一种可探测微电流信号的恒电位仪制造技术

本发明专利技术公开了一种可探测微电流信号的恒电位仪，包括以微电极作为工作电极的三电极测试体系、以及与PC端连接并用于分析所述三电极测试体系运行参数的微控制器，还包括依次连接在所述微控制器与所述三电极测试体系的参比电极和对电极之间的第一低通滤波电路和恒电位电路、以及依次连接在所述三电极测试体系的工作电极与微控制器之间的第二低通滤波电路和跨阻放大电路。与现有技术相比，本发明专利技术成本低廉、性能可靠、使用携带便捷，可实现pA级别电流分辨率的精确探测表征，为前沿新能源纳米及亚纳米材料研究、微型信号探测分析等提供了重大便利。大便利。大便利。

【技术实现步骤摘要】
1, 265
–
270），但是双电极体系对工作电极电位的控制远远不如三电极系统。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了一种可探测微电流信号的恒电位仪。
[0006]本专利技术的技术方案为，提出了一种可探测微电流信号的恒电位仪，包括以微电极作为工作电极的三电极测试体系、以及与PC端连接并用于分析所述三电极测试体系运行参数的微控制器，还包括依次连接在所述微控制器与所述三电极测试体系的参比电极和对电极之间的第一低通滤波电路和恒电位电路、以及依次连接在所述三电极测试体系的工作电极与微控制器之间的第二低通滤波电路和跨阻放大电路；所述微控制器可依次通过所述第一低通滤波电路、恒电位电路为所述参比电极和所述对电极提供驱动信号，并可依次通过所述第二低通滤波电路、跨阻放大电路从所述工作电极获取采样信号，所述微控制器与PC端串口通信，以用于信号分析。
[0007]进一步，所述微控制器内置模数转换器和数模转换器，且所述模数转换器连接在所述微控制器的输出端，用于在所述微控制器向所述参比电极和所述对电极提供所述驱动信号时执行模数转换；所述数模转换器连接在所述微控制器的输入端，用于在所述微控制器从所述工作电极获取所述采样信号时执行数模转换；所述微控制器采用Teensy应用开发板、Arduino应用开发板、单片机、外接数模转换芯片的微机芯片中的至少一种；进一步，所述恒电位电路包括：放大器U1、放大器U2、放大器U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻Ro1、电阻Rb1、电阻R
‑
ref、电容C1、电容C2；所述放大器U1的同相输入端串联所述电阻R1后连接到所述模数转换器的输出端、输出端依次串联所述电阻R2、电阻R3后连接到所述放大器U2的反相输入端、反相输入端连接到所述放大器U1的输出端，所述放大器U2的同相输入端串联所述电阻Rb1后接地、输出端连接到所述对电极，所述放大器U3的同相输入端串联所述电阻R
‑
ref后连接到所述参比电极、输出端串联所述电阻R4后连接到所述电阻R3与所述放大器U2的反相输入端之间、反相输入端连接到所述放大器U3的输出端；所述电容C1一端连接到所述电阻R1与所述放大器U的同相输入端之间、另一端接地；所述电容C2一端连接到所述电阻R2与所述电阻R3之间、另一端接地；所述电阻Ro1一端连接到所述电阻R3与所述放大器U2的反相输入端之间、另一端接入设定电压
‑
Offset。
[0008]进一步，所述跨阻放大电路包括高增益跨阻放大电路，所述高增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路连接，且所述高增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路包括：放大器U4、放大器U5、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻Rf1、电阻Rf2、电阻Ro2、电容Cf1、电容C3；所述放大器U4的反相输入端连接到所述工作电极、同相输入端接地、输出端依次串联电阻R7、电容C3后连接到所述放大器U5的反相输入端，所述放大器U5的同相输入端接地、输出端连接到所述微控制器；
所述电阻Rf1一端连接到所述放大器U4的反相输入端、另一端连接到所述放大器U4的输出端，所述电容Cf1与所述电阻R5串联后并联在所述电阻Rf1两端；所述电阻R6一端连接到所述放大器U4的输出端与所述电阻R7之间、另一端连接到所述电容C3与所述放大器U5的反相输入端之间，所述电阻Ro2一端连接到所述放大器U5的反相输入端与所述电容C3之间、另一端接入设定电压
‑
Offset，所述电阻Rf2一端连接到所述放大器U5的反相输入端、另一端连接到所述放大器U5的输出端。
[0009]进一步，所述跨阻放大电路还包括低增益跨阻放大电路，所述低增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路连接，且所述低增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路包括：放大器U6、放大器U7、电阻Ro3、电阻Rb2、电阻Rf3、电容Cf2；所述放大器U6的反相输入端连接到所述工作电极、同相输入端串联所述电阻Rb2后接地、输出端连接到所述放大器U7的同相输入端，所述放大器U7的输出端连接到所述微控制器、反相输入端连接到所述放大器U7的输出端；所述电阻Ro3一端连接到所述放大器U6的反相输入端与所述工作电极之间、另一端接入设定电压
‑
Offset，所述电阻Rf3一端连接到所述放大器U6的反相输入端、另一端连接到所述放大器U6的输出端，所述电容Cf2并联在所述电阻Rf3两端。
[0010]进一步，还包括与所述恒电位电路以及所述跨阻放大电路连接的补偿电路，所述补偿电路用于为所述恒电位电路以及所述跨阻放大电路提供设定电压
‑
Offset，以用于扩展所述恒电位仪的测试范围。
[0011]进一步，还包括用于为所述恒电位仪内各电路供电的电源模块，所述电源模块包括用于将220V交流电转换为12V直流电的AC/DC模块、用于将12V直流电转换为5V直流电的第一DC/DC模块、以及用于将12V直流电转换为9V直流电的第二DC/DC模块。
