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電化學(xué)工作站是一種控制工作電極和參比電極之間電位差的電子儀器。其中，工作電極和參比電極都是電化學(xué)電解池里的組成部分。電化學(xué)工作站通過向輔助電極或?qū)﹄姌O中注入電流來控制工作電極和參比電極兩者間的電位差。
內(nèi)部電路由四個(gè)部分組成，以下作詳細(xì)的介紹。即便你對(duì)電學(xué)不熟悉，也可以從下面的信息中了解一二。
放大器上的×1表示這是一個(gè)單位增益差分放大器。電路的輸出電壓即為兩個(gè)輸入信號(hào)的差值。
內(nèi)部電路由四個(gè)部分組成，以下作詳細(xì)的介紹。
1、靜電計(jì)
靜電計(jì)電路測(cè)量的是參比電極和工作電極間的電位差。其輸出信號(hào)有兩個(gè)主要的功能：一個(gè)是可以作為電化學(xué)工作電路中的反饋信號(hào)；一個(gè)是可以用于計(jì)算測(cè)量電解池的電壓。
理想的靜電計(jì)具有零輸入電流和無限大的阻抗。流經(jīng)參比電極的電流會(huì)改變它的電勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，所有靜電計(jì)的輸入電流幾乎無限接近零，因此上述的現(xiàn)象通常可以忽略。
靜電計(jì)有兩個(gè)重要參數(shù)：帶寬和輸入阻抗。帶寬表征的是當(dāng)靜電計(jì)被一個(gè)低阻抗源驅(qū)動(dòng)時(shí)，其可測(cè)得的AC頻率。靜電計(jì)的帶寬必須高于電化學(xué)工作站中其他電子組成部分的帶寬。
靜電計(jì)輸入電容和參比電極電阻共同組成RC濾波器。如果濾波器的時(shí)間常數(shù)太大，它會(huì)限制靜電計(jì)的有效帶寬，還會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。小的輸入電容可以獲得更穩(wěn)定的操作，同時(shí)增加儀器對(duì)高阻抗參比電極的耐受性。
2、I/E轉(zhuǎn)換器
簡化示意圖中的電流電壓(I/E)轉(zhuǎn)換器測(cè)量的是電解池電流。它迫使電解池電流流經(jīng)一個(gè)電流測(cè)試電阻Rm。通過Rm 上的電壓降計(jì)算出電解池的電流。
在一些實(shí)驗(yàn)中，電解池電流變化不大。在其他的一些實(shí)驗(yàn)，如腐蝕實(shí)驗(yàn)中，電流經(jīng)常能變化到七個(gè)數(shù)量級(jí)以上。在這種情況下，你將不能夠僅通過使用一個(gè)單獨(dú)的電阻去測(cè)量如此大范圍的電流。我們可以將許多不同的Rm電阻自動(dòng)組合接入I/E電路。這樣可以測(cè)量各種不同大小的電流，每次測(cè)量可以依據(jù)電流大小選定合適的電阻。I/E自動(dòng)變換量程程序常用來選擇合適的電阻值。
I/E轉(zhuǎn)換器的帶寬強(qiáng)烈地依賴于它的敏感度。測(cè)量小電流需要大的Rm電阻。I/E轉(zhuǎn)換器中的離弦電容形成一個(gè)帶Rm的RC濾波器，限制了I/E的帶寬。沒有電化學(xué)工作站能夠準(zhǔn)確測(cè)量100kHz下的10nA電流，因?yàn)檫@個(gè)電流范圍的帶寬太低了以至于無法測(cè)定100kHz的頻率。這個(gè)效應(yīng)在EIS測(cè)量中非常非常重要！
3、調(diào)整放大器
調(diào)整放大器是一個(gè)伺服放大器。它可以將實(shí)際測(cè)得的電解池電壓與預(yù)期電壓相類比，并向電解池中灌輸電流迫使兩者相同。
需要注意的是，實(shí)際測(cè)得的電壓被輸入調(diào)整放大器的負(fù)輸入端。測(cè)量電壓中的正擾動(dòng)將導(dǎo)出一個(gè)負(fù)的調(diào)整放大器輸出信號(hào)。這個(gè)負(fù)的輸出信號(hào)將抵消原來的擾動(dòng)。這種控制線路被稱為負(fù)反饋。
在正常情況下，電解池電壓會(huì)被控制成與信號(hào)源電壓相同。調(diào)整放大器的輸出都有一個(gè)極限值。
4、信號(hào)
信號(hào)電路是一個(gè)電腦控制的電壓源。它通常是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器將電腦生成的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電壓。
合理地選擇編號(hào)順序可以使電腦產(chǎn)生恒壓，電壓斜升，甚至數(shù)字電路輸出信號(hào)中的正弦波。
當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于生成一個(gè)波形例如一個(gè)正弦波或者一個(gè)斜升時(shí)，波形是一個(gè)等效模擬波形的數(shù)值近似，其中含有小的電壓階躍。這些電壓階躍的大小受數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率的限制，比率本身將更新成新的數(shù)字。
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