[發(fā)明專利]一種具有背景電流消除功能的快速掃描電路

有效

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• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107918428B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 鄔楊波;劉鵬;孟維強;郭智勇;陳庚
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 方小惠

本發(fā)明公開了一種具有背景電流消除功能的快速掃描電路，包括交流電源、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器、第四運算放大器、電化學池、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第一滑動變阻器、第二滑動變阻器和第一電容，第三運算放大器、第二變阻器、第十電阻和第一電容構(gòu)成背景電流補償產(chǎn)生電路，第四運算放大器、第六電阻、第七電阻、第八電阻和第九電阻構(gòu)成背景電流消除電路；優(yōu)點是不管掃描頻率的如何提高，其背景電流都會被消除掉，不會對法拉第電流造成干涉和影響，提高了輸出電壓的信噪比，提高了掃描電路的檢測靈敏度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種快速掃描電路，尤其是涉及一種具有背景電流消除功能的快速掃描電路。

背景技術

伏安法通過改變電極電位的掃描速率來考察所研究體系的電化學性質(zhì)，并可作循環(huán)掃描以獲取其它電化學技術無法獲取的反向信息，為目前常用的一種電化學技術。伏安法可方便地提供化學或生物化學物種氧化還原過程的熱力學參數(shù)，還可直接洞察各種電化學反應的動力學信息，如：測定體系的異相電子傳遞速率常數(shù)、考察體系的多步電子傳遞過程、檢測反應中間體的產(chǎn)生與反應和研究電子轉(zhuǎn)移的伴隨化學反應等。

伏安法所使用的電位掃描速率越高，其所能分辨的動力學時間窗口就越向低端延伸，更快的異相或均相反應可以被研究，更短壽命的中間體可以被跟蹤，這樣可以大大擴展對電子轉(zhuǎn)移和化學反應動力學的認識。因此，快速掃描電路設計技術是進一步推動伏安法發(fā)展的關鍵技術之一。快速掃描伏安法輸出電流中包含兩種電流分量：其一是掃描電壓通過電極電容所產(chǎn)生的充電電流i_c，即背景電流，該背景電流沒有包含電化學檢測所需的信息；其二為電化學反應所產(chǎn)生的法拉第電流i_f。隨著掃描速度的增加背景電流線性增大，若不加控制，則背景電流有淹沒法拉第電流之勢，由此導致輸出信號信噪比的降低。

文獻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.)中提出了一種雙運放快速掃描電路，其電路圖如圖1所示。該雙運放快速掃描電路由交流電源Vs、電化學池、兩個運算放大器運放A1和A2，五個電阻(R、R、R₁、R_f和R_s)和一個變阻器R_w1組成。該雙運放快速掃描電路的輸出電壓可表示為：

上式中，為背景電流i_c經(jīng)運算放大器A2放大后的電壓信號，為法拉第電流i_f經(jīng)運算放大器A2放大后的電壓信號。在固定掃描速率下，背景電流為直流量，在伏安平面上表現(xiàn)為平行于橫坐標的直流電壓。

該雙運放快速掃描電路在不同頻率條件下，為了更加方便的分析其輸出波形所產(chǎn)生的變化，我們給出如圖2(a)～圖2(d)所示的輸出時域波形圖，該輸出波形是在沒有扣除背景電流時的輸出信號。從圖2(a)～圖2(d)中可以出，隨著掃描頻率的提高，背景電流不斷增大；而取決于溶液特性的法拉第電流并沒有隨著掃描電壓頻率的增大而增加，由此導致了輸出電壓的信噪比下降，降低了電路的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可以消除背景電流，避免背景電流對法拉第電流造成干擾和影響，提高輸出電壓的信噪比以及檢測靈敏度的具有背景電流消除功能的快速掃描電路。