[0012]进一步，所述AC/DC模块采用IRM
‑
20
‑
12芯片，所述IRM
‑
20
‑
12芯片的AC/L端口连接220V交流电网的火线、AC/N端口连接220V交流电网的零线、+V端输出12V直流电压、
‑
V端接地；所述第一DC/DC模块包括恒压模块REG1、恒压模块REG2、电容EC1、电容EC2；所述恒压模块REG2的第一端接入12V直流电压、第二端接地、第三端输出
‑
5V直流电压，所述恒压模块REG1的第一端接入12V直流电压、第二端输出+5V直流电压、第三端接地，所述电容EC1分别连接到所述恒压模块REG2的第一端与第三端之间，所述电容EC2分别连接到所述恒压模块REG2的第二端与第三端之间；所述第二DC/DC模块包括恒压模块REG3、恒压模块REG4、电容EC3、电容EC4；所述恒压模块REG4的第一端接入12V直流电压、第二端接地、第三端输出设定电压
‑
Offset，所述恒压模块REG3的第一端接入12V直流电压、第二端输出辅助电压Vsup、第三端接地，所述电容EC3分别连接到所述恒压模块REG4的第一端与第三端之间，所述电容EC4分别连接到所述恒压模块REG4的第二端与第三端之间，所述设定电压
‑
Offset为
‑
9V直流电压，辅助电压为+9V直流电压。
[0013]进一步，所述工作电极相对于参比电极的电势为；其中，为所述工作电极相对于参比电极的电势为所述微控制器经数
模转换后输出的电压，为所述电阻Ro1的阻值，为所述电阻R2的阻值，为所述电阻R3的阻值，为所述电阻R4的阻值，为所述恒电位电路中的设定电压
‑
Offset。
[0014]进一步，所述采样信号的电流大小为：；其中，为所述采样信号的电流大小，为所述跨阻放大电路中的设定电压
‑
O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可探测微电流信号的恒电位仪，包括以微电极作为工作电极的三电极测试体系、以及与PC端连接并用于分析所述三电极测试体系运行参数的微控制器，其特征在于，还包括依次连接在所述微控制器与所述三电极测试体系的参比电极和对电极之间的第一低通滤波电路和恒电位电路、以及依次连接在所述三电极测试体系的工作电极与微控制器之间的第二低通滤波电路和跨阻放大电路；所述微控制器可依次通过所述第一低通滤波电路、恒电位电路为所述参比电极和所述对电极提供驱动信号，并可依次通过所述第二低通滤波电路、跨阻放大电路从所述工作电极获取采样信号，所述微控制器与PC端串口通信，以用于信号分析。2.根据权利要求1所述的恒电位仪，其特征在于，所述微控制器内置模数转换器和数模转换器，且所述模数转换器连接在所述微控制器的输出端，用于在所述微控制器向所述参比电极和所述对电极提供所述驱动信号时执行模数转换；所述数模转换器连接在所述微控制器的输入端，用于在所述微控制器从所述工作电极获取所述采样信号时执行数模转换；所述微控制器采用Teensy应用开发板、Arduino应用开发板、单片机、外接数模转换芯片的微机芯片中的至少一种。3.根据权利要求2所述的恒电位仪，其特征在于，所述恒电位电路包括：放大器U1、放大器U2、放大器U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻Ro1、电阻Rb1、电阻R
‑
ref、电容C1、电容C2；所述放大器U1的同相输入端串联所述电阻R1后连接到所述模数转换器的输出端、输出端依次串联所述电阻R2、电阻R3后连接到所述放大器U2的反相输入端、反相输入端连接到所述放大器U1的输出端，所述放大器U2的同相输入端串联所述电阻Rb1后接地、输出端连接到所述对电极，所述放大器U3的同相输入端串联所述电阻R
‑
ref后连接到所述参比电极、输出端串联所述电阻R4后连接到所述电阻R3与所述放大器U2的反相输入端之间、反相输入端连接到所述放大器U3的输出端；所述电容C1一端连接到所述电阻R1与所述放大器U的同相输入端之间、另一端接地；所述电容C2一端连接到所述电阻R2与所述电阻R3之间、另一端接地；所述电阻Ro1一端连接到所述电阻R3与所述放大器U2的反相输入端之间、另一端接入设定电压
‑
Offset。4.根据权利要求1所述的恒电位仪，其特征在于，所述跨阻放大电路包括高增益跨阻放大电路，所述高增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路连接，且所述高增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路包括：放大器U4、放大器U5、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻Rf1、电阻Rf2、电阻Ro2、电容Cf1、电容C3；所述放大器U4的反相输入端连接到所述工作电极、同相输入端接地、输出端依次串联电阻R7、电容C3后连接到所述放大器U5的反相输入端，所述放大器U5的同相输入端接地、输出端连接到所述微控制器；所述电阻Rf1一端连接到所述放大器U4的反相输入端、另一端连接到所述放大器U4的输出端，所述电容Cf1与所述电阻R5串联后并联在所述电阻Rf1两端；所述电阻R6一端连接到所述放大器U4的输出端与所述电阻R7之间、另一端连接到所述电容C3与所述放大器U5的反相输入端之间，所述电阻Ro2一端连接到所述放大器U5的反相
输入端与所述电容C3之间、另一端接入设定电压
‑
Offset，所述电阻Rf2一端连接到所述放大器U5的反相输入端、另一端连接到所述放大器U5的输出端。5.根据权利要求1所述的恒电位仪，其特征在于，所述跨阻放大电路还包括低增益跨阻放大电路，所述低增益跨阻放大电路与所述第二低通滤波电路连接，且所述低增益跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁崇霖，李秀婷，张楠林，
申请(专利权)人：阳明量子科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：