实测Howland增强型电路

一、前言

前面推导了增强型 Howland 电路的公式，下面搭建一个实际电路，测量一下这个电路的实际特性。

二、电路测试

设计测试电路板，有意选择 R1到R4电阻都是 20k，这样使得输出电流最大保持恒流特性。R0选择1k欧姆，负载通过端口连接外部的 QR10 数字可编程电阻箱。设计单面测试电路板，一分钟之后得到电路板，电路板制作的非常完美。下面进行焊接调试。

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▲ 图1.2.1 实验电路原理图

▲ 图1.2.2 实验PCB

  焊接测试电路，将QR10接入负载端口，给电路运放施加正负12V工作电压。在正向输入端接入 峰峰值5V，频率1kHz 的正弦波。此时负载电阻为 2k 欧姆，所以输出为同相，幅值增大2倍的正弦波信号。这与电路设计参数是相符合的。

在负载电阻为3k欧姆时，负载波形没有失真。在负载电阻为 4k 欧姆时，对应的输出电阻有了饱和失真。输出电阻为 10k欧姆时，输出电流波形几乎成了梯形波形。

▲ 图1.2.3 不同电阻下对应的负载电压

  下面使用 QR10 电阻箱，逐步改变电阻。从 0欧姆增加到 3k 欧姆。测量不同电阻下对应的负载电压。这个电阻电压关系近似为 线性关系。但整个曲线往下弯曲，这说明恒流源的内阻不是无穷大。经过曲线拟合，得到近似输出内阻为 38.4k 欧姆。这比起真实的电流源还是相差很多。

前面推导了正输入端电压与电流之间的公式 ，根据这个公式，以及实验电路板中的器件取值，可以计算出不同负载电阻下输出电压的理论值。根据这个理论值也可以估计出对应的等效内阻，它等于40k欧姆，实际上，就是 R3，R4 电阻之和。这与实际测量的结果38.4k 欧姆是一致的。

※ 总  结 ※

本文实际测量了增强型 Howland 电路的输出特性。它的输出电流基本上是由电路中 R0 决定。这使得它在输出电流方面比较容易控制，以及形成比较大的电流输出。但是所带来的缺点，就是对应的恒流内阻比较小。基本上等于反馈电阻的阻值。所以，这种电路只有在 负载电阻远远小于电路中反馈电阻时，才能够近似为 恒流源。

参考资料

[1]增强型Howland电流源输出电流公式推导: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/140271831

[2]高精度、快速建立的大电流源: https://www.analog.com/cn/resources/analog-dialogue/articles/a-large-current-source-with-high-accuracy-and-fast-settling.html