วงจรปั๊มกระแส Howland

แหล่งกระแสอย่างง่ายไม่เหมาะสำหรับโหลดแบบแปรผันเนื่องจากกระแสผ่านโหลดก็เปลี่ยนไปตามความต้านทานต่อโหลด วิธีแก้ปัญหานี้คือแหล่งกระแสคงที่เช่น Howland Current Pump Circuit

ฮาวปั๊มปัจจุบันถูกคิดค้นขึ้นในปี 1962 โดยศาสตราจารย์แบรดฟอฮาวจากเอ็มไอที ประกอบด้วยIC แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้และบริดจ์ตัวต้านทานแบบสมดุลเพื่อรักษาค่ากระแสคงที่แม้ว่าโหลดแม้ว่าค่าของความต้านทานโหลดจะเปลี่ยนไปก็ตาม ที่นี่เราจะเข้าใจการทำงานพื้นฐานและวงจรของHowland Current Sourceโดยสร้างบนฮาร์ดแวร์

แผนภาพวงจรปั๊มกระแส Howland พื้นฐาน

ตอนนี้โดยใช้กฎปัจจุบันของ Kirchhoff และกฎของโอห์มเราจะเห็นว่ากระแสเอาต์พุตเท่ากับผลรวมของกระแสอินพุตและกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทาน R4

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

R ₁และ R ₂กับสหกรณ์แอมป์กำลังก่อตัวขึ้นเครื่องขยายเสียงที่ไม่ใช่ inverting เกี่ยวกับการโหลดแรงดัน V L ดังนั้นเราจึงได้รับ

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

ใส่ค่า V _Aจากสมการ (2) ถึงสมการ (1)

ผม_o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

ตอนนี้ในการแก้และวางค่าของฉัน_o = AV ₁ - V _L / R _O, โดยที่ A = 1 / R ₁

ดังนั้นการประเมิน R _Oจากสมการเราจะได้:

R _O = ร₂ / ((ร₂ / ร₁) - (ร₄ / ร₃))

สำหรับการทำให้กระแสเอาต์พุตคงที่หรือเป็นอิสระตามแรงดันขาออกของความต้านทานโหลดเราต้องบรรลุเงื่อนไขสะพานสมดุลซึ่งก็คือ

ร₄ / ร₃ = ร₂ / ร₁

การจำลองปั๊มกระแส Howland

วงจร Howland เป็นวงจรแหล่งกำเนิดกระแสในอุดมคติซึ่งจะรักษาค่าคงที่ของกระแสไฟฟ้าตามการเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดหรือแรงดันไฟฟ้า ในด้านล่างวิดีโอจำลองคุณจะเห็นว่าค่าของกระแสคงที่โดยไม่คำนึงถึง R L ที่นี่การจำลองจะทำงานสามครั้งโดยมีค่าตัวต้านทานโหลดที่แตกต่างกันสามค่าคือ 1k, 2k และ 3k แต่กระแสไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานยังคงเป็นค่าคงที่โดยไม่คำนึงถึงค่าตัวต้านทาน ที่นี่เราได้รับเอาต์พุตกระแสคงที่ 9mA ในทุกสภาวะ

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• ออปแอมป์ IC - LM741
• ตัวต้านทาน - (3.9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
• เขียงหั่นขนม
• 9 โวลต์ซัพพลาย
• การเชื่อมต่อสายไฟ

OP-amp IC LM741

แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ LM741 เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงแบบคู่ DC เป็นชิปขนาดเล็กที่มี 8 พิน IC แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้ถูกใช้เป็นตัวเปรียบเทียบซึ่งจะเปรียบเทียบสัญญาณทั้งสองสัญญาณกลับด้านและสัญญาณไม่กลับด้าน ใน Op-amp IC 741 PIN2 เป็นขั้วอินพุตแบบกลับด้านและ PIN3 ไม่ใช่ขั้วอินพุตที่ไม่กลับด้าน ขาเอาต์พุตของ IC นี้คือ PIN6 หน้าที่หลักของ IC นี้คือการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ในวงจรต่างๆ

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตไม่กลับด้าน (+) สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินพุท (-) เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะสูง และถ้าแรงดันไฟฟ้าของอินพุตกลับด้าน (-) สูงกว่าปลายที่ไม่กลับด้าน (+) แสดงว่าเอาต์พุตจะต่ำ ในวงจรสวิตช์ไร้สาย LM741 ใช้เพื่อให้สัญญาณพัลส์นาฬิกาต่ำถึงสูงไปยัง IC 4017 ในแต่ละครั้งเมื่อมีคนส่งผ่าน LDR เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Op-amp 741 ที่นี่

พินไดอะแกรมของ LM741

Pin Configuration ของ LM741

หมายเลข PIN	คำอธิบาย PIN
1	ออฟเซ็ตว่าง
2	ขั้วอินพุท Inverting (-)
3	ขั้วอินพุตแบบไม่กลับด้าน (+)
4	แหล่งจ่ายแรงดันลบ (-VCC)
5	ชดเชย null
6	ขาแรงดันขาออก
7	แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าบวก (+ VCC)
8	ไม่ได้เชื่อมต่อ

การทดสอบฮาร์ดแวร์ปั๊มปัจจุบันของ Howland

ตามกฎของโอห์มการเพิ่มค่าความต้านทานโหลดจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนไปด้วย แต่แหล่งที่เหมาะควรรักษาปริมาณกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานโหลดให้คงที่ ด้านล่างนี้เป็นการตั้งค่าฮาร์ดแวร์เพื่อทดสอบวงจรปั๊มกระแส Howland ที่นี่จ่ายไฟ 9v ผ่าน RPS (Regulated Power Supply) แต่ยังสามารถใช้แบตเตอรี่ 9v สำหรับการทดสอบได้ ที่นี่เราได้ทดสอบวงจรที่มีความต้านทานโหลด 2k และ 3.9k และวัดกระแสไฟฟ้าทั่วทั้งโหลดโดยใช้ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ดังที่แสดงในภาพด้านล่างกระแสไฟฟ้าจะคงที่ทั้งในเงื่อนไข

ตัวต้านทานยังสามารถแทนที่ด้วยโหลดที่ใช้งานอยู่เช่นมอเตอร์หรือ LED วิดีโอสาธิตที่สมบูรณ์ของ Howland Current Pump แสดงไว้ด้านล่าง

การใช้ Howland Current Pump

ด้านล่างนี้เป็นแอพพลิเคชั่นบางตัวสำหรับ Howland Current Pump:

• ทดสอบอุปกรณ์อื่น ๆ
• กำลังทดลอง
• การทดสอบการผลิต
• ไบซิงไดโอดและทรานซิสเตอร์
• สำหรับการตั้งเงื่อนไขการทดสอบ