Howland电流源

Howland电流源具有一个电阻与输入源串联合成的接地电阻，具有输出负载接地的优点。

电流源：

图1、电流源

理想电流源能够保证输出电流不随负载变化而变化，永远保持恒定。简要模型如图1所示：

实际应用中经常需要通过电压控制电源输出电流大小，而不会因负载大小不一而导致电流不一样，即压控恒流源。

在信号处理电路基本期望下级的信号处理电路输入电阻无穷大而输出电阻无穷小，这样对于上一级电路的输出驱动能力要求小，又带有可靠的负载驱动能力，避免需要进行阻抗匹配的繁琐操作中。

特别是对于微弱的信号传感器，其感应微弱的外界信号并将其转化为电信号输出到下级信号处理电路中，若下级信号处理电路对于输入信号具有一定带载能力要求，则需要对传感器的输出信号进行一定的阻抗匹配处理。

这里讲述一下一款压控恒流源，其输出电流由输入电压大小进行控制

Howland电流源

图2 howland电流源

首先，我们先看一下由运放组成的电流镜电路。

图3、电流镜电路

其中 $V_{-}=Vo-i_{I}\cdot R_{f-}$ ; $V_{+}=Vo-R_{f+}\cdot i_{L}$ ; $V_{+}=V_{-}$ ;

由此可以推出 $i_{L}=i_{I}\cdot R_{f-}/R_{f+}$ ,电流大小独立于VL以及RL

图4、差分电路

将图3中的电流源改为电压源输入，如图4所示：

图4 电路的输出电压

$V_{o}=((V_{I+}-V_{R})R_{f+}/(R_{i}+R_{f+})+V_{R})\cdot (1+R_{f-}/R_{i})-V_{I-}\cdot (R_{f-}/R_{i}) =V_{I}\cdot \frac{R_{f}}{R_{i}}+V_{R}$

当 $R_{f+}=R_{f-}=R_{f}$ ，且 $V_{R}=0$

$V_{o}=V_{I}R_{f}/R_{i}$

当 $R_{f+}=R_{f-}=R_{f}$ ，且 $V_{R}=V_{os}$ , $V_{+}=V_{-}$

$V_{o}=\frac{R_{f}}{R_{i}}\cdot V_{I}+V_{os}$

当 $R_{f+}=R_{f-}=R_{f}$ ，且 $V_{R}=V_{o}$

$V_{o}=\frac{R_{f}}{R_{i}}\cdot V_{I}+V_{o}$

由上可以看出 $V_{R}$ 只是将输出信号往上抬升到 $V_{R}$ 的水平线上。在第三种情况中 $V_{R}=V_{o}$ ，若 $V_{I}$ 大于0，会导致 $V_{+}>V_{-}$ ,运放很可能工作在震荡区，为保证运放输出的稳定性，必须保证 $V_{+}/V_{o}<1$

即必须将 $V_{o}$ 反馈会运放同向输入端必须减去： $\frac{R_{f}}{R_{i}}\cdot V_{I}$ 才能保证第三种情况成立。

图5

为实现上述反馈条件将 $R_{f+}$ 拆分为两部分 $R_{s}$ 和 $R_{f}$ 如图5所示，为保证精度，在中间加上电压跟随器保证阻抗匹配，避免干扰。

根据运放虚短，虚断得到：

$V_{o}-R_{f}i_{I}=V_{L}+i_{I}R_{f}=V_{o}-i_{L}R_{s}+i_{I}R_{f}$

求得： $i_{L}=2R_{f}i_{I}/R_{s}=V_{I}R_{f}/R_{i}R_{s}$

电流值 $i_{L}$ 只与输入电压以及电阻 $R_{i}$ 、 $R_{s}$ 、 $R_{f}$ 有关，独立于负载和输出电压，因此可作为恒流源，在使用正负电源供电的情况下， $i_{L}$ 可正

