Mạch bơm dòng điện howland

Nguồn dòng điện đơn giản không hoàn hảo cho tải thay đổi vì dòng điện qua tải cũng thay đổi theo điện trở tải. Giải pháp cho vấn đề này là một nguồn dòng điện không đổi như Mạch bơm dòng điện Howland.

Các Howland bơm hiện tại được phát minh vào năm 1962 bởi Giáo sư Bradford Howland từ MIT. Nó bao gồm một IC khuếch đại hoạt động và một cầu điện trở cân bằng để duy trì giá trị dòng điện không đổi dù tải ngay cả khi giá trị điện trở tải thay đổi. Ở đây chúng ta sẽ hiểu cách làm việc cơ bản và mạch của Nguồn dòng điện Howland bằng cách xây dựng nó trên phần cứng.

Sơ đồ mạch bơm dòng điện Howland cơ bản

Bây giờ, bằng cách áp dụng định luật dòng điện Kirchhoff và định luật Ohm, chúng ta thấy rằng dòng điện đầu ra bằng tổng của dòng điện đầu vào và dòng điện qua điện trở R4.

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

R ₁ và R ₂ với op-amp đang hình thành một bộ khuếch đại không đảo ngược đối với điện áp tải V với _L. Do đó, chúng tôi nhận được

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

Đưa giá trị của V _A từ phương trình (2) về phương trình (1), i _o = (V ₁ - V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L - V _L / R ₂)

Bây giờ, khi giải quyết và đặt giá trị của i _o = AV ₁ - V _L / R _O, Trong đó, A = 1 / R ₁

Do đó, đánh giá R _O từ phương trình, chúng ta sẽ nhận được:

R _O = R ₂ / ((R ₂ / R ₁) - (R ₄ / R ₃))

Để làm cho dòng điện đầu ra không đổi hoặc độc lập đối với điện áp đầu ra của điện trở tải, chúng ta phải đạt được điều kiện cầu cân bằng, đó là

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

Mô phỏng máy bơm dòng điện Howland

Mạch Howland là một mạch nguồn dòng lý tưởng duy trì dòng điện không đổi liên quan đến sự thay đổi của điện trở tải hoặc điện áp trên nó. Trong đoạn video dưới đây mô phỏng bạn có thể thấy rằng giá trị của hiện tại là hằng số không phụ thuộc R _L. Ở đây, mô phỏng được chạy ba lần với ba giá trị khác nhau của điện trở tải, tức là 1k, 2k và 3k nhưng dòng điện qua điện trở vẫn không đổi bất kể giá trị điện trở. Ở đây chúng tôi nhận được đầu ra hiện tại không đổi là 9mA trong mọi điều kiện.

Thành phần bắt buộc

• IC op-amp - LM741
• Điện trở - (3,9k - 2 no, 1K- 3 no)
• Breadboard
• Cung cấp 9V
• Kết nối dây

IC OP-amp LM741

Bộ khuếch đại hoạt động LM741 là bộ khuếch đại điện áp điện tử có độ lợi cao được kết hợp DC. Đó là một con chip nhỏ có 8 chân. Một IC khuếch đại hoạt động được sử dụng như một bộ so sánh để so sánh hai tín hiệu, tín hiệu đảo ngược và không đảo ngược. Trong IC Op-amp 741 PIN2 là đầu cuối đầu vào đảo ngược và PIN3 là đầu cuối đầu vào không đảo. Chân đầu ra của IC này là PIN6. Chức năng chính của IC này là thực hiện các phép toán trong các mạch khác nhau.

Khi điện áp ở đầu vào không đảo (+) cao hơn điện áp ở đầu vào không đảo (-), thì đầu ra của bộ so sánh là Cao. Và nếu điện áp của đầu vào đảo ngược (-) cao hơn đầu không đảo (+), thì đầu ra là THẤP. Trong mạch chuyển mạch không dây này, LM741 được sử dụng để cung cấp xung Đồng hồ từ thấp đến cao cho IC 4017, cho mỗi lần khi người ta đưa tay qua LDR. Tìm hiểu thêm về Op-amp 741 tại đây.

Sơ đồ chân của LM741

Cấu hình chân của LM741

SỐ PIN.	Mô tả mã PIN
1	Bù đắp rỗng
2	Ngõ vào đảo ngược (-)
3	thiết bị đầu cuối đầu vào không đảo ngược (+)
4	cung cấp điện áp âm (-VCC)
5	bù đắp rỗng
6	Chân điện áp đầu ra
7	cung cấp điện áp dương (+ VCC)
số 8	không kết nối

Kiểm tra phần cứng máy bơm hiện tại của Howland

Theo định luật ohm, việc tăng giá trị của điện trở tải cũng sẽ làm thay đổi điện áp trên nó. Nhưng một nguồn lý tưởng phải duy trì lượng dòng điện chạy qua điện trở tải không đổi. Dưới đây là thiết lập phần cứng để kiểm tra mạch bơm dòng điện Howland, ở đây nguồn điện 9v được cung cấp thông qua RPS (Nguồn cấp điều chỉnh) nhưng cũng có thể sử dụng pin 9v để thử nghiệm. Ở đây, chúng tôi đã thử nghiệm mạch với điện trở tải là 2k và 3,9k, và đo dòng điện qua tải bằng đồng hồ đa năng kỹ thuật số. Như thể hiện trong hình ảnh dưới đây, dòng điện không đổi trong cả hai điều kiện.

Điện trở cũng có thể được thay thế bằng một số tải hoạt động như động cơ hoặc đèn LED. Dưới đây là video trình diễn đầy đủ về Máy bơm dòng điện Howland.

Ứng dụng của máy bơm hiện tại Howland

Dưới đây là một số ứng dụng cho Máy bơm dòng điện Howland:

• Kiểm tra các thiết bị khác
• Thử nghiệm
• Kiểm tra sản xuất
• Điốt phân cực và bóng bán dẫn
• Để thiết lập các điều kiện kiểm tra