简单的电流源不适用于可变负载，因为通过负载的电流也会随负载电阻而变化。解决此问题的方法是使用恒流源，例如Howland电流泵电路。
该Howland电流泵是由美国麻省理工学院布拉德福德霍兰德教授在1962年发明的。它由一个运算放大器IC和一个平衡电阻桥组成，即使负载电阻的值发生变化，它也可以在负载中保持恒定的电流值。在这里，我们将通过在硬件上构建Howland Current Source的基本工作原理和电路。
霍兰德基本电流泵电路图
现在，通过应用基尔霍夫电流定律和欧姆定律，我们看到输出电流等于输入电流和流经电阻R4的电流之和。
i o = i 1 + i 2 i o =（V 1 – V L / R 1）+（V A – V L / R 2）…（等式1）
相对于负载电压V L，带有运放的R 1和R 2构成同相放大器。因此，我们得到
V A =（1 + R 4 / R 3）V L …（方程式2）
将V A的值从等式（2）放到等式（1），
i o =（V 1 – V L / R 1）+（（（1 + R 4 / R 3）V L – V L / R 2）
现在，在求解并将i o的值设为AV 1 – V L / R O时，
其中，A = 1 / R 1
因此，根据等式评估R O，我们将得到：
R O = R 2 /（（R 2 / R 1）–（R 4 / R 3））
为了使输出电流相对于负载电阻的输出电压恒定或独立，我们必须达到平衡电桥条件，即
R 4 / R 3 = R 2 / R 1
Howland电流泵的仿真
Howland电路是一种理想的电流源电路，可根据负载电阻或负载两端电压的变化保持电流恒定。在下面的模拟视频中，您可以看到电流值是恒定的，而与R L无关。在此，使用三个不同值的负载电阻（即1k，2k和3k）运行了3次仿真，但电阻上的电流保持恒定，而与电阻值无关。在这里，我们在每种情况下都能获得9mA的恒定电流输出。
所需组件
- 运算放大器IC – LM741
- 电阻器-（3.9k-2号，1K- 3号）
- 面包板
- 9V电源
- 连接线
运算放大器IC LM741
LM741运算放大器 是直流耦合的高增益电子电压放大器。这是一个只有8个引脚的小芯片。运算放大器IC用作比较器，用于比较反相信号和同相信号这两个信号。在运算放大器IC 741中，PIN2是反相输入端子，而PIN3是同相输入端子。该IC的输出引脚为PIN6。该IC的主要功能是在各种电路中进行数学运算。
当同相输入（+）上的电压高于反相输入（-）上的电压时，比较器的输出为高。并且，如果反相输入（-）的电压高于同相端（+），则输出为LOW。在此无线开关电路中，每当有人将LDR移交给LDR时，LM741就会向IC 4017提供低至高时钟脉冲。在此处了解有关运放741的更多信息。
LM741的引脚图
LM741的引脚配置
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PIN码 |
PIN码说明 |
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1个 |
偏移量为null |
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2 |
反相（-）输入端子 |
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3 |
同相（+）输入端子 |
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4 |
负电源（-VCC） |
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5 |
偏移量null |
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6 |
输出电压引脚 |
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7 |
正电源（+ VCC） |
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8 |
未连接 |
测试Howland电流泵硬件
根据欧姆定律，增加负载电阻值也会改变其两端的电压。但是理想的电源应保持流经负载电阻的电流恒定。下面是测试Howland电流泵电路的硬件设置，此处9v电源通过RPS（稳压电源）提供，但9v电池也可以用于测试。在这里，我们用2k和3.9k的负载电阻测试了电路，并使用数字万用表测量了负载两端的电流。如下图所示，电流在两种情况下均保持恒定。
电阻器也可以用一些有功负载代替，例如电动机或LED。下面是Howland电流泵的完整演示视频。
豪兰德电流泵的应用
以下是Howland电流泵的一些应用：
- 测试其他设备
- 实验中
- 生产测试
- 偏置二极管和晶体管
- 用于设置测试条件