https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/985933/lmc6064-lmc6064in
器件型号：LMC6064
您好！
我已经为三电极系统开发了运算放大器电路、如所附图像所示。
在这种情况下、我想在 We (工作电极)和 RE (基准电极)之间施加偏置电压。 所有三个电极都保存在电化学电池中。
在测试中、我施加了1.8V 的偏置电压、但没有发现任何流经 CE (计数器电极)的电流。
实际上、电流应流经 CE。 请建议。
您好、CMCRI 总监、
这里是电位器电路的仿真、它不起作用。
我没有为循环电压测量应用使用合适的运算放大器、但您可以查看仿真模型。
e2e.ti.com/.../OPA192-Potentiostat-03152021.TSC
下面是从建议使用 Thom 的链接中捕获的电位静态图像。 CE 电极应提供电压(正极或负极)、化学电极以 WE 电极为基准、电子应从 WE 电极注入或提取、以进行氧化还原化学反应。
在下图中、我们的电极配置为瞬态阻抗放大器(TIA)；根据氧化还原反应、向我们测量的电流或电子从电流转换为电压、并以电压 Vs.re 的形式输出。
CE 是一种电压源、可根据电极在 CE 与 WE 电极之间驱动所需的电流。此外、它还可用于控制 CE eletrode 的信号。 电极或电势以我们电极为基准。 CE 和 WE 电极都需要拉取或灌入电压和电流。
我没有您的电位器要求。 LMP7721/LMC6064运算放大器可能适用于您的应用、也可能不适用于您的应用。 它具有电流灵敏度、超低偏置电流和高输入阻抗、但驱动氧化还原反应不会出现电压振幅(LMP7721运算放大器)、除非您应用 pH 值或类似的低电流和低电压电化学反应。 对于高电流和电压氧化还原应用、您可以在电化学接口前端使用 LMP7721/LMC6064运算放大器、但需要额外的功率放大器或电源来驱动三节电化学电池中的较重负载。
如果您需要更多助手、请告知我们。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
我在仿真整个电路时仍然有问题、也许我应该简化方法并加快仿真时间。 请给我更多时间。
但是、我可以建议如何设计电位器电路。
在处理电位器设计时、我需要提到电流和电子流。 您需要将电流或电子流定义为工作定义。 电气工程师目前正在谈论电流流动、但化学家仍在谈论氧化还原反应中的电子流动。 因此、您将看到一些设计、我们将接地并从 CE 驱动； 另一个设计是将 CE 连接到接地、同时从我们的电极驱动。 这可能会给一些工程师带来困惑。
2.工作电极(We)是指发生电化学氧化还原反应的电极。 如果电子流入 W我们 的电极/电解质、则会发生化学还原。 如果电子从 WT 电极/电解质接口流出、则在电极/电解质接口处发生化学氧化。
电子或电流的计数 是通过瞬态阻抗放大器(TIA)完成的、在该放大器中电流到电压进行转换。 由于运算放大器输入端具有超低偏置电流或超高输入阻抗、LMP7211是该应用的最佳运算放大器之一。 TIA 电路如以下示例所示。
3.参考电极(RE)：对于水电解质、AG/AgCl 非常受欢迎且可靠。 在饱和 KCl 盐电解液中、其化学潜力约为197mV。 其他电解液(如酸溶液)稍高、范围约为0.2XXV、具体取决于酸浓度或 Ph 值(也包括温度)。 还有其他水电极和非水电极、它们都具有不同的化学电势。 下面是电解液+参考电极的 pspice 模型。
参考电极在计数器(CE)或工作(WE)之间没有电流。 当从 CE 施加化学电势时、参考电极始终用作我们电极的化学参考。
如果您将 CE 和 RE 连接在一起、那么3电极系统将成为两电极系统、这只是一个电源。
4.计数电极(CE)：CE 仅用于从运算放大器或两象限电源驱动器向我们提供电流。 它是双向完成的、具体取决于运算放大器驱动器输入端施加的锯齿。
例如、LMP91000是一款集成式恒电位器电路。 以下是它的工作原理、如果您想对其进行仿真。
完成电位器电路设计时还有几种其他方法、但目标是跟踪 WE/Electrolyte 接口上的电流或电子。 因为所有化学氧化还原反应都发生在界面上。 例如、通过 Youtube 建议的视频 Kai 在电位器设计中的实现方式不同。
如果您有任何问题、请告诉我。 仿真能够顺利运行后、我将发布原理图。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
