- Diagrama bàsic del circuit de la bomba de corrent Howland
- Simulació de la bomba de corrent Howland
- Component obligatori
- OP-amp IC LM741
- Prova del maquinari de la bomba de corrent de Howland
- Aplicació de la bomba de corrent Howland
La font de corrent simple no és perfecta per a càrregues variables, ja que el corrent de càrrega també canvia amb la resistència de càrrega. La solució a aquest problema és una font de corrent constant com el circuit de bomba de corrent de Howland.
La bomba de corrent de Howland va ser inventada el 1962 pel professor Bradford Howland del MIT. Consisteix en un amplificador operatiu IC i un pont de resistència equilibrat per mantenir el valor de corrent constant encara que la càrrega, fins i tot si canvia el valor de la resistència de càrrega. Aquí comprendreem el funcionament bàsic i el circuit de Howland Current Source construint-lo en maquinari.
Diagrama bàsic del circuit de la bomba de corrent Howland
Ara, aplicant la llei actual de Kirchhoff i la llei d’Ohm, veiem que el corrent de sortida és igual a la suma del corrent d’entrada i del corrent a través de la resistència R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (equació 1)
R 1 i R 2 amb op-amp s'estan formant un amplificador no inversor pel que fa a la tensió de càrrega V L. Així, ho aconseguim
V A = (1 + R 4 / R 3) V L… (equació 2)
Poseu el valor de V A de l’equació (2) a l’equació (1), i o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Ara, en resoldre i posar el valor de i o = AV 1 - V L / R O, On, A = 1 / R 1
Per tant, avaluant R O a partir de l’equació, obtindrem:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Per fer que el corrent de sortida sigui constant o independent respecte al voltatge de sortida de la resistència de càrrega, hem d’aconseguir la condició de pont d’equilibri, que és
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulació de la bomba de corrent Howland
El circuit de Howland és un circuit de font de corrent ideal que manté la constant de corrent pel que fa al canvi de resistència de càrrega o tensió a través seu. En el vídeo a continuació simulació es pot veure que el valor del corrent és constant, independentment de R L. Aquí, la simulació s’executa tres vegades amb tres valors diferents de resistència de càrrega, és a dir, 1k, 2k i 3k, però el corrent a través de la resistència continua sent la constant independentment del valor de la resistència. Aquí obtenim la sortida de corrent constant de 9 mA en totes les condicions.
Component obligatori
- Op-amp IC: LM741
- Resistència - (3,9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
- Taula de pa
- Subministrament de 9V
- Connexió de cables
OP-amp IC LM741
L'amplificador operacional LM741 és un amplificador electrònic de voltatge electrònic d'alt guany acoblat a CC. És un xip petit que té 8 pins. Un amplificador operatiu IC s’utilitza com a comparador que compara els dos senyals, el senyal inversor i el no inversor. A Op-amp IC 741 PIN2 és un terminal d’entrada inversora i PIN3 és un terminal d’entrada que no inverteix. El pin de sortida d’aquest IC és PIN6. La funció principal d’aquest CI és fer l’operació matemàtica en diversos circuits.
Quan la tensió a l'entrada no inversora (+) és superior a la tensió a l'entrada inversora (-), la sortida del comparador és alta. I si el voltatge de l'entrada inversora (-) és superior a l'extrem no inversor (+), la sortida és BAIXA. En aquest circuit de commutació sense fils, LM741 s'utilitza per proporcionar el pols de rellotge de baix a alt a IC 4017, per a cada vegada que es passa una mà sobre el LDR. Obteniu més informació sobre l’ampli operatiu 741 aquí.
Esquema de pins de LM741
Configuració del pin de LM741
|
PIN NÚM. |
Descripció del PIN |
|
1 |
Desplaçament nul |
|
2 |
Terminal d’entrada d’inversió (-) |
|
3 |
terminal d'entrada sense inversió (+) |
|
4 |
alimentació de tensió negativa (-VCC) |
|
5 |
compensació nul·la |
|
6 |
Pin de tensió de sortida |
|
7 |
alimentació de tensió positiva (+ VCC) |
|
8 |
no connectat |
Prova del maquinari de la bomba de corrent de Howland
Segons la llei d’ohm, augmentar el valor de la resistència de càrrega també canviarà la tensió a través d’ella. Però una font ideal hauria de mantenir una quantitat constant de corrent que circula per la resistència de càrrega. A continuació es mostra la configuració de maquinari per provar el circuit de la bomba de corrent de Howland, aquí la font d'alimentació de 9v es proporciona mitjançant un RPS (Regulated Power Supply), però també es pot utilitzar una bateria de 9v per fer proves. Aquí hem provat el circuit amb una resistència de càrrega de 2 k i 3,9 k i hem mesurat el corrent a través de la càrrega mitjançant un multímetre digital. Com es mostra a les imatges següents, el corrent es manté constant en les dues condicions.
La resistència també es pot substituir per alguna càrrega activa com el motor o el LED. A continuació es mostra un vídeo de demostració complet de la bomba de corrent de Howland.
Aplicació de la bomba de corrent Howland
A continuació es mostren algunes aplicacions per a la bomba de corrent de Howland:
- Provant altres dispositius
- Experimentant
- Prova de producció
- Diodes i transistors de polarització
- Per establir condicions de prova