass der Ausgangsstrom gleich der Summe des Eingangsstroms und des Stroms durch den Widerstand R4 ist.

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

R ₁ und R ₂ mit Operationsverstärker sind, einen nicht-invertierenden Verstärker mit Bezug auf die Lastspannung V bildenden _L. So bekommen wir

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

Setzen Sie den Wert von V _A von Gleichung (2) Gleichung (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Wenn Sie nun den Wert von i _o = AV ₁ - V _L / R _O lösen und setzen, Wobei A = 1 / R ₁

Wenn wir also R _O aus der Gleichung auswerten, erhalten wir:

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

Um den Ausgangsstrom in Bezug auf die Ausgangsspannung des Lastwiderstands konstant oder unabhängig zu machen, müssen wir die Ausgleichsbrückenbedingung erreichen, nämlich

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Simulation der Howland-Strompumpe

Die Howland-Schaltung ist eine ideale Stromquellenschaltung, die den Strom in Bezug auf die Änderung des Lastwiderstands oder der Spannung über ihr konstant hält. Im folgenden Simulationsvideo sehen Sie, dass der Stromwert unabhängig von R _L konstant ist. Hier wird die Simulation dreimal mit drei verschiedenen Werten des Lastwiderstands ausgeführt, dh 1k, 2k und 3k, aber der Strom über dem Widerstand bleibt unabhängig vom Widerstandswert konstant. Hier erhalten wir unter allen Bedingungen die Konstantstromleistung von 9mA.

Komponente erforderlich

• Operationsverstärker-IC - LM741
• Widerstand - (3,9 k - 2 Nr., 1 K - 3 Nr.)
• Steckbrett
• 9V Versorgung
• Kabel anschließen

OP-Amp IC LM741

Der Operationsverstärker LM741 ist ein DC-gekoppelter elektronischer Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung. Es ist ein kleiner Chip mit 8 Pins. Ein Operationsverstärker-IC wird als Komparator verwendet, der die beiden Signale, das invertierende und das nichtinvertierende Signal, vergleicht. Im Operationsverstärker-IC 741 ist PIN2 ein invertierender Eingangsanschluss und PIN3 ist ein nicht invertierender Eingangsanschluss. Der Ausgangspin dieses IC ist PIN6. Die Hauptfunktion dieses IC besteht darin, die mathematische Operation in verschiedenen Schaltungen durchzuführen.

Wenn die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) höher ist als die Spannung am invertierenden Eingang (-), ist der Ausgang des Komparators hoch. Und wenn die Spannung des invertierenden Eingangs (-) höher ist als das nicht invertierende Ende (+), ist der Ausgang NIEDRIG. In dieser drahtlosen Schaltschaltung wird LM741 verwendet, um den IC 4017 für jedes Mal, wenn eine Hand über den LDR geführt wird, den Impuls für den niedrigen bis hohen Takt zu liefern. Erfahren Sie hier mehr über den Operationsverstärker 741.

Pin-Diagramm des LM741

Pin-Konfiguration des LM741

PIN NR.	PIN Beschreibung
1	Offset null
2	Invertierender (-) Eingangsanschluss
3	nicht invertierender (+) Eingangsanschluss
4	negative Spannungsversorgung (-VCC)
5	Offset null
6	Ausgangsspannungsstift
7	positive Spannungsversorgung (+ VCC)
8	nicht verbunden

Testen der Howland Current Pump-Hardware

Nach dem Ohmschen Gesetz ändert sich durch Erhöhen des Lastwiderstands auch die Spannung darüber. Eine ideale Quelle sollte jedoch eine konstante Strommenge aufrechterhalten, die durch den Lastwiderstand fließt. Im Folgenden finden Sie die Hardware-Konfiguration zum Testen des Howland-Strompumpenkreises. Hier erfolgt die 9-V-Stromversorgung über ein RPS (Regulated Power Supply). Zum Testen kann jedoch auch eine 9-V-Batterie verwendet werden. Hier haben wir die Schaltung mit einem Lastwiderstand von 2k und 3,9k getestet und den Strom über die Last mit einem digitalen Multimeter gemessen. Wie in den folgenden Bildern gezeigt, bleibt der Strom unter beiden Bedingungen konstant.

Der Widerstand kann auch durch eine aktive Last wie Motor oder LED ersetzt werden. Das vollständige Demonstrationsvideo der Howland Current Pump ist unten angegeben.

Anwendung der Howland Current Pump

Nachfolgend einige Anwendungen für die Howland Current Pump:

• Testen anderer Geräte
• Experimentieren
• Produktionstest
• Vorspannungsdioden und Transistoren
• Zum Einstellen der Testbedingungen