實(shí)測(cè)Howland增強(qiáng)型電路

一、前言

前面推導(dǎo)了增強(qiáng)型 Howland 電路的公式，下面搭建一個(gè)實(shí)際電路，測(cè)量一下這個(gè)電路的實(shí)際特性。

二、電路測(cè)試

設(shè)計(jì)測(cè)試電路板，有意選擇 R1到R4電阻都是 20k，這樣使得輸出電流最大保持恒流特性。R0選擇1k歐姆，負(fù)載通過(guò)端口連接外部的 QR10 數(shù)字可編程電阻箱。設(shè)計(jì)單面測(cè)試電路板，一分鐘之后得到電路板，電路板制作的非常完美。下面進(jìn)行焊接調(diào)試。

ADTest2024JulyTestHowlandEnh1.PcbDoc

▲ 圖1.2.1 實(shí)驗(yàn)電路原理圖

▲ 圖1.2.2 實(shí)驗(yàn)PCB

??焊接測(cè)試電路，將QR10接入負(fù)載端口，給電路運(yùn)放施加正負(fù)12V工作電壓。在正向輸入端接入 峰峰值5V，頻率1kHz 的正弦波。此時(shí)負(fù)載電阻為 2k 歐姆，所以輸出為同相，幅值增大2倍的正弦波信號(hào)。這與電路設(shè)計(jì)參數(shù)是相符合的。

在負(fù)載電阻為3k歐姆時(shí)，負(fù)載波形沒(méi)有失真。在負(fù)載電阻為 4k 歐姆時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電阻有了飽和失真。輸出電阻為 10k歐姆時(shí)，輸出電流波形幾乎成了梯形波形。

▲ 圖1.2.3 不同電阻下對(duì)應(yīng)的負(fù)載電壓

??下面使用 QR10 電阻箱，逐步改變電阻。從 0歐姆增加到 3k 歐姆。測(cè)量不同電阻下對(duì)應(yīng)的負(fù)載電壓。這個(gè)電阻電壓關(guān)系近似為 線性關(guān)系。但整個(gè)曲線往下彎曲，這說(shuō)明恒流源的內(nèi)阻不是無(wú)窮大。經(jīng)過(guò)曲線擬合，得到近似輸出內(nèi)阻為 38.4k 歐姆。這比起真實(shí)的電流源還是相差很多。

前面推導(dǎo)了正輸入端電壓與電流之間的公式 ，根據(jù)這個(gè)公式，以及實(shí)驗(yàn)電路板中的器件取值，可以計(jì)算出不同負(fù)載電阻下輸出電壓的理論值。根據(jù)這個(gè)理論值也可以估計(jì)出對(duì)應(yīng)的等效內(nèi)阻，它等于40k歐姆，實(shí)際上，就是 R3，R4 電阻之和。這與實(shí)際測(cè)量的結(jié)果38.4k 歐姆是一致的。

※ 總??結(jié) ※

本文實(shí)際測(cè)量了增強(qiáng)型 Howland 電路的輸出特性。它的輸出電流基本上是由電路中 R0 決定。這使得它在輸出電流方面比較容易控制，以及形成比較大的電流輸出。但是所帶來(lái)的缺點(diǎn)，就是對(duì)應(yīng)的恒流內(nèi)阻比較小。基本上等于反饋電阻的阻值。所以，這種電路只有在 負(fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電路中反饋電阻時(shí)，才能夠近似為 恒流源。

參考資料

[1]增強(qiáng)型Howland電流源輸出電流公式推導(dǎo): https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/140271831

[2]高精度、快速建立的大電流源: https://www.analog.com/cn/resources/analog-dialogue/articles/a-large-current-source-with-high-accuracy-and-fast-settling.html