- Βασικό διάγραμμα κυκλώματος αντλίας Howland
- Προσομοίωση αντλίας ρεύματος Howland
- Απαιτείται συστατικό
- OP-amp IC LM741
- Δοκιμή του υλικού αντλίας ρεύματος Howland
- Εφαρμογή της αντλίας ρεύματος Howland
Η απλή πηγή ρεύματος δεν είναι ιδανική για μεταβλητά φορτία καθώς το ρεύμα μέσω φορτίου αλλάζει επίσης με την αντίσταση φορτίου. Η λύση για αυτό το πρόβλημα είναι μια πηγή σταθερού ρεύματος όπως το κύκλωμα αντλίας ρεύματος Howland.
Το Howland Current Pump εφευρέθηκε το 1962 από τον καθηγητή Bradford Howland από το MIT. Αποτελείται από ένα λειτουργικό ενισχυτή IC και μια ισορροπημένη γέφυρα αντίστασης για τη διατήρηση της σταθερής τρέχουσας τιμής, αν και το φορτίο, ακόμη και αν η τιμή της αντίστασης φορτίου αλλάξει. Εδώ θα κατανοήσουμε τη βασική λειτουργία και το κύκλωμα του Howland Current Source, κατασκευάζοντάς το σε υλικό.
Βασικό διάγραμμα κυκλώματος αντλίας Howland
Τώρα, εφαρμόζοντας τον ισχύοντα νόμο του Kirchhoff και τον νόμο του Ohm, βλέπουμε ότι το ρεύμα εξόδου είναι ίσο με το άθροισμα του ρεύματος εισόδου και του ρεύματος μέσω της αντίστασης R4
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (εξίσωση 1)
R 1 και R 2 με op-amp είναι σχηματίζοντας έναν μη αναστροφής του ενισχυτή σε σχέση με την τάση φορτίου V L. Έτσι, παίρνουμε
V A = (1 + R 4 / R 3) V L … (εξίσωση 2)
Βάλτε την τιμή του V A από την εξίσωση (2) στην εξίσωση (1), i o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Τώρα, για την επίλυση και την τοποθέτηση της τιμής i o = AV 1 - V L / R O, Όπου, A = 1 / R 1
Επομένως, αξιολογώντας το R O από την εξίσωση, θα πάρουμε:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Για να κάνουμε το ρεύμα εξόδου σταθερό ή ανεξάρτητο σε σχέση με την τάση εξόδου της αντίστασης φορτίου, πρέπει να επιτύχουμε την κατάσταση της γέφυρας ισορροπίας, η οποία είναι
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Προσομοίωση αντλίας ρεύματος Howland
Το κύκλωμα Howland είναι ένα ιδανικό κύκλωμα πηγής ρεύματος που διατηρεί τη σταθερά ρεύματος σε σχέση με την αλλαγή στην αντίσταση φορτίου ή την τάση σε όλη του. Στο βίντεο που ακολουθεί προσομοίωση μπορείτε να δείτε ότι η τιμή του ρεύματος είναι σταθερή ανεξάρτητα από το R L. Εδώ, η προσομοίωση εκτελείται τρεις φορές με τρεις διαφορετικές τιμές αντίστασης φορτίου, δηλαδή 1k, 2k και 3k, αλλά το ρεύμα σε όλη την αντίσταση παραμένει η σταθερά ανεξάρτητα από την τιμή της αντίστασης. Εδώ λαμβάνουμε τη σταθερή τρέχουσα έξοδο 9mA σε κάθε κατάσταση.
