设计一个Howland电流泵电路

时间：2024-12-10 16:03:43

关键字：电流泵运算放大器平衡电阻器 LM741

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[导读]Howland电流泵是由麻省理工学院的Bradford Howland教授于1962年发明的。它由一个运算放大器IC和一个平衡电阻器桥组成，即使负载电阻值发生变化，也能在负载下保持恒定的电流值。在这里，我们将通过在硬件上构建Howland电流源来了解其基本工作原理和电路。

简单电流源对于可变负载并不理想，因为通过负载的电流也随着负载电阻的变化而变化。解决这个问题的方法是采用恒流源，如Howland电流泵电路。

Howland电流泵是由麻省理工学院的Bradford Howland教授于1962年发明的。它由一个运算放大器IC和一个平衡电阻器桥组成，即使负载电阻值发生变化，也能在负载下保持恒定的电流值。在这里，我们将通过在硬件上构建Howland电流源来了解其基本工作原理和电路。

基本Howland电流泵电路图

现在，通过应用基尔霍夫电流定律和欧姆定律，我们看到输出电流等于输入电流和通过电阻R4的电流之和。

R1和R2与运放形成一个相对于负载电压VL的非反相放大器。因此，我们得到

将VA的值从式(2)代入式(1)，

现在，解出io = AV1 - VL/RO的值，

A = 1 / R1

因此，由式求RO值，可得：

为了使输出电流相对于负载电阻的输出电压恒定或独立，我们必须达到平衡桥条件，即

Howland电流泵的仿真

Howland电路是一种理想的电流源电路，它能使电流相对于负载电阻或电压的变化保持恒定。在下面的模拟视频中，你可以看到电流的值是恒定的，而不管RL。在这里，模拟运行三次，负载电阻的三个不同值，即1k， 2k和3k，但电阻上的电流保持不变，而不考虑电阻的值。在这里，我们得到了在每种情况下的9mA恒流输出。

所需的组件

•运算放大器IC - LM741

•电阻- (3.9k - 2 no, 1K- 3 no)

•电路试验板

•9 v供应

•连接电线

运算放大器IC LM741

LM741运算放大器是一种直流耦合高增益电子电压放大器。它是一个有8个引脚的小芯片。使用运算放大器IC作为比较器，比较两个信号，即反相信号和非反相信号。在运算放大器IC 741中，PIN2为反相输入端，PIN3为非反相输入端。这个IC的输出引脚是PIN6。该集成电路的主要功能是在各种电路中进行数学运算。

当非反相输入电压(+)高于反相输入电压(-)时，比较器输出为高。如果反相输入端(-)的电压高于非反相端(+)，则输出为LOW。在这个无线开关电路中，LM741用于向IC 4017提供从低到高的时钟脉冲，每次通过LDR时。点击这里了解更多关于运算放大器741的信息。

LM741的引脚图

LM741引脚配置

测试Howland电流泵硬件

根据欧姆定律，增加负载电阻值也会改变负载上的电压。但一个理想的电源应该保持恒定的电流流过负载电阻。下面是测试Howland电流泵电路的硬件设置，这里的9v电源是通过RPS(稳压电源)提供的，但9v电池也可以用于测试。在这里，我们用2k和3.9k的负载电阻测试了电路，并使用数字万用表测量了负载上的电流。如下图所示，两种情况下电流都保持恒定。