實測Howland增強型電路

一、前言

前面推導(dǎo)了增強型 Howland 電路的公式，下面搭建一個實際電路，測量一下這個電路的實際特性。

二、電路測試

設(shè)計測試電路板，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，負載通過端口連接外部的 QR10 數(shù)字可編程電阻箱。設(shè)計單面測試電路板，一分鐘之后得到電路板，電路板制作的非常完美。下面進行焊接調(diào)試。

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▲ 圖1.2.1 實驗電路原理圖

▲ 圖1.2.2 實驗PCB

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

在負載電阻為3k歐姆時，負載波形沒有失真。在負載電阻為 4k 歐姆時，對應(yīng)的輸出電阻有了飽和失真。輸出電阻為 10k歐姆時，輸出電流波形幾乎成了梯形波形。

▲ 圖1.2.3 不同電阻下對應(yīng)的負載電壓

??下面使用 QR10 電阻箱，逐步改變電阻。從 0歐姆增加到 3k 歐姆。測量不同電阻下對應(yīng)的負載電壓。這個電阻電壓關(guān)系近似為 線性關(guān)系。但整個曲線往下彎曲，這說明恒流源的內(nèi)阻不是無窮大。經(jīng)過曲線擬合，得到近似輸出內(nèi)阻為 38.4k 歐姆。這比起真實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)這個公式，以及實驗電路板中的器件取值，可以計算出不同負載電阻下輸出電壓的理論值。根據(jù)這個理論值也可以估計出對應(yīng)的等效內(nèi)阻，它等于40k歐姆，實際上，就是 R3，R4 電阻之和。這與實際測量的結(jié)果38.4k 歐姆是一致的。

※ 總??結(jié) ※

本文實際測量了增強型 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。但是所帶來的缺點，就是對應(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 負載電阻遠遠小于電路中反饋電阻時，才能夠近似為 恒流源。

參考資料

[1]增強型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