Απαιτείται συστατικό
- Op-amp IC - LM741
- Αντίσταση - (3,9k - 2 nos, 1K - 3 nos)
- Ψωμί
- Προμήθεια 9V
- Σύνδεση καλωδίων
OP-amp IC LM741
Ο λειτουργικός ενισχυτής LM741 είναι ένας ηλεκτρονικός ενισχυτής υψηλής τάσης συνδεδεμένος με DC. Είναι ένα μικρό τσιπ που έχει 8 ακίδες. Ένας λειτουργικός ενισχυτής IC χρησιμοποιείται ως συγκριτής που συγκρίνει τα δύο σήματα, το σήμα αντιστροφής και μη αντιστροφής. Στο Op-amp IC 741 το PIN2 είναι ένα τερματικό εισόδου αντιστροφής και το PIN3 είναι ένα τερματικό εισόδου μη αναστροφής. Ο ακροδέκτης εξόδου αυτού του IC είναι PIN6. Η κύρια λειτουργία αυτού του IC είναι να κάνει τη μαθηματική λειτουργία σε διάφορα κυκλώματα.
Όταν η τάση στην είσοδο μη αναστροφής (+) είναι υψηλότερη από την τάση στην είσοδο αναστροφής (-), τότε η έξοδος του συγκριτή είναι υψηλή. Και αν η τάση της εισόδου αναστροφής (-) είναι υψηλότερη από το άκρο που δεν αντιστρέφει (+), τότε η έξοδος είναι χαμηλή. Σε αυτό το ασύρματο κύκλωμα διακόπτη, το LM741 χρησιμοποιείται για την παροχή παλμού χαμηλού έως υψηλού ρολογιού στο IC 4017, για κάθε φορά που κάποιος περνάει ένα χέρι πάνω από το LDR. Μάθετε περισσότερα για το Op-amp 741 εδώ.
Διάγραμμα καρφιτσών του LM741
Διαμόρφωση καρφίτσας του LM741
|
PIN αριθ. |
Περιγραφή PIN |
|
1 |
Μηδενική αντιστάθμιση |
|
2 |
Τερματικό εισόδου αναστροφής (-) |
|
3 |
τερματικό εισόδου χωρίς αναστροφή (+) |
|
4 |
παροχή αρνητικής τάσης (-VCC) |
|
5 |
αντιστάθμιση μηδέν |
|
6 |
Καρφίτσα τάσης εξόδου |
|
7 |
παροχή θετικής τάσης (+ VCC) |
|
8 |
μη συνδεδεμένο |
Δοκιμή του υλικού αντλίας ρεύματος Howland
Σύμφωνα με το νόμο του ohm, η αύξηση της τιμής της αντίστασης φορτίου θα αλλάξει επίσης την τάση που διασχίζει. Αλλά μια ιδανική πηγή πρέπει να διατηρεί σταθερή ποσότητα ρεύματος που ρέει μέσω της αντίστασης φορτίου. Ακολουθεί η ρύθμιση υλικού για τη δοκιμή του κυκλώματος αντλίας Howland, εδώ η τροφοδοσία 9v παρέχεται μέσω RPS (Ρυθμιζόμενη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος) αλλά μια μπαταρία 9v μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για δοκιμή. Εδώ, δοκιμάσαμε το κύκλωμα με αντίσταση φορτίου 2k και 3,9k και μετρήσαμε το ρεύμα σε όλο το φορτίο χρησιμοποιώντας ψηφιακό multi-meter. Όπως φαίνεται στις παρακάτω εικόνες, το ρεύμα παραμένει σταθερό και στις δύο συνθήκες.
Η αντίσταση μπορεί επίσης να αντικατασταθεί με κάποιο ενεργό φορτίο όπως κινητήρας ή LED. Το πλήρες βίντεο επίδειξης της αντλίας ρεύματος Howland δίνεται παρακάτω.
Εφαρμογή της αντλίας ρεύματος Howland
Ακολουθούν μερικές εφαρμογές για την αντλία ρεύματος Howland:
- Δοκιμή άλλων συσκευών
- Πειραματισμός
- Δοκιμή παραγωγής
- Πόλη διόδων και τρανζίστορ
- Για τον καθορισμό συνθηκών δοκιμής