模拟项目1
每次测量前其它参数都要设置正常， 仅改变一个参数
参比电极断路（RE=1000M） 辅助电极断路（CE=1000M） 工作电极断路（WE=1000M） 参比电极接地（节点57接地） 辅助电极接地（节点45接地） 工作电极接地（节点59接地）
测量节点49 （参比电极） 、55 （电流输出）， 58 （工作电极） ， 59 （辅助电极）的电压值
两电极体系
电极等效电路 紧密层
⊕⊕⊕⊕⊕
E
Cd Rf
-
X
？ E
？
Rl
Cd:双层电容; Rf：法拉第电阻; Rl：溶液电阻 界面电位～电化学特性的关系是电 化学研究中的核心部分
三电极体系
2 i=0 3 2 1
～
E
～
恒电位仪
3
？
i

1
E’ CE RE WE
RE要求：电极电位非常确定、稳定。常用 饱和甘汞电极（SCE），Ag/AgCl，可逆氢 电极(RHE)，以及某些金属，如Pt、Ag等 CE一般只要求化学/电化学稳定性好，表面 积较大，如Pt黑、C等
电路板中的“地线”是一个参考点，它与平常从大地引出来的地线不是一个概念。 但由于电路板的“地线”常与电源插头的地线、金属外壳相连，最后通过三孔插头 与地线相连，使仪器具有较好的安全性和屏蔽性能。
220V
～
正电源
负电源 地，0V
运算放大器(Operational amplifier)
运算放大器是恒电位仪恒电位电路的核心部件。 掌握运算放大器的原理、特性及其基本电路， 才能了解恒电位仪的原理！
Ru通常在10W以上，当电流达mA级时，电位误差～10mV 必须考虑欧姆降补偿（利用电位阶跃测量溶液电阻）
欧姆降补偿
R + Ri
OP3
信号输入
RE
R1
R +
OP1
CE
WE 0V
+
OP2
外输入
R
EL与电流成正比
欧姆降补偿
相当于再外加一个电压，抵消溶液 电阻压降。
辅助功能－滤波
R WE -
二阶压控滤波器
二、恒电位仪的软件模拟
Electronics Workbench V5.0c
熟悉恒电位仪的原理与特点 课后练习，尤其是测量异常条件下的参数
软件使用
一、 打开文件“Potent.web”
恒电位仪电路
元件类型
信号源
电阻、电容
运算放大器
用鼠标选中具体器件，往工作窗口下拖
元件说明
电阻，阻值为10kW 标号为R1
基准电压 E0，如10.000V
1 0 1 0 0 1 1 1
1 2 3 …
8阶，即8位(bit)
5.000V
2.500 1.250 0.625
D/A
E=6.523V
8
高位
0.039 低位
通过电阻阵列进行等比分压＋加法电路 1 0 1 0 0 1 1 1
A/D 转化器与D/A相反，它把模拟信号转为数字信号
恒电位仪的原理与使用
目的与要求
熟练掌握电化学最基本仪器－－恒电位 仪的原理与使用 较优化地设置恒电位仪实验参数 恒电位仪故障分析与排除
内容
恒电位仪的原理
1、溶液等效电路与三电极体系
2、电子线路基础 3、恒电位仪典型电路与结构 4、恒电位仪主要技术参数
恒电位仪模拟 恒电位仪使用与故障排除
1、基本实验技术与实验参数设置 2、常见故障与排除
测量误差为：
E0 DE n 2
A/D位数(n)越高，误差越小。 恒电位仪A/D转换器的位数一般为20、16、 14、 12位等。 对于A/D位数较低的恒电位仪，电流测量过程常出现台阶， 此时应该提高电流灵敏度（如1mA100mA)。
Si=1mA
Si=100mA
简易恒电位仪电路示意
-1.0 V
正常信号 噪音干扰后的信号 噪音最主要成分是50Hz交流电的干扰！ 消除方法 1. 2. 3. 滤波 屏蔽 采样频率调整为20ms的整数倍
OP2 电流输出
+
滤波
恒电流
E
OP3
-
+
i
i
EI
RE WE
-
EI i RI
RI
+
OP1
CE
WE
RF
CE
i
EI 反相放大器
RI
与恒电位不同，参比电极对电流控制 无影响，它只负责电位测量！
节点号
读取电压 模拟窗口右键属性
m代表103
n代表10-9
所有节点都显示
电路中重要元件说明
电流检测电阻
参比电极
辅助电极 溶液电阻 极化电阻 工作电极
模拟电路参数设置的注意事项与要求