当然也必须保证 $i_{L}$ 通过负载所产生的电压加上 $R_{s}$ 两端电压等于 $V_{o}$ ，因此该电流源只在一定范围内保证输出恒流。

从另一个方向分析howland电流源：

howland电流源由输入电压源，阻抗变换器两部分组成。

第一部分：输入电压源；第二部分：阻抗变换器

阻抗变换器：

假设R1阻值无穷小，根据运放的虚短虚断可以计算出V0 =（1+R4/R3）·Vi，电流 i = ( Vi - V0 ) / R2 = -R4/(R3·R2),则阻抗变换器的输入阻抗为

Req = Vi / i = -(R3·R2)/R4

当R3 = R4，Req = -R2，因此该阻抗变换器为负阻抗变换器，表明该输入端不消耗能量，而释放能量

因此负阻抗变器并不用要求前级电路的输出带载能力。

由于运放同向输入端电压不变为Vi，则通过R2的电流为（V0-Vi）/R2

howland电流源电流流向如图3所示：

图3

其中运放的同向输入端电压保持不变为V1，而V0电压跟随V1，等于（1+R4/R3）·V1

可调变阻为负载,R4为电流调节电阻

Howland电流源相关推荐

Howland电流源输入输出关系
Howland电流源输入输出推导 Howland电流源输入输出关系推导近期项目需要实现一个恒流源,查阅资料发现网上对于Howland电流源的输入输出推导参差不齐,故在此记录,方便日后查找. 实用的基 ...
howland电流源公式推导
由麻省理工的Brad Howland发明的运放电流源: 运放采用AD8066,供电电压在+-12V到+-15V之间实际应用时,一定要根据运放的电压范围来选择边路电阻大小,若电阻流过电流的压降大于运放 ...
howland 电流源
其实上一幅图(使用TL431)是比较好的,使用元器件较少,只需要一支精密电阻.但TL431自身需要消耗1mA电流,故而你要求1mA恒流超出了此电路能力. 该电路电源电压可以使用5V单电源. 上一种取决 ...
电流源运放电流源：Howland电流泵
由麻省理工学院Brad Howland发明的运放电流源得到了广泛使用,在电路设计领域已广为人知.不过对于不熟悉这一行业的人来说理解起来可能有些难度.下面从比较简单.大家熟悉的电路开始做一些解释. 第一 ...
运算放大器应用汇总2
内容包括Howland电流源的仿真与其定性分析.定量计算,峰值检波电路,正弦波信号频率测量电路,工业4-20mA转0-3.3V/5V/10V/15V转换变送器电路,基于LM358被动红外人体检测,单电 ...
《你好，放大器》----学习记录(五)
5 典型放大电路分析 5.1 单电源线性变换电路本节围绕表达式y = kx + b进行,这类电路是运放实现的最为简单的电路,也较为常用.其中,系数 k 指电压放大倍数(包含绝对值小于 1 的,称为衰 ...
电压转电流，4-20mA输出电路
4-20mA输出电路使用背景工业用的仪器仪表一般处于比较复杂的工作环境中,电压信号容易受到噪声的干扰. 并且电压信号在进行长距离输送时,由于线缆内阻的影响会产生压降,而对于电流而言,则没有影响. ...
镜像电流源特点_模电中的电流源电路
在模电中,电流源电路也称恒流源电路,经常作为放大电路中的偏置电路(即为放大电路提供合适的静态工作点的电路).有源负载以及电压-电流转换电路等.在一些名牌大学的期末考试或研究生入学考试中,也经常出一道和 ...
电压源和电流的关联参考方向_结点电压法解题系列之四：电流源支路
利用结点电压法求解时,有的结点之间连接的是电流源支路.如图1所示电路中,结点2与参考结点4之间连接的是5A电流源.对结点2列写标准形式KCL,或直接利用KCL列出结点电压方程,都很容易,也不易出错.只 ...

Howland电流源

Howland电流源相关推荐

最新文章

热门文章