- Základný obvodový diagram prúdového čerpadla Howland
- Simulácia prúdovej pumpy Howland
- Vyžaduje sa komponent
- OP-zosilňovač IC LM741
- Testovanie hardvéru Howland Current Pump
- Aplikácia Howland Current Pump
Jednoduchý zdroj prúdu nie je dokonalý pre premenné zaťaženia, pretože prúd cez záťaž sa tiež mení s odporom záťaže. Riešením tohto problému je zdroj konštantného prúdu, ako napríklad Howland Current Pump Circuit.
Howland Aktuálne Pump bol vynájdený v roku 1962 profesor Bradford Howland z MIT. Skladá sa z operačného zosilňovača IC a vyváženého rezistorového mostíka na udržanie konštantnej hodnoty prúdu pri zaťažení, aj keď sa hodnota odporu záťaže mení. Tu pochopíme základné fungovanie a obvod zdroja Howland Current postavením na hardvéri.
Základný obvodový diagram prúdového čerpadla Howland
Teraz pomocou Kirchhoffovho súčasného zákona a Ohmovho zákona vidíme, že výstupný prúd sa rovná súčtu vstupného prúdu a prúdu cez rezistor R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (rovnica 1)
R 1 a R 2 s op-amp sa tvorí neinvertujúci zosilňovač s ohľadom na zaťaženie napätie V L. Takto dostaneme
V = (1 + R 4 / R 3) V L… (rovnica 2)
Dajte hodnotu V A z rovnice (2) do rovnice (1), aj o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Teraz, pri riešení a uvedení hodnoty i o = AV 1 - V L / R O, Tam, kde A = 1 / R 1
Vyhodnotením R O z rovnice teda dostaneme:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Na to, aby bol výstupný prúd konštantný alebo nezávislý od výstupného napätia záťažového odporu, musíme dosiahnuť stav balančného mostíka, ktorý je
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulácia prúdovej pumpy Howland
Obvod Howland je ideálny obvod zdroja prúdu, ktorý udržuje konštantný prúd vzhľadom na zmenu odporu záťaže alebo napätia v ňom. V nižšie simulácie videu môžete vidieť, že hodnota prúdu je konštantná bez ohľadu na R L. Tu sa simulácia spustí trikrát s tromi rôznymi hodnotami zaťažovacieho odporu, tj. 1k, 2k a 3k, ale prúd cez rezistor zostáva konštantný bez ohľadu na hodnotu rezistora. Tu dostávame výstup konštantného prúdu 9mA za každých podmienok.
Vyžaduje sa komponent
- Operačný zosilňovač IC - LM741
- Rezistor - (3,9 k - 2 nosy, 1 K - 3 nosy)
- Nepál
- Napájanie 9V
- Pripojenie drôtov
OP-zosilňovač IC LM741
Operačný zosilňovač LM741 je jednosmerne viazaný elektronický zosilňovač vysokého napätia. Je to malý čip s 8 pinmi. Ako komparátor sa používa operačný zosilňovač IC, ktorý porovnáva dva signály, invertujúci a neinvertujúci signál. V zosilňovači IC 741 je PIN2 invertujúci vstupný terminál a PIN3 je neinvertujúci vstupný terminál. Výstupný pin tohto integrovaného obvodu je PIN6. Hlavnou funkciou tohto integrovaného obvodu je vykonávanie matematických operácií v rôznych obvodoch.
Keď je napätie na neinvertujúcom vstupe (+) vyššie ako napätie na invertujúcom vstupe (-), potom je výstup komparátora vysoký. A ak je napätie invertujúceho vstupu (-) vyššie ako neinvertujúci koniec (+), potom je výstup LOW. V tomto bezdrôtovom prepínacom obvode sa LM741 používa na zabezpečenie nízko-vysokého taktovacieho impulzu pre IC 4017 vždy, keď človek prejde rukou po LDR. Viac informácií o Op-amp 741 sa dozviete tu.
Kolíková schéma LM741
Konfigurácia kolíka LM741
|
PIN Č. |
Popis kódu PIN |
|
1 |
Ofset nulový |
|
2 |
Invertujúca (-) vstupná svorka |
|
3 |
neinvertujúca (+) vstupná svorka |
|
4 |
záporné napájanie (-VCC) |
|
5 |
offset null |
|
6 |
Pin výstupného napätia |
|
7 |
kladné napájanie (+ VCC) |
|
8 |
nepripojený |
Testovanie hardvéru Howland Current Pump
Podľa Ohmovho zákona sa zvýšením hodnoty odporu záťaže zmení aj napätie na ňom. Ideálny zdroj by však mal udržiavať konštantné množstvo prúdu pretekajúceho záťažovým odporom. Nižšie je uvedené hardvérové nastavenie na testovanie obvodu súčasného čerpadla Howland, tu je napájanie 9v napájané cez RPS (regulovaný zdroj napájania), ale na testovanie je možné použiť aj 9v batériu. Tu sme testovali obvod so záťažovým odporom 2k a 3,9k a zmerali sme prúd cez záťaž pomocou digitálneho multimetra. Ako je znázornené na obrázkoch nižšie, prúd zostáva konštantný v obidvoch podmienkach.
Rezistor je možné nahradiť aj nejakým aktívnym zaťažením, ako je motor alebo LED. Kompletné demonštračné video čerpadla Howland Current Pump je uvedené nižšie.
Aplikácia Howland Current Pump
Ďalej uvádzame niekoľko aplikácií pre prúdové čerpadlo Howland:
- Testovanie ďalších zariadení
- Experimentovanie
- Skúška výroby
- Predpínacie diódy a tranzistory
- Na nastavenie skúšobných podmienok