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电化学工作站内部电路的四种组成部分
时间：2022-3-15
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电化学工作站是一种控制工作电极和参比电极之间电位差的电子仪器。其中，工作电极和参比电极都是电化学电解池里的组成部分。电化学工作站通过向辅助电极或对电极中注入电流来控制工作电极和参比电极两者间的电位差。
内部电路由四个部分组成，以下作详细的介绍。即便你对电学不熟悉，也可以从下面的信息中了解一二。
放大器上的×1表示这是一个单位增益差分放大器。电路的输出电压即为两个输入信号的差值。
内部电路由四个部分组成，以下作详细的介绍。
1、静电计
静电计电路测量的是参比电极和工作电极间的电位差。其输出信号有两个主要的功能：一个是可以作为电化学工作电路中的反馈信号；一个是可以用于计算测量电解池的电压。
理想的静电计具有零输入电流和无限大的阻抗。流经参比电极的电流会改变它的电势。在实际应用中，所有静电计的输入电流几乎无限接近零，因此上述的现象通常可以忽略。
静电计有两个重要参数：带宽和输入阻抗。带宽表征的是当静电计被一个低阻抗源驱动时，其可测得的AC频率。静电计的带宽必须高于电化学工作站中其他电子组成部分的带宽。
静电计输入电容和参比电极电阻共同组成RC滤波器。如果滤波器的时间常数太大，它会限制静电计的有效带宽，还会引起系统的不稳定性。小的输入电容可以获得更稳定的操作，同时增加仪器对高阻抗参比电极的耐受性。
2、I/E转换器
简化示意图中的电流电压(I/E)转换器测量的是电解池电流。它迫使电解池电流流经一个电流测试电阻Rm。通过Rm 上的电压降计算出电解池的电流。
在一些实验中，电解池电流变化不大。在其他的一些实验，如腐蚀实验中，电流经常能变化到七个数量级以上。在这种情况下，你将不能够仅通过使用一个单独的电阻去测量如此大范围的电流。我们可以将许多不同的Rm电阻自动组合接入I/E电路。这样可以测量各种不同大小的电流，每次测量可以依据电流大小选定合适的电阻。I/E自动变换量程程序常用来选择合适的电阻值。
I/E转换器的带宽强烈地依赖于它的敏感度。测量小电流需要大的Rm电阻。I/E转换器中的离弦电容形成一个带Rm的RC滤波器，限制了I/E的带宽。没有电化学工作站能够准确测量100kHz下的10nA电流，因为这个电流范围的带宽太低了以至于无法测定100kHz的频率。这个效应在EIS测量中非常非常重要！
3、调整放大器
调整放大器是一个伺服放大器。它可以将实际测得的电解池电压与预期电压相类比，并向电解池中灌输电流迫使两者相同。
需要注意的是，实际测得的电压被输入调整放大器的负输入端。测量电压中的正扰动将导出一个负的调整放大器输出信号。这个负的输出信号将抵消原来的扰动。这种控制线路被称为负反馈。
在正常情况下，电解池电压会被控制成与信号源电压相同。调整放大器的输出都有一个极限值。
4、信号
信号电路是一个电脑控制的电压源。它通常是数模转换器的输出信号，其中数模转换器将电脑生成的数值转换成电压。
合理地选择编号顺序可以使电脑产生恒压，电压斜升，甚至数字电路输出信号中的正弦波。
当数模转换器用于生成一个波形例如一个正弦波或者一个斜升时，波形是一个等效模拟波形的数值近似，其中含有小的电压阶跃。这些电压阶跃的大小受数模转换器的分辨率的限制，比率本身将更新成新的数字。