简单的电流源并不适合可变负载，因为通过负载的电流也会随着负载电阻的变化而变化。这个问题的解决方案是像Howland电流泵电路这样的恒流源。

这个Howland电流泵由麻省理工学院的Bradford Howland教授于1962年发明。它由一个运算放大器IC以及平衡电阻桥，即使负载电阻值发生变化也能通过负载保持恒定的电流值。在这里我们将了解的基本工作和电路豪兰电流源通过在硬件上构建它。

 

Howland电流泵基本电路图

Howland Current Pump Circuit Diagram

 

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

Howland Circuit Current Flow

 

我<sub>哦=我1.+我2.
我哦=（V1.–VL/对1.)+（VA.–VL/对2.)…（方程式1）

 

R1.和R2.与运算放大器一起形成同相放大器相对于负载电压VL因此，我们得到

五、A.=（1+R）4./对3.)五L…（方程式2）

 

输入V的值A.从方程（2）到方程（1），

我哦=（V1.–VL/对1.)+（（1+R）4./对3.)五L–VL/对2.)

 

现在，关于i的求解和赋值哦=平均值1.–VL/对哦,

式中，A=1/R1.

 

因此，评估R哦从方程中，我们将得到：

R哦=R2./（（R）2./对1.)–（R4./对3.))

 

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

R4./对3.=R2./对1.

 

Howland电流泵的仿真

Howland电路是一种理想的电流源电路，它可以根据负载电阻或电压的变化保持电流恒定。在下面的模拟视频中，你可以看到电流值是恒定的，而与R无关L这里，模拟在负载电阻器的三个不同值（即1k、2k和3k）下运行三次，但电阻器两端的电流保持不变，而与电阻器值无关。在这里，我们得到了每种情况下9mA的恒定电流输出。

 

所需组件

  • 运算放大器IC–LM741
  • 电阻器-（3.9k–2个，1K–3个）
  • 面包板
  • 9V电源
  • 连接导线

 

运算放大器IC LM741

LM741运算放大器是一个直流耦合的高增益电子电压放大器。这是一个有8个引脚的小芯片。运算放大器IC用作比较器，用于比较反相信号和非反相信号这两个信号。在运算放大器IC 741中，PIN2是反相输入端子，而PIN3是非反相输入端子。该IC的输出引脚为PIN6。这个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（+）的电压高于反相输入（-）的电压时，比较器的输出为高。如果反相输入端（-）的电压高于非反相端（+），则输出为LOW。在该无线开关电路中，LM741用于向IC 4017提供从低到高的时钟脉冲，用于每次通过LDR时的切换。了解更多信息此处为运算放大器741.

 

LM741引脚图

 

LM741的引脚配置

din

引脚编号。

PIN说明

1.

偏移为空

2.

反相（-）输入端子

3.

非反相（+）输入端

4.

负电压电源（-VCC）

5.

偏移零点

6.

输出电压引脚

7.

正电压电源（+VCC）

8.

未连接
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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其两端的电压。但理想的电源应该保持流过负载电阻的电流量不变。以下是测试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，我们测试了负载电阻为2k和3.9k的电路，并使用数字万用表如下图所示，电流在两种情况下都保持恒定。

Howland Current Pump Circuit Testing with 4k Load Resistance

Howland Current Pump Circuit Testing with 2k Load Resistance

 

电阻器也可以替换为一些有源负载，如电机或LED。豪兰电流泵的完整演示视频如下。

 

豪兰电流泵的应用

以下是Howland电流泵的一些应用：

  • 测试其他设备
  • 做实验
  • 生产测试
  • 偏置二极管和晶体管
  • 用于设置测试条件