1. 2. 3. 4. 5. 当电阻设置在10000MW以上代表断路 当电阻设置在0.001W以下代表短路 R1 R2 R3三个阻值要保持相等，一般不需要修改 运放不需要更改类型 模拟时，可对其它元件进行适当修改
为了方便连线，可添加电阻， 把阻值设在0.001W以下
同样测量节点49 （参比电极） 、55 （电流输出）， 58 （工作电极） ， 59 （辅助电极）的电压值
测试结果2
V49
RE~CE短路
V55 V58
V59 VCW E1 I1 E2
I2
RE~WE短路
CE~WE短路
思考问题
检验恒电位仪工作是否正常，主要要哪些参数？ 工作电极由于电位失控，导致大电流通过，常会引起不良后果。 哪些操作失误会引起这种情况？ 恒电位仪通过大电流，但槽压很小，会损坏恒电位仪。哪些操作 失误会引起这种情况？ 哪些操作会引起WE的电位不等于0（即绝对值大于1mV以上）？ 此时电位是否控制准确？
40
节点号 模拟时，需要指定节点号
元件属性与设置
一、 双击元件或者鼠标右键打开器件的属性页
对于电阻、电容、信号（电）源，主要是设置Value值
连线
每个元件两端都有引脚，鼠标移近会出现黑圆点
模拟
菜单“Analysis” “ Transient…”
主要参数
初始值
起止时间
节点号
模拟结果
三个常用工具 1. 显示网格 2. 显示标签 3. 读取电压
恒电位仪
EG&G PARC
263
2263
273
2273
Autolab
BAS 100W
恒电位仪 WE:工作电极/研究电极 RE: 参比电极 CE: 辅助电极/对电极
WE RE CE
一、恒电位仪的原理
溶液等效电路与三电极体系
E + 两电极体系常用于工业电 解、电镀、电合成以及电 池。但在基础理论研究中 并不适用
基准电压 E0，如10.000V E EA=6.513V 5.000V 2.500 1.250 0.625
t
EA 数字信号
D/A 比较器
0.039 1 0 1 0 0 1 1 1 ED=6.523V 误差＝ED －EA=0.010V
ED
逐次比较, 直到ED>EA
A/D测量时，最后一位数字会有偏差(1), 因此
恒电位仪可以控制单根电极的 界面电位，从而研究它的电化 学特性。
现代恒电位仪的结构框图
通讯协议
USB,串口，GPIB（并口）
状态控制
计算机
单片机
D/A
恒电位电路
电解池
缓存
A/D
电流转化
电子线路基础
电源、运算放大器、A/D与D/A
直流电源
变压 整流 滤波
对于恒电位仪，电源电压10～100V，它决定最大槽压
运算放大器的特性
开环特性
正电源 反相输入 同相输入 Vin+ VinVout
+ 负电源
输出
Vout (Vin+- Vin-)
Vout=A(Vin+- Vin-) A为放大倍数，一般可达105以上 输入阻抗高，可达1012W以上
Vin+＝ VinDV<0.2mV
运放基本电路
Vi
Vi
Vout
2
1
+
Vout= Vi
RE
-1.0 V
-1.0 V
-
WE CE 0V
+
电压信号输入
工作电极相对于参比电极的电压为1V, 即通常所说的工作电极的电压为1V
实用恒电位仪典型电路
R
1.0 V
OP3
+1.0 V电流来自敏度 RiRE 信号输入
-1.0 V
R1
R
0V
+
OP1
CE
WE 0V
+
OP2 电流输出
WE相对于RE的电压为-1.0V 与输入信号相同
+
恒电位仪主要技术参数
电压调制范围： ±10V 槽压：±20V 最大(小)电流： ±200mA(120fA ) 电流灵敏度与分档：200mA~200nA 7挡
采样速率：50 kHz
2263恒电位仪 的技术参数
A/D精度:16 bits D/A精度:16 bits
电位上升时间：1ms
溶液电阻补偿范围:20MW～20W 计算机通讯接口类型:USB 其它附属功能（如交流阻抗，外输入/输出接口）、 软件功能、是否支持用户开发等
同相放大
数模转化器 D/A
计算机的CPU 、单片机只能处理不连续的二进制的数据（0、1） 即数字。但自然界的物理量决大部分是模拟量，即它们是连续 变化的。二者的联系要通过模数转化器（A/D) 和数模转化器 （D/A)这两个桥梁。