一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路制造技术

本发明专利技术公开了一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路，包括交流电源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、电化学池、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、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一滑动变阻器、第二滑动变阻器和第一电容，第三运算放大器、第二变阻器、第十电阻和第一电容构成背景电流补偿产生电路，第四运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻构成背景电流消除电路；优点是不管扫描频率的如何提高，其背景电流都会被消除掉，不会对法拉第电流造成干涉和影响，提高了输出电压的信噪比，提高了扫描电路的检测灵敏度。

A fast scanning circuit with background current elimination function

The invention discloses a fast scanning circuit to eliminate background current functions, including AC power supply, a first operational amplifier, a second operational amplifier, third operational amplifier, fourth operational amplifier, electrochemical cell, a first resistor, a second resistor, a third resistor, fourth resistors, fifth resistors, sixth resistors, seventh resistors, eighth resistors, ninth the first tenth resistors, resistor, sliding rheostat, second sliding rheostat and a first capacitor, third, second, tenth operational amplifier rheostat resistance and a first capacitance current compensation circuit for generating background, fourth operational amplifiers, sixth resistors, seventh resistors, eighth resistor and the ninth resistor constitute the background current cancellation circuit; has the advantages of no matter how to improve the scanning frequency the background, current will be eliminated, not for Faraday The flow results in interference and influence, which improves the signal to noise ratio of the output voltage, and improves the detection sensitivity of the scanning circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路
本专利技术涉及一种快速扫描电路，尤其是涉及一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路。
技术介绍
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ic，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if。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,XiangqinLin*,ZhaoxiangDeng,“Undistortedcyclicvoltammogramsatscanratesupto2.5MV·s-1throughpositivefeedbackcompensationofohmicdrop”,ChineseJ.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、Rf和Rs)和一个变阻器Rw1组成。该双运放快速扫描电路的输出电压可表示为：上式中，为背景电流ic经运算放大器A2放大后的电压信号，为法拉第电流if经运算放大器A2放大后的电压信号。在固定扫描速率下，背景电流为直流量，在伏安平面上表现为平行于横坐标的直流电压。该双运放快速扫描电路在不同频率条件下，为了更加方便的分析其输出波形所产生的变化，我们给出如图2(a)～图2(d)所示的输出时域波形图，该输出波形是在没有扣除背景电流时的输出信号。从图2(a)～图2(d)中可以出，随着扫描频率的提高，背景电流不断增大；而取决于溶液特性的法拉第电流并没有随着扫描电压频率的增大而增加，由此导致了输出电压的信噪比下降，降低了电路的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可以消除背景电流，避免背景电流对法拉第电流造成干扰和影响，提高输出电压的信噪比以及检测灵敏度的具有背景电流消除功能的快速扫描电路。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路，包括交流电源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、电化学池、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、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一滑动变阻器、第二滑动变阻器和第一电容；所述的交流电源的正极和所述的第一电阻的一端连接，所述的交流电的负极接地，所述的第一电阻的另一端、所述的第二电阻的一端和所述的第一运算放大器的反相输入端连接，所述的第二电阻的另一端、所述的第一运算放大器的输出端、所述的第一电容的一端和所述的电化学池的负极连接，所述的电化学池的正极、所述的第五电阻的一端和所述的第二运算放大器的正相输入端连接，所述的第五电阻的另一端接地，所述的第二运算放大器的反相输入端、所述的第三电阻的一端和所述的第四电阻的一端连接，所述的第三电阻的另一端接地，所述的第四电阻的另一端、所述的第二运算放大器的输出端、所述的第一滑动变阻器的一端和所述的第六电阻的一端连接，所述的第一滑动变阻器的另一端接地，所述的第一滑动变阻器的滑动端和所述的第一运算放大器的正相输入端连接，所述的第六电阻的另一端、所述的第七电阻的一端、所述的第八电阻的一端和所述的第四运算放大器的反相输入端连接，所述的第七电阻的另一端和所述的第四运算放大器的输出端连接且其连接端为所述的快速扫描电路的输出端，所述的第四运算放大器的正相输入端和所述的第九电阻的一端连接，所述的第九电阻的另一端接地，所述的第八电阻的另一端、所述的第三运算放大器的输出端和所述的第二滑动变阻器的一端连接，所述的第二滑动变阻器的另一端、所述的第二滑动变阻器的滑动端、所述的第三运算放大器的反相输入端和所述的第一电容的另一端连接，所述的第十电阻的一端和所述的第三运算放大器的正相输入端连接，所述的第十电阻的另一端接地。