簡單的電流源并不適合可變負(fù)載，因為通過負(fù)載的電流也會隨著負(fù)載電阻的變化而變化。這個問題的解決方案是像 Howland Current Pump Circuit 這樣的恒流源。

　　Howland 電流泵由麻省理工學(xué)院的 Bradford Howland 教授于 1962 年發(fā)明。它由一個運(yùn)算放大器 IC和一個平衡電阻橋組成，即使負(fù)載電阻值發(fā)生變化，也可以通過負(fù)載保持恒定的電流值。在這里，我們將通過在硬件上構(gòu)建Howland 電流源來了解其基本工作原理和電路。

　　基本 Howland 電流泵電路圖

　　現(xiàn)在，通過應(yīng)用基爾霍夫電流定律和歐姆定律，我們看到輸出電流等于輸入電流和通過電阻器 R4 的電流之和。

　　i o = i 1 +i 2

　　i o = （V 1 – V L / R 1 ） + （V A – V L / R 2 ） …（等式 1）

　　帶有運(yùn)算放大器的R 1和 R 2形成一個關(guān)于負(fù)載電壓 V L的非反相放大器。因此，我們得到

　　V A = （1 + R 4 / R 3 ） V L … （等式 2）

　　將方程（2）中的 V A值代入方程（1），

　　我o = （V 1 – V L / R 1 ） + （（1 + R 4 / R 3 ） V L – V L / R 2 ）

　　現(xiàn)在，在求解 i o = AV 1 – V L /R O的值時，

　　其中，A = 1 / R 1

　　因此，從等式評估 R O ，我們將得到：

　　R O = R 2 / （（R 2 /R 1 ） – （R 4 /R 3 ））

　　為了使輸出電流恒定或獨立于負(fù)載電阻的輸出電壓，我們必須實現(xiàn)平衡電橋條件，即

　　R 4 / R 3 = R 2 / R 1

　　Howland 電流泵的仿真

　　Howland 電路是一種理想的電流源電路，它相對于負(fù)載電阻或電壓的變化保持電流恒定。在下面的模擬視頻中，您可以看到電流值是恒定的，與 R L無關(guān)。在這里，模擬運(yùn)行了 3 次，使用三個不同的負(fù)載電阻值，即 1k、2k 和 3k，但無論電阻值如何，電阻上的電流都保持恒定。在這里，我們在每種情況下都獲得了 9mA 的恒定電流輸出。

　　所需組件

　　運(yùn)算放大器 IC – LM741

　　電阻器 –（3.9k – 2 個，1K- 3 個）

　　面包板

　　9V 電源

　　連接電線

　　運(yùn)算放大器 IC LM741

　　LM741運(yùn)算放大器 是直流耦合高增益電子電壓放大器。這是一個有8個引腳的小芯片。運(yùn)算放大器 IC 用作比較兩個信號，即反相信號和同相信號的比較器。在運(yùn)算放大器 IC 741 中，PIN2 為反相輸入端，PIN3 為同相輸入端。該IC的輸出引腳為PIN6。該IC的主要功能是在各種電路中進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

　　當(dāng)同相輸入 （+） 處的電壓高于反相輸入 （-） 處的電壓時，比較器的輸出為高電平。如果反相輸入（-）電壓高于同相端（+），則輸出為低電平。在此無線開關(guān)電路中，LM741 用于向 IC 4017 提供從低到高的時鐘脈沖，每次通過 LDR 時。

　　LM741引腳圖

　　LM741的引腳配置

　　測試 Howland Current Pump 硬件

　　根據(jù)歐姆定律，增加負(fù)載電阻的值也會改變其兩端的電壓。但是一個理想的電源應(yīng)該保持恒定的電流流過負(fù)載電阻。下面是測試 Howland 電流泵電路的硬件設(shè)置，這里 9v 電源是通過 RPS（穩(wěn)壓電源）提供的，但也可以使用 9v 電池進(jìn)行測試。在這里，我們測試了負(fù)載電阻為 2k 和 3.9k 的電路，并使用數(shù)字萬用表測量了負(fù)載兩端的電流。如下圖所示，電流在兩種情況下都保持不變。

　　電阻器也可以用一些有源負(fù)載代替，如電機(jī)或 LED。