【每日电路赏析】Howland电流泵电路

电路

`简单的电流源并不适合多变的负载，因为流经负载的电流会随着阻值的改变而变化。这一问题的解决方法就是恒流源，比如Howland电流泵电路。

Howland电流泵电路于1962年由麻省理工的Bradford Howland教授发明。它由一个运算放大器和平衡后的电阻桥组成，哪怕负载阻值改变也能维持恒定的电流值。接下来我们来理解它的工作原理。

基本Howland电流泵电路图

我们运用基尔霍夫电流定律和欧姆定律，我们可以看出输出电流等于输入电流加上R4上的电流。

io = i1 +i2
io = (V1 – VL / R3) + (VA – VL / R4) …(等式1)

R1、R2和运放组成了一个同相放大器，输入电压为负载电压VL。因此可得
VA = (1 + R2 / R1) VL … (等式2)

将等式2中的VA代入等式1可得
io = (V1 – VL / R3) + ((1 + R2 / R1) VL – VL / R4)

现在通过将io=AV1-VL/Ro放到等式里求解，其中A=1/R1

因此等效电阻Ro=R4/((R4/R3)-(R2/R1))

因此为了保证输出电流的恒定且与负载阻值无关，我们需要实现一个平衡的电阻桥，即
R4/R3=R2/R1

Howland电流泵电路的仿真

Howland电路是一个实现了电流恒定的理想电流源。下面的对比图你可以看出无论负载R5的值如何改变，通过它的电流都为恒定值。

所需元器件

运算放大器-LM741
电阻-3.9kΩx2+1kΩx3
9V电源

运算放大器LM741
LM741运算放大器是一个直流耦合的高增益放大器，一共有8个引脚。这里的运算放大器会作为比较器来对比两个型号，同相信号和反向信号。引脚2为反向输入引脚，引脚3为同相输入引脚。输出引脚为引脚6。该运放的主要作用是在多种电路中进行数学运算。

当同相引脚（+）的电压高于反向引脚（-）时，比较器输出为高，反之则为低。

LM741的引脚图

Howland电流泵的硬件测试
根据欧姆定律，改变电阻值也会改变两端的电压值。但在理想源的作用下能保证电流值的恒定。下面是Howland电流泵电路的硬件测试，这里使用的是稳压9V电源（也可以使用9V电池）。我们选用的两个负载阻值为2kΩ和3.9kΩ，同时用万用表测量两端的电流。如图所示。

3.9kΩ负载

2kΩ负载

这些电阻也可以替换为某些有源负载比如电机或LED等。

Howland电流泵的应用

设备测试
实验
生产测试
二极管和三极管的偏压
测试环境设置

大家还知道其它的电流泵或恒流源电路吗？不妨也拿出来给坛友们见识见识，或者对以上电路和设计有何见解都可以在帖子下面回复，可以获得5积分的奖励哦！

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