하울 랜드 전류 펌프 회로

부하를 통과하는 전류도 부하 저항에 따라 변하기 때문에 단순 전류 소스는 가변 부하에 적합하지 않습니다. 이 문제에 대한 해결책은 Howland Current Pump Circuit과 같은 정전류 소스입니다.

하울 랜드 현재 펌프는 MIT 교수 브래드 포드 하울 랜드에 의해 1962 년에 발명되었다. 연산 증폭기 IC 와 평형 저항 브리지로 구성되어 부하 저항 값이 변하더라도 부하가 가해져도 정전류 값을 유지합니다. 여기서 우리는 하드웨어에 구축하여 Howland Current Source 의 기본 작동 및 회로를 이해합니다.

기본 하울 랜드 전류 펌프 회로도

이제 Kirchhoff의 전류 법칙과 옴의 법칙을 적용하면 출력 전류가 입력 전류와 저항 R4를 통한 전류의 합과 같다는 것을 알 수 있습니다.

i _o = i ₁ + i ₂ i _o = (V ₁ – V _L / R ₁) + (V _A – V _L / R ₂)… (등식 1)

연산 증폭기가있는 R ₁ 및 R ₂ 는 부하 전압 V _L에 대해 비 반전 증폭기를 형성합니다. 따라서 우리는

V _A = (1 + R ₄ / R ₃) V _L … (방정식 2)

방정식 (2) 의 V _A 값 을 방정식 (1)에 넣으십시오.

i _o = (V ₁ – V _L / R ₁) + ((1 + R ₄ / R ₃) V _L – V _L / R ₂)

이제 해결과 i 값으로 바꾸어에 _O를 = AV ₁ - V _L / R _O를, 여기서 A = 1 / R ₁

따라서, R 평가 _O를 방정식에서, 우리는 얻을 것이다:

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

부하 저항의 출력 전압과 관련하여 출력 전류를 일정하거나 독립적으로 만들기 위해서는 균형 브리지 조건을 달성해야합니다.

R ₄ / R ₃ = R ₂ / R ₁

하울 랜드 전류 펌프 시뮬레이션

Howland 회로는 부하 저항 또는 전압의 변화에 ​​대해 전류를 일정하게 유지하는 이상적인 전류 소스 회로입니다. 아래 시뮬레이션 비디오에서 R _L에 관계없이 전류 값이 일정 함을 알 수 있습니다. 여기서 시뮬레이션은 부하 저항의 세 가지 다른 값 (1k, 2k 및 3k)으로 세 번 실행되지만 저항기 양단의 전류는 저항 값에 관계없이 일정하게 유지됩니다. 여기서 우리는 모든 조건에서 9mA의 정전류 출력을 얻고 있습니다.

필요한 구성 요소

• 연산 증폭기 IC – LM741
• 저항기 – (3.9k – 2 nos, 1K-3 nos)
• 브레드 보드
• 9V 공급
• 전선 연결

OP 앰프 IC LM741

LM741 연산 증폭기 는 DC 결합 고 이득 전자 전압 증폭기입니다. 8 개의 핀이있는 작은 칩입니다. 연산 증폭기 IC는 반전 및 비 반전 신호의 두 신호를 비교하는 비교기로 사용됩니다. 연산 증폭기 IC 741에서 PIN2는 반전 입력 단자이고 PIN3은 비 반전 입력 단자입니다. 이 IC의 출력 핀은 PIN6입니다. 이 IC의 주요 기능은 다양한 회로에서 수학적 연산을 수행하는 것입니다.

비 반전 입력 (+)의 전압이 반전 입력 (-)의 전압보다 높으면 비교기의 출력은 High입니다. 그리고 반전 입력 (-)의 전압이 비 반전 끝 (+)보다 높으면 출력은 LOW입니다. 이 무선 스위치 회로에서 LM741은 LDR을 통해 핸드를 통과 할 때마다 IC 4017에 로우에서 하이 클록 펄스를 제공하는 데 사용됩니다. 여기에서 Op-amp 741에 대해 자세히 알아보십시오.

LM741의 핀 다이어그램

LM741의 핀 구성

핀 번호.	PIN 설명
1	오프셋 null
2	반전 (-) 입력 단자
삼	비 반전 (+) 입력 단자
4	네거티브 전압 공급 (-VCC)
5	오프셋 null
6	출력 전압 핀
7	양의 전압 공급 (+ VCC)
8	연결되지 않은

Howland Current 펌프 하드웨어 테스트

옴의 법칙에 따르면 부하 저항 값을 높이면 전압도 변경됩니다. 그러나 이상적인 소스는 부하 저항을 통해 흐르는 일정한 양의 전류를 유지해야합니다. 아래는 Howland 전류 펌프 회로를 테스트하기위한 하드웨어 설정입니다. 여기서 9v 전원 공급 장치는 RPS (Regulated Power Supply)를 통해 제공되지만 9v 배터리도 테스트에 사용할 수 있습니다. 여기서는 부하 저항이 2k 및 3.9k 인 회로를 테스트하고 디지털 멀티 미터를 사용하여 부하 전체의 전류를 측정했습니다. 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 전류는 두 조건 모두에서 일정하게 유지됩니다.

저항은 모터 또는 LED와 같은 일부 활성 부하로 대체 될 수도 있습니다. Howland Current Pump의 전체 데모 비디오는 다음과 같습니다.

하울 랜드 전류 펌프의 적용

다음은 Howland Current Pump의 몇 가지 응용 분야입니다.

• 다른 장치 테스트
• 실험
• 생산 테스트
• 바이어 싱 다이오드 및 트랜지스터
• 테스트 조건 설정 용