[发明专利]一种在线欧姆压降预补偿快速扫描电路

说明书

本发明公开了一种在线欧姆压降预补偿快速扫描电路，包括交流电源、电化学池、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、滑动变阻器和电容，第一运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻构成恒电位仪，第二运算放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻构成电流/电压转换电路，第三运算放大器、第七电阻、滑动变阻器和电容构成预补偿电压产生电路；优点是消除了正反馈欧姆压降补偿技术所带来的振荡以及额外的时间延迟，使输出电压信号具有更为理想的伏安特性。

技术领域

本发明涉及一种快速扫描电路，尤其是涉及一种在线欧姆压降预补偿快速扫描电路。

背景技术

伏安法通过改变电极电位的扫描速率来考察所研究体系的电化学性质，并可作循环扫描以获取其它电化学技术无法获取的反向信息，为目前常用的一种电化学技术。伏安法可方便地提供化学或生物化学物种氧化还原过程的热力学参数，还可直接洞察各种电化学反应的动力学信息，如：测定体系的异相电子传递速率常数、考察体系的多步电子传递过程、检测反应中间体的产生与反应和研究电子转移的伴随化学反应等。

伏安法所使用的电位扫描速率越高，其所能分辨的动力学时间窗口就越向低端延伸，更快的异相或均相反应可以被研究，更短寿命的中间体可以被跟踪，这样可以大大扩展对电子转移和化学反应动力学的认识。因此，快速扫描电路设计技术是进一步推动伏安法发展的关键技术之一。快速扫描伏安法输出电流中包含两种电流分量：其一是扫描电压通过电极电容所产生的充电电流i_c，即背景电流，该背景电流没有包含电化学检测所需的信息；其二为电化学反应所产生的法拉第电流i_f。随着扫描速度的增加背景电流线性增大，若不加控制，则背景电流有淹没法拉第电流之势，由此导致输出信号信噪比的降低。

文献1(ZhiyongGuo,Xiangqin Lin*,Zhaoxiang Deng,“Undistorted cyclicvoltammograms at scan rates up to 2.5MV·s-1through positive feedbackcompensation of ohmic drop”,Chinese J.Chem.2004,22,913-919.)中提出了一种双运放快速扫描电路，其电路图如图1所示。该双运放快速扫描电路采用正反馈欧姆压降补偿技术实现，由交流电源Vs、电化学池、两个运算放大器运放A1和A2，五个电阻(R、R、R₁、R_f和R_s)和一个滑动变阻器R_w1组成，运算放大器A2的输出电压通过滑动变阻器R_W1正反馈回运算放大器A1的同相输入端，叠加于输入扫描信号，由此补偿电化学池的溶液电阻所造成的欧姆电压降。

文献2(ZhiyongGuo,Xiangqin Lin*,“Ultrafast cyclic voltammetry at scanrates up to 3MV s–1through a single-opamp circuit with positive feedbackcompensation of ohmic drop”,J.Electroanal.Chem.2004,568,45-53.)提出了一种单运放快速扫描电路，其电路如图2所示。该单运放快速扫描电路采用正反馈欧姆压降补偿技术实现，由运算放大器A、交流电源Vs、两个电阻R1和R2、滑动变阻器Rw和电容Ox组成，通过两个电阻R1和R2构成的正反馈网络，产生一个负输入阻抗用于抵消电化学池的溶液电阻产生的欧姆压降，实现补偿。

不管是上述文献1提出的双运放快速扫描电路还是文献2提出的单运放快速扫描电路，其原理均是采用正反馈欧姆压降补偿技术补偿电化学池的溶液电阻所造成的电压降，消除电化学池的溶液电阻所带来的歪曲因素，从而获得较好的伏安信号，但是此类电路正是因为采用了正反馈补偿技术，从而也附带了正反馈欧姆压降补偿技术自身的天然技术障碍，即电路极易出现振荡以及会产生额外的时间延迟。

发明内容