与现有技术相比，本专利技术的优点在于通过第三运算放大器、第二变阻器、第十电阻和第一电容构成背景电流补偿产生电路，第四运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻构成背景电流消除电路，交流电源产生的输入信号经过第一运算放大器A1后被分为两路信号，第一路信号作用于电化学池产生背景电流和法拉第电流，背景电流和法拉第电流通过第二运算放大器和第四运算放大器后在第四运算放大器的输出端分别产生一个输出电压信号，其中，背景电流产生的电压信号与输入信号同相，第二路信号通过第三运算放大器和第四运算放大器后在第四运算放大器的输出端也产生一个输出电压信号，该输出电压信号与输入信号反相，此时，背景电流在第四运算放大器的输出端产生的输出电压信号、法拉第电流在第四运算放大器的输出端产生的电压信号以及第二路信号在第四运算放大器的输出端产生的输出电压信号，三者在第四运算放大器的输出端叠加，由于背景电流在第四运算放大器的输出端产生的输出电压信号和第二路信号在第四运算放大器的输出端产生的输出电压信号两者反相，此时调节第二滑动变阻器即可使两者抵消，由此，有效的消除由背景电流在第四运算放大器的输出端产生的电压信号，，最终得到仅含法拉第电流的扫描输出电压信号，由此，本专利技术的快速扫描电路不管扫描频率的如何提高，仅需调整第二滑动变阻器，其背景电流都会被消除掉，不会对法拉第电流造成干涉和影响，提高了输出电压的信噪比，提高了扫描电路的检测灵敏度。附图说明图1为现有的双运放快速扫描电路的电路图图2(a)为现有的双运放快速扫描电路在扫描频率为20Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图2(b)为现有的双运放快速扫描电路在扫描频率为50Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图2(c)为现有的双运放快速扫描电路在扫描频率为100Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图2(d)为现有的双运放快速扫描电路在扫描频率为150Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图3为本专利技术的快速扫描电路的电路图；图4为本专利技术的快速扫描电路的输入仿真波形图。图5(a)为本专利技术的快速扫描电路在扫描频率为20Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图5(b)为本专利技术的快速扫描电路在扫描频率为50Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图5(c)为本专利技术的快速扫描电路在扫描频率为100Khz时，输出信号的典型时域输出波形曲线；图5(d)为本专利技术的快速扫描电路在扫描频率为150Khz时，输出信号的典型时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路，其特征在于包括交流电源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、电化学池、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、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一滑动变阻器、第二滑动变阻器和第一电容；所述的交流电的正极和所述的第一电阻的一端连接，所述的交流电源的负极接地，所述的第一电阻的另一端、所述的第二电阻的一端和所述的第一运算放大器的反相输入端连接，所述的第二电阻的另一端、所述的第一运算放大器的输出端、所述的第一电容的一端和所述的电化学池的负极连接，所述的电化学池的正极、所述的第五电阻的一端和所述的第二运算放大器的正相输入端连接，所述的第五电阻的另一端接地，所述的第二运算放大器的反相输入端、所述的第三电阻的一端和所述的第四电阻的一端连接，所述的第三电阻的另一端接地，所述的第四电阻的另一端、所述的第二运算放大器的输出端、所述的第一滑动变阻器的一端和所述的第六电阻的一端连接，所述的第一滑动变阻器的另一端接地，所述的第一滑动变阻器的滑动端和所述的第一运算放大器的正相输入端连接，所述的第六电阻的另一端、所述的第七电阻的一端、所述的第八电阻的一端和所述的第四运算放大器的反相输入端连接，所述的第七电阻的另一端和所述的第四运算放大器的输出端连接且其连接端为所述的快速扫描电路的输出端，所述的第四运算放大器的正相输入端和所述的第九电阻的一端连接，所述的第九电阻的另一端接地，所述的第八电阻的另一端、所述的第三运算放大器的输出端和所述的第二滑动变阻器的一端连接，所述的第二滑动变阻器的另一端、所述的第二滑动变阻器的滑动端、所述的第三运算放大器的反相输入端和所述的第一电容的另一端连接，所述的第十电阻的一端和所述的第三运算放大器的正相输入端连接，所述的第十电阻的另一端接地。...

【技术特征摘要】
1.一种具有背景电流消除功能的快速扫描电路，其特征在于包括交流电源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、电化学池、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、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一滑动变阻器、第二滑动变阻器和第一电容；所述的交流电的正极和所述的第一电阻的一端连接，所述的交流电源的负极接地，所述的第一电阻的另一端、所述的第二电阻的一端和所述的第一运算放大器的反相输入端连接，所述的第二电阻的另一端、所述的第一运算放大器的输出端、所述的第一电容的一端和所述的电化学池的负极连接，所述的电化学池的正极、所述的第五电阻的一端和所述的第二运算放大器的正相输入端连接，所述的第五电阻的另一端接地，所述的第二运算放大器的反相输入端、所述的第三电阻的一端和所述的第四电阻的一端连接，所述的第三电阻的另一端接地，所述的第四电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬杨波，刘鹏，孟维强，郭智勇，陈庚，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33