- Basisstroomschema van de Howland-pomp
- Simulatie van Howland Current Pump
- Component vereist
- OP-versterker IC LM741
- Testen van de Howland huidige pomphardware
- Toepassing van Howland Current Pump
De eenvoudige stroombron is niet perfect voor variabele belastingen, omdat de stroom door belasting ook verandert met de belastingsweerstand. De oplossing voor dit probleem is een constante stroombron zoals Howland Current Pump Circuit.
De Howland Current Pump werd in 1962 uitgevonden door professor Bradford Howland van MIT. Het bestaat uit een operationele versterker-IC en een gebalanceerde weerstandsbrug om de constante stroomwaarde door de belasting te behouden, zelfs als de waarde van de belastingsweerstand verandert. Hier zullen we de basiswerking en het circuit van Howland Current Source begrijpen door het op hardware te bouwen.
Basisstroomschema van de Howland-pomp
Door nu de huidige wet van Kirchhoff en de wet van Ohm toe te passen, zien we dat de uitgangsstroom gelijk is aan de som van de ingangsstroom en de stroom door de weerstand R4.
i o = ik 1 + ik 2 ik o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (vergelijking 1)
R 1 en R 2 met een op-amp zijn die een niet-inverterende versterker ten opzichte van de belasting V L. Zo krijgen we
V A = (1 + R 4 / R 3) V L … (vergelijking 2)
Zet de waarde van V A uit de vergelijking (2) tot vergelijking (1), ik o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Nu, bij het oplossen en zetten van de waarde van i o = AV 1 - V L / R O, Waar, A = 1 / R 1
Daarom, als we R O uit de vergelijking evalueren, krijgen we:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Om de uitgangsstroom constant of onafhankelijk te maken met betrekking tot de uitgangsspanning van de belastingsweerstand, moeten we de toestand van de balansbrug bereiken, namelijk
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulatie van Howland Current Pump
Howland-circuit is een ideaal stroombroncircuit dat de stroom constant houdt met betrekking tot verandering in de belastingsweerstand of spanning eroverheen. In onderstaande simulatie video kun je zien dat de waarde van de stroom constant, ongeacht de R L. Hier wordt de simulatie drie keer uitgevoerd met drie verschillende waarden van de belastingsweerstand, dwz 1k, 2k en 3k, maar de stroom over de weerstand blijft constant, ongeacht de weerstandswaarde. Hier krijgen we de constante stroomoutput van 9mA in alle omstandigheden.
Component vereist
- Op-amp IC - LM741
- Weerstand - (3,9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
- Breadboard
- 9V voeding
- Verbindingsdraden
OP-versterker IC LM741
De LM741 operationele versterker is een DC-gekoppelde elektronische spanningsversterker met hoge versterking. Het is een kleine chip met 8 pinnen. Een operationele versterker IC wordt gebruikt als een comparator die de twee signalen, het inverterende en niet-inverterende signaal, vergelijkt. In Op-amp IC 741 is PIN2 een inverterende ingangsterminal en PIN3 is een niet-inverterende ingangsterminal. De outputpin van dit IC is PIN6. De belangrijkste functie van dit IC is om de wiskundige bewerking in verschillende circuits uit te voeren.
Als de spanning op de niet-inverterende ingang (+) hoger is dan de spanning op de inverterende ingang (-), dan is de uitgang van de comparator hoog. En als de spanning van de inverterende ingang (-) hoger is dan het niet-inverterende uiteinde (+), dan is de uitgang LAAG. In dit draadloze schakelcircuit wordt LM741 gebruikt om de lage naar hoge klokpuls aan IC 4017 te leveren, voor elke keer dat iemand een hand over de LDR gaat. Lees hier meer over Op-amp 741.
Pin diagram van LM741
Pinconfiguratie van LM741
|
PIN NR. |
PIN Beschrijving |
|
1 |
Offset nul |
|
2 |
Omkerende (-) ingangsklem |
|
3 |
niet-inverterende (+) ingangsklem |
|
4 |
negatieve voedingsspanning (-VCC) |
|
5 |
offset null |
|
6 |
Uitgangsspanning pin |
|
7 |
positieve voedingsspanning (+ VCC) |
|
8 |
niet verbonden |
Testen van de Howland huidige pomphardware
Volgens de wet van Ohm zal het verhogen van de waarde van de belastingsweerstand ook de spanning erover veranderen. Maar een ideale bron moet een constante hoeveelheid stroom behouden die door de belastingsweerstand vloeit. Hieronder ziet u de hardware-instellingen om het Howland-stroompompcircuit te testen, hier wordt de 9v-voeding geleverd via een RPS (Regulated Power Supply) maar een 9v-batterij kan ook worden gebruikt voor testen. Hier hebben we de schakeling getest met een belastingsweerstand van 2k en 3,9k, en de stroom over de belasting gemeten met een digitale multimeter. Zoals te zien is in onderstaande afbeeldingen, blijft de stroom constant in beide omstandigheden.
De weerstand kan ook worden vervangen door een actieve belasting zoals motor of LED. De volledige demonstratievideo van de Howland Current Pump wordt hieronder gegeven.
Toepassing van Howland Current Pump
Hieronder staan enkele toepassingen voor de Howland Current Pump:
- Andere apparaten testen
- Experimenteren
- Productietest
- Biasing-diodes en transistors
- Voor het stellen van testomstandigheden