- Osnovni dijagram kruga struje pumpe Howland
- Simulacija struje pumpe Howland
- Komponenta potrebna
- OP-pojačalo IC LM741
- Testiranje hardvera pumpe Howland
- Primjena struje pumpe Howland
Jednostavni izvor struje nije savršen za promjenjiva opterećenja jer se struja kroz opterećenje također mijenja s otporom opterećenja. Rješenje ovog problema je konstantni izvor struje poput strujnog kruga crpke Howland.
Howland Trenutna Pumpa je izumio u 1962 prof Bradford Howland iz MIT-a. Sastoji se od operativnog pojačala IC i uravnoteženog otpornog mosta za održavanje konstantne vrijednosti struje iako je opterećenje čak i ako se vrijednost otpora opterećenja promijeni. Ovdje ćemo razumjeti osnovni rad i sklop izvora struje Howland gradeći ga na hardveru.
Osnovni dijagram kruga struje pumpe Howland
Sada, primjenjujući Kirchhoffov trenutni zakon i Ohmov zakon, vidimo da je izlazna struja jednaka zbroju ulazne i struje kroz otpor R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (jednadžba 1)
R 1 i R 2 s op-amp, tvore neinvertirajući pojačalo s obzirom na opterećenje napona V L. Tako dobivamo
V A = (1 + R 4 / R 3) V L … (jednadžba 2)
Stavite vrijednost V A iz jednadžbe (2) u jednadžbu (1), i o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Sada, na rješavanju i stavljanju vrijednosti i o = AV 1 - V L / R O, Gdje je A = 1 / R 1
Dakle, procjenjujući RO iz jednadžbe, dobit ćemo:
R O -R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Da bi izlazna struja bila konstantna ili neovisna s obzirom na izlazni napon otpora opterećenja, moramo postići stanje mosta ravnoteže, koje je
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulacija struje pumpe Howland
Krug Howland idealan je krug izvora struje koji održava konstantu struje s obzirom na promjenu otpora opterećenja ili napona na njemu. U nastavku simulacije videu možete vidjeti da je vrijednost struje je konstantna bez obzira na R L. Ovdje se simulacija izvodi tri puta s tri različite vrijednosti otpornika opterećenja, tj. 1k, 2k i 3k, ali struja na otporu ostaje konstantna bez obzira na vrijednost otpornika. Ovdje dobivamo konstantnu strujnu snagu od 9 mA u svim uvjetima.
Komponenta potrebna
- IC opcijskog pojačala - LM741
- Otpornik - (3,9 k - 2 broja, 1K - 3 broja)
- Breadboard
- Opskrba 9V
- Spajanje žica
OP-pojačalo IC LM741
LM741 operativno pojačalo je istosmjerno elektronsko pojačalo napona s velikim pojačanjem. To je mali čip koji ima 8 pinova. Operativno pojačalo IC koristi se kao komparator koji uspoređuje dva signala, invertirajući i neinvertirajući signal. U Op-amp IC 741 PIN2 je invertirajući ulazni terminal, a PIN3 je neinvertirajući ulazni terminal. Izlazni pin ovog IC-a je PIN6. Glavna funkcija ovog IC-a je izvršavanje matematičke operacije u različitim krugovima.
Kad je napon na neinvertirajućem ulazu (+) veći od napona na invertirajućem ulazu (-), tada je izlaz komparatora visok. A ako je napon invertirajućih ulaza (-) veći od neinvertiranog kraja (+), tada je izlaz NISAK. U ovom bežičnom sklopnom krugu LM741 koristi se za pružanje impulsa takta od niskog do visokog sata na IC 4017, za svaki put kad se rukom pređe preko LDR-a. Ovdje saznajte više o Op-amp 741.
Shema pin LM741
Konfiguracija pina LM741
|
PIN BR. |
Opis PIN-a |
|
1 |
Pomak null |
|
2 |
Obrnuti (-) ulazni terminal |
|
3 |
neinvertirajući (+) ulazni terminal |
|
4 |
opskrba negativnim naponom (-VCC) |
|
5 |
ofset nula |
|
6 |
Pin izlaznog napona |
|
7 |
pozitivni napon (+ VCC) |
|
8 |
nije povezano |
Testiranje hardvera pumpe Howland
Prema ohmovom zakonu, povećanje vrijednosti otpora opterećenja također će promijeniti napon na njemu. Ali idealan izvor trebao bi održavati konstantnu količinu struje koja prolazi kroz otpor opterećenja. Ispod je postavka hardvera za testiranje strujnog kruga crpke Howland, ovdje se napajanje od 9 v daje putem RPS-a (regulirano napajanje), ali za ispitivanje se može koristiti i 9-voltna baterija. Ovdje smo testirali krug s otporom opterećenja od 2k i 3,9k i izmjerili struju na opterećenju pomoću digitalnog multimetra. Kao što je prikazano na slikama ispod, struja ostaje konstantna u oba stanja.
Otpor se također može zamijeniti nekim aktivnim opterećenjem poput motora ili LED-a. Kompletni demonstracijski video prikaz tekuće pumpe Howland dat je u nastavku.
Primjena struje pumpe Howland
Ispod je nekoliko aplikacija za tekuću pumpu Howland:
- Ispitivanje ostalih uređaja
- Eksperimentiranje
- Test proizvodnje
- Prednaponske diode i tranzistori
- Za postavljanje uvjeta ispitivanja