Howland-virtapumppupiiri

Yksinkertainen virtalähde ei ole täydellinen vaihteleville kuormille, koska kuorman läpi kulkeva virta muuttuu myös kuormitusvastuksen mukana. Ratkaisu tähän ongelmaan on vakiovirtalähde, kuten Howland Current Pump Circuit.

Howland virtapumppu keksittiin vuonna 1962 professori Bradford Howland MIT. Se koostuu operatiivisesta vahvistinpiiristä ja tasapainotetusta vastussillasta, jotta vakio virta-arvo säilyy kuormalla, vaikka kuormitusvastuksen arvo muuttuisi. Täällä ymmärrämme Howlandin nykyisen lähteen perustoiminnan ja piirin rakentamalla sen laitteistolle.

Howlandin nykyinen pumpun virtapiirikaavio

Nyt soveltamalla Kirchhoffin nykyistä lakia ja Ohmin lakia näemme, että lähtövirta on yhtä suuri kuin tulovirran ja vastuksen R4 läpi kulkevan virran summa.

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

R ₁ ja R ₂, jossa on op-amp on muodostaa ei-kääntävän vahvistinasteen suhteessa kuorman jännite V _L. Siten saamme

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

Laita V _A: n arvo yhtälöstä (2) yhtälöön (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Nyt kun ratkaistaan ​​ja asetetaan arvo i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Jossa A = 1 / R ₁

Siten arvioimalla R _O yhtälöstä, saamme:

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

Jotta lähtövirta olisi vakio tai riippumaton kuormitusvastuksen lähtöjännitteestä, meidän on saavutettava tasapainosillan tila, joka on

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Howlandin nykyisen pumpun simulointi

Howland-piiri on ihanteellinen virtalähdepiiri, joka pitää virran vakiona suhteessa sen kuormitusvastuksen tai jännitteen muutokseen. Alla olevassa simulointivideossa näet, että virran arvo on vakio riippumatta R _{L: stä}. Tällöin simulaatio suoritetaan kolme kertaa kolmella eri kuormitusvastuksen arvolla eli 1k, 2k ja 3k, mutta vastuksen yli kulkeva virta pysyy vakiona vastuksen arvosta riippumatta. Täällä saamme 9 mA: n vakiovirtalähdön kaikissa olosuhteissa.

Komponentti vaaditaan

• Op-amp IC - LM741
• Vastus - (3.9k - 2 nos, 1K - 3 nos)
• Leipälauta
• 9 V: n syöttö
• Johtojen liittäminen

OP-vahvistimen IC LM741

LM741-operaatiovahvistin on DC-kytketty suurivahvistettu elektroninen jännitevahvistin. Se on pieni siru, jossa on 8 nastaa. Operatiivista vahvistin-IC: tä käytetään vertailijana, joka vertaa kahta signaalia, käänteistä ja ei-invertoivaa signaalia. Op-amp IC: ssä 741 PIN2 on käänteinen tuloliitin ja PIN3 on ei-invertoiva tuloliitin. Tämän IC: n lähtötappi on PIN6. Tämän IC: n päätehtävä on suorittaa matemaattinen operaatio eri piireissä.

Kun jännite ei-invertoivassa tulossa (+) on suurempi kuin invertoivan tulon (-) jännite, vertailijan lähtö on korkea. Ja jos käänteisen tulon (-) jännite on suurempi kuin ei-käänteinen pää (+), niin lähtö on MATALA. Tässä langattomassa kytkentäpiirissä LM741: tä käytetään tarjoamaan matalan tai korkean kellopulssin IC 4017: lle joka kerta, kun käsi välitetään LDR: n yli. Lue lisää Op-amp 741: stä täältä.

LM741: n piikkikaavio

LM741-nastan kokoonpano

PIN-NRO.	PIN-koodi
1	Offset nolla
2	Käänteinen (-) tuloliitin
3	ei-invertoiva (+) -tuloliitin
4	negatiivinen jännitesyöttö (-VCC)
5	offset nolla
6	Lähtöjännitetappi
7	positiivinen jännitesyöttö (+ VCC)
8	ei yhteyttä

Howlandin nykyisen pumpun laitteiston testaus

Ohmin lain mukaan kuormitusvastuksen arvon nostaminen muuttaa myös sen jännitettä. Mutta ihanteellisen lähteen tulisi ylläpitää vakiomäärä virtaa, joka kulkee kuormitusvastuksen läpi. Alla on laitteistoasetukset Howland-virtapumppupiirin testaamiseksi, tässä 9v-virtalähde annetaan RPS: n (Regulated Power Supply) kautta, mutta 9v-akkua voidaan käyttää myös testaukseen. Tässä olemme testanneet piirin kuormitusresistanssilla 2k ja 3.9k ja mitanneet kuorman yli olevan virran digitaalisella monimittarilla. Kuten alla olevista kuvista näkyy, virta pysyy vakiona molemmissa olosuhteissa.

Vastus voidaan myös korvata aktiivisella kuormalla, kuten moottorilla tai LEDillä. Täydellinen esittelyvideo Howland Current Pumpista on annettu alla.

Howlandin nykyisen pumpun käyttö

Seuraavassa on joitain Howland Current Pump -sovelluksia:

• Testataan muita laitteita
• Kokeilu
• Tuotantotesti
• Esijännitysdiodit ja transistorit
• Testiolosuhteiden asettamiseksi