[发明专利]具有数字接口的恒电势器/恒流器

说明书

一种恒电势器/恒流器使用用于将数字控制信号提供至数模转换器(DAC)的控制器，其响应于数字控制信号来生成模拟输出信号。高电流驱动器响应于来自DAC的模拟输出信号产生高电流输出。高电流监测器监测来自高电流驱动器的输出来对于高电流驱动器产生反馈信号以控制由高电流驱动器产生的电流，且取决于从高电流驱动器供应的电流产生输出来由控制器监测。用于对电极的对电极触头与高电流监测器的输出连接。用于工作电极的工作电极触头与固定稳定电压电位电连接，以启用对电极与工作电极之间的材料的电化学分析。

技术领域

本发明大体上涉及用于电化学分析的电化学仪器，且更具体地涉及恒电势器/恒流器。

背景技术

恒电势器和恒流器常用于电化学分析、电合成、感测、生产和相关领域。高准确性、低成本和多功能(例如，循环和线性扫描伏安法、各种脉冲伏安方法、AC伏安法、电化学、阻抗测量、计时库仑法，等等)对于研究、教学、生产、感测和其它应用是恒电势器/恒流器的期望的性质。因此，对于电化学仪器，将期望的是具有向恒电势器和恒流器功能两者提供宽电流范围和实用数字界面来允许高速性能的能力。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于进行材料的电化学分析的电化学仪器。电化学仪器可为恒电势器/恒流器的形式，以用于进行定位在仪器的对电极与工作电极之间的材料的电化学分析。电化学仪器可包括控制器，诸如微控制器，以用于控制仪器的电路的操作。控制器可作用为按照计算机程序和来自用户的各种输入操作，以提供各种或选择的参数或操作模式。控制器产生期望的数字控制信号。数模转换器(DAC)可提供成与控制器电连通，以响应于来自控制器的数字控制信号生成模拟输出信号。高电流驱动器可提供成与DAC电连通，以响应于来自DAC的模拟输出信号产生高电流范围的输出。例如，高电流驱动器可产生大约毫安mA的几分之一或mA到大约数安培As的范围中的高电流范围输出。作为特定可选的实例，高电流驱动器可产生大约0.25mA到大约2.5A的范围中的电流。高电流监测器可提供成与高电流驱动器电连通，以监测来自高电流驱动器的高电流范围输出。高电流监测器可响应于由高电流监测器监测的电流对于高电流驱动器产生反馈信号，以控制由高电流驱动器产生的电流。高电流监测器还可取决于从高电流驱动器供应的电流来供应输出以由控制器监测。高电流监测器还可在工作输出处供应工作输出信号，以用于执行选择的材料的分析。出于此目的，对电极触头可提供成用于与对电极电连通且可与高电流监测器的工作输出电连通地连接。工作电极触头可提供成用于与工作电极电连通，且可与固定稳定电压电位(例如，接地或虚拟接地)电连接，以用于启用对电极与工作电极处或之间的材料的电化学分析。例如，来自高电流监测器的选择的工作输出信号可在分析或测试的材料处或穿过其从对电极施加，且然后至工作电极。

低电流驱动器也可以可选地提供成与DAC电连通，以响应于来自DAC的模拟输出信号产生低电流范围输出。例如，低电流范围输出可在大约毫微安培nAs且甚至可小到微微安培pAs到大约mA或mA的几分之一的范围中。作为特定可选的实例，低电流驱动器可产生大约2.5nA到0.25mA的范围中的电流。低电流驱动器可与对电极电连通，以便低电流范围输出可由低电流驱动器供应至对电极。低电流监测器可与工作电极触头电连通地连接，以用于检测工作电极触头处的电流。在低电流操作模式中，来自低电流驱动器的低电流范围输出可在分析或测试的材料处或穿过其供应至对电极，且然后供应至工作电极。与工作电极电连通的低电流监测器可取决于在工作电极触头处检测到的电流来供应输出以由控制器监测。低电流监测器还可对于低电流驱动器提供反馈信号，以便控制低电流驱动器的输出，以控制对电极触头与工作电极触头之间的电流。低电流监测器可以可选地包括监测器放大器，其具有可与工作电极电连通地连接的放大器输入且具有放大器输出。低电流监测器还可包括连接在监测器放大器的输出与监测器放大器的输入之间的反馈电阻器的阵列。低电流监测器还可包括监测器复用器，例如，模拟复用器，其与控制器电连通，以用于对于监测器放大器的输出与输入之间的电连通选择阵列中的至少一个反馈电阻器以控制监测器放大器的输出。