- Diagrama básico do circuito da bomba de corrente de Howland
- Simulação da Bomba Atual Howland
- Componente necessário
- OP-amp IC LM741
- Testando o Hardware da Bomba Atual da Howland
- Aplicação da Bomba Atual Howland
A fonte de corrente simples não é perfeita para cargas variáveis, pois a corrente através da carga também muda com a resistência da carga. A solução para este problema é uma fonte de corrente constante como o circuito de bomba de corrente Howland.
A Howland Current Pump foi inventada em 1962 pelo Professor Bradford Howland do MIT. Ele consiste em um amplificador operacional IC e uma ponte de resistor balanceada para manter o valor da corrente constante durante a carga, mesmo se o valor da resistência da carga mudar. Aqui entenderemos o funcionamento básico e o circuito da Fonte de Corrente de Howland, construindo-o no hardware.
Diagrama básico do circuito da bomba de corrente de Howland
Agora, aplicando a Lei da Corrente de Kirchhoff e a Lei de Ohm, vemos que a corrente de saída é igual à soma da corrente de entrada e a corrente através do resistor R4.
i o = i 1 + i 2 i o = (V 1 - V L / R 1) + (V A - V L / R 2)… (equação 1)
R 1 e R 2 com op-amp estão formando um amplificador de não inversão no que diz respeito à tensão de carga V L. Assim, temos
V A = (1 + R 4 / R 3) V L… (equação 2)
Coloque o valor de V A da equação (2) na equação (1), i o = (V 1 - V L / R 1) + ((1 + R 4 / R 3) V L - V L / R 2)
Agora, ao resolver e colocar o valor de i o = AV 1 - V L / R O, Onde, A = 1 / R 1
Portanto, avaliando R O da equação, obteremos:
R O = R 2 / ((R 2 / R 1) - (R 4 / R 3))
Para tornar a corrente de saída constante ou independente em relação à tensão de saída da resistência de carga, temos que atingir a condição de ponte de equilíbrio, que é
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Simulação da Bomba Atual Howland
O circuito de Howland é um circuito de fonte de corrente ideal que mantém a corrente constante com relação à mudança na resistência da carga ou tensão através dele. Em abaixo vídeo de simulação você pode ver que o valor da corrente é constante, independentemente de R L. Aqui, a simulação é executada três vezes com três valores diferentes de resistor de carga, ou seja, 1k, 2k e 3k, mas a corrente através do resistor permanece constante, independentemente do valor do resistor. Aqui estamos obtendo a saída de corrente constante de 9mA em todas as condições.
Componente necessário
- Op-amp IC - LM741
- Resistor - (3,9k - 2 nos, 1K- 3 nos)
- Tábua de pão
- Fonte 9V
- Fios de conexão
OP-amp IC LM741
O amplificador operacional LM741 é um amplificador de voltagem eletrônico de alto ganho acoplado a CC. É um pequeno chip com 8 pinos. Um amplificador operacional IC é usado como um comparador que compara os dois sinais, o sinal inversor e não inversor. No Op-amp IC 741 PIN2 é um terminal de entrada inversor e PIN3 é um terminal de entrada não inversor. O pino de saída deste IC é PIN6. A principal função deste CI é fazer a operação matemática em vários circuitos.
Quando a tensão na entrada não inversora (+) é maior do que a tensão na entrada inversora (-), a saída do comparador é Alta. E se a tensão da entrada inversora (-) for maior do que a extremidade não inversora (+), a saída é BAIXA. Neste circuito de comutação sem fio, o LM741 é usado para fornecer o pulso de clock de baixo a alto para IC 4017, para cada vez que alguém passa uma mão sobre o LDR. Saiba mais sobre o Op-amp 741 aqui.
Diagrama de pinos de LM741
Configuração do pino de LM741
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PIN NO. |
Descrição do PIN |
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1 |
Deslocamento nulo |
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2 |
Terminal de entrada de inversão (-) |
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3 |
terminal de entrada não inversor (+) |
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4 |
alimentação de tensão negativa (-VCC) |
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5 |
deslocamento nulo |
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6 |
Pino de tensão de saída |
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7 |
fonte de tensão positiva (+ VCC) |
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8 |
não conectado |
Testando o Hardware da Bomba Atual da Howland
De acordo com a lei do ohm, aumentar o valor da resistência da carga também mudará a tensão nela. Mas uma fonte ideal deve manter uma quantidade constante de corrente fluindo através da resistência de carga. Abaixo está a configuração do hardware para testar o circuito da bomba de corrente Howland, aqui a fonte de alimentação de 9 V é fornecida através de um RPS (Fonte de Alimentação Regulada), mas uma bateria de 9 V também pode ser usada para teste. Aqui, testamos o circuito com uma resistência de carga de 2k e 3,9k e medimos a corrente através da carga usando um multímetro digital. Conforme mostrado nas imagens abaixo, a corrente permanece constante em ambas as condições.
O resistor também pode ser substituído por alguma carga ativa, como motor ou LED. O vídeo de demonstração completo da Bomba Atual Howland é fornecido abaixo.
Aplicação da Bomba Atual Howland
Abaixo estão algumas aplicações para a Bomba Atual Howland:
- Testando outros dispositivos
- Experimentando
- Teste de produção
- Diodos e transistores de polarização
- Para definir as condições de teste