- Schema del circuito della pompa di corrente Howland di base
- Simulazione della pompa corrente di Howland
- Componente richiesto
- IC amplificatore operazionale LM741
- Test dell'hardware della pompa corrente di Howland
- Applicazione di Howland Current Pump
La semplice sorgente di corrente non è perfetta per carichi variabili poiché la corrente attraverso il carico cambia anche con la resistenza del carico. La soluzione a questo problema è una sorgente di corrente costante come Howland Current Pump Circuit.
La Howland Current Pump è stata inventata nel 1962 dal professor Bradford Howland del MIT. Consiste in un amplificatore operazionale IC e un ponte resistore bilanciato per mantenere il valore di corrente costante attraverso il carico anche se il valore della resistenza di carico cambia. Qui capiremo il funzionamento di base e il circuito di Howland Current Source costruendolo su hardware.
Schema del circuito della pompa di corrente Howland di base
Ora, applicando la legge della corrente di Kirchhoff e la legge di Ohm, vediamo che la corrente di uscita è uguale alla somma della corrente di ingresso e della corrente attraverso il resistore R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (equazione 1)
R 1 e R 2 con op-amp stanno formando un amplificatore non invertente rispetto alla tensione di carico V L. Quindi, otteniamo
V A = (1 + R 4 / R 3) V L … (equazione 2)
Metti il valore di V A dall'equazione (2) all'equazione (1), io o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Ora, risolvendo e mettendo il valore di i o = AV 1 - V L / R O, Dove, A = 1 / R 1
Quindi, valutando R O dall'equazione, otterremo:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Per rendere la corrente di uscita costante o indipendente rispetto alla tensione di uscita della resistenza di carico, dobbiamo raggiungere la condizione del ponte di bilanciamento, che è
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulazione della pompa corrente di Howland
Il circuito Howland è un circuito sorgente di corrente ideale che mantiene la corrente costante rispetto al cambiamento della resistenza di carico o della tensione ai suoi capi. In seguito il video di simulazione si può vedere che il valore della corrente è costante indipendentemente dalla R L. Qui, la simulazione viene eseguita tre volte con tre diversi valori del resistore di carico, ovvero 1k, 2k e 3k ma la corrente attraverso il resistore rimane la costante indipendentemente dal valore del resistore. Qui stiamo ottenendo l'uscita di corrente costante di 9mA in ogni condizione.
Componente richiesto
- CI amplificatore operazionale - LM741
- Resistore - (3,9k - 2 no, 1K- 3 no)
- Breadboard
- Alimentazione 9V
- Collegamento dei cavi
IC amplificatore operazionale LM741
L'amplificatore operazionale LM741 è un amplificatore di tensione elettronico ad alto guadagno accoppiato in CC. È un piccolo chip con 8 pin. Un amplificatore operazionale IC viene utilizzato come comparatore che confronta i due segnali, il segnale invertente e non invertente. In Op-amp IC 741 PIN2 è un terminale di ingresso invertente e PIN3 è un terminale di ingresso non invertente. Il pin di uscita di questo IC è PIN6. La funzione principale di questo IC è di eseguire l'operazione matematica in vari circuiti.
Quando la tensione sull'ingresso non invertente (+) è superiore alla tensione sull'ingresso invertente (-), l'uscita del comparatore è Alta. E se la tensione dell'ingresso invertente (-) è maggiore dell'estremità non invertente (+), l'uscita è BASSA. In questo circuito di commutazione wireless, LM741 viene utilizzato per fornire l'impulso di clock da basso ad alto a IC 4017, per ogni volta che si passa una mano sull'LDR. Scopri di più sull'amplificatore operazionale 741 qui.
Schema dei pin dell'LM741
Configurazione dei pin dell'LM741
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PIN NO. |
Descrizione PIN |
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1 |
Offset nullo |
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2 |
Terminale di ingresso invertente (-) |
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3 |
terminale di ingresso non invertente (+) |
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4 |
alimentazione a tensione negativa (-VCC) |
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5 |
offset null |
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6 |
Pin della tensione di uscita |
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7 |
alimentazione a tensione positiva (+ VCC) |
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8 |
non collegata |
Test dell'hardware della pompa corrente di Howland
Secondo la legge di ohm, aumentando il valore della resistenza di carico cambierà anche la tensione ai suoi capi. Ma una sorgente ideale dovrebbe mantenere una quantità costante di corrente che scorre attraverso la resistenza di carico. Di seguito è riportata la configurazione hardware per testare il circuito della pompa di corrente Howland, qui l'alimentazione 9v viene fornita tramite un RPS (alimentatore regolato) ma una batteria 9v può anche essere utilizzata per il test. Qui, abbiamo testato il circuito con una resistenza di carico di 2k e 3,9k e misurato la corrente attraverso il carico utilizzando un multimetro digitale. Come mostrato nelle immagini sottostanti la corrente rimane costante in entrambe le condizioni.
Il resistore può anche essere sostituito con un carico attivo come motore o LED. Di seguito viene fornito un video dimostrativo completo della pompa di corrente Howland.
Applicazione di Howland Current Pump
Di seguito sono riportate alcune applicazioni per la pompa di corrente Howland:
- Testare altri dispositivi
- Sperimentare
- Test di produzione
- Diodi e transistor di polarizzazione
- Per impostare le condizioni di prova