Преобразователь «напряжение-ток» на основе схемы Хауленда

Преобразователь «напряжение-ток»

 на основе схемы  Хауленда

 

Широкое распространение получила схема, представленная на рис. 4. Данная схема называется именем его создателя Хауленда (Howland) [2,5,7]. Как видно из рисунка, сопротивление нагрузки Rн имеет один заземленный конец.

Отличительной особенностью этой схемы является наличие дополнительной цепи обратной связи , причем положительной. Через эту цепь и осуществляется компенсация изменения тока в нагрузке при изменении ее сопротивления. Как будет показано ниже, это происходит при определенных соотношениях резисторов. Для правильной работы этой схемы необходимо, чтобы глубина отрицательной обратной связи была больше глубины положительной обратной связи. Выведем расчетные соотношения, предположив, что операционный усилитель (ОУ) - идеальный. При этом напряжение между его входами равно нулю:

 

                                                                                           (1)

 

                        

 

          Рис. 4. Преобразователь «напряжение-ток»

       на основе схемы Хауленда

 

Напряжение на инвертирующем входе связанно с выходным через коэффициент деления делителя на , обозначая который через , можно записать:

 

                                                         (2)

 

 

Пусть заданы следующие значения исходных параметров:

 

1. Uвх1 max=10 В; Uвх2=0; Uн max=8 В; Uвых max=10 В; Iн max=5 мА.

 

2.    или

Задаваясь b=8, находим, что соотношение R4/R5=0.1. Задаваясь R5=100 КОм, находим R4=10 КОм.

 

3. Поскольку

,

 

а Rн max=Uн max/Iн max=8 В/5 мА=1.6 KОм, находим значение резистора R:

 

 

.

 

4. С учетом (8):

 

 

5. Для проверки последнего соотношения Uвых max > Uн max рассчитываем значение a:

 

,

 

  Подставляя его в выражение  для выходного напряжения ОУ, можно получить:

 

.

 

Таким образом, Uвых max больше, чем напряжение на нагрузке Uн max и меньше, чем максимально возможное выходное напряжение ОУ.

Принципиальная схема с рассчитанными элементами представлена на рис. 8.