我在上次的答覆中对 LMP91000 IC 的内部工作作了一些解释。 LMP91000的工作原理与下面的图像和视频链接非常相似。 它只需要两个运算放大器即可实现这一目的、这是设计的一个。 我没有对这个模型进行仿真、但是使用之前的答复中提供的 pspice 模型应该会更容易一些。
https://www.youtube.com/watch?v=ErOee8lZ8FY
我仿真的是不同版本的电位器电路。 电解液模型(双层)由其组成、因为我没有更真实的模型。 这是根据电极化学电池配置创建的、尚未在真实系统下进行测试。 但是、如果您对该模型有任何疑问、请告诉我。
这种类型的电阻电路应与市场上的电路或各种设计相近。 它具有更宽的控制参数。 某些循环电压图具有宽电流、电压范围和增益设置等。 电解质有多种口味、有些比其他更具导电性。 此外、3电极化学电池具有不同的尺寸和特性(某些电极内可能有更多的 IR 压降)、LMP91000或类似系统可能不适合所有这些变化。
顺便说一下、由于缺少实际测试参数、我没有检查系统中的运算放大器稳定性。 因此、如果您有复杂的负载数据、我可以检查它。 换言之、请考虑电位器电路仿真已在草稿版中、供您参考。
e2e.ti.com/.../LMP7721-Potentiostat-3_2D00_Electrode-Ver_5F00_A1-03242021.TSC
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
1.是否有必要在 We & RE 中使用电压跟随器？
是的、我们和 RE 是高阻抗电极、其中通过接口的电流非常小。 您必须使用超低电流偏置运算放大 器与电极连接、这样您就不会使电极负载下降或影响在电解质界面发生的电化学反应。
2.我认为 Vdriver 应该连接到 CounterE，而不是 WorkingE。 我在这里感到困惑。
我在上次的答覆中提到了这个问题。 CE 或我们只是用户定义的名称。 在成品循环体积图 产品中、我们。 CE 和 REF 在仪器接口上定义。 如果您将电流方向定义为氧化或减少、仪器将为您选择内部电极。 当您定义电子流以减少或氧化时、这是正确的。 在产品中、我们是电化学样品连接到的电极。 CE 是提供电流的电极、通常由 Pt、Au 或惰性金属制成。 根据电流/电子流方向的定义、您可以使用确定是 WE 或 CE。 REF 不会在3电极系统中流动任何电流或电子、因此电流或电子必须从一个电极流向另一个电极。 在3电极化学电池中、根据 CE 电极上施加的锯齿信号绘制了流经我们的电流。
也许我应该将 V_CE 定义为我们、因为在仿真中 Iwe2ce 显示了从 V_CE 流出的电流、但是、我没有定义电流或电子流约定的位置。
3. VG 用于应用-200V 至+0.700V 等扫描电压范围。
VG 正在应用-400mV 至+400mV 的锯齿。 参考电压为197mV 我认为、电压(RE)不应作为物理电压源出现在仿真中。 因此、200V 被转换为输出。 根据、在 VG 扫描期间、我们具有固定的基准电势、范围为-400mV 至+400mV、反之亦然。 让我思考一下在电路中放置 RE 电势的最佳方法是什么。
4.大多数源，I2V 与 WorkingE 一起使用，而不是与 CounterE 一起使用。 请澄清。
请参阅上述说明。
如果您有其他问题、请告知我们。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
下面是经过修订的原理图。 理论上、Ag/AgCl 电势介于基准电极和我们电极之间、但当将197mV 电压源放置为电压源时、我无法对其进行仿真。 请记住、仿真反映了右侧所示的3电极图。 I vs (施加的电势 V wrt 基准电极)显示在3电图下方。 We 和 RE 电极的命名取决于应用的约定用户、即电化学中的天气是电流与电子流约定。
。
复数负载不是运算放大器驱动器补偿的一部分、因为我没有实际的数字。
e2e.ti.com/.../LMP7721-Potentiostat-3_2D00_Electrode-Ver_5F00_B-03262021.TSC
如果您有任何问题、请告诉我。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
您能给我发送电极氧化还原定义吗？ 我需要知道您使用的是应用于工作电极的电流或电子约定、以便我可以根据您的定义正确标记电极。
和 
Vdriver 节点不短、它是反馈环路的一部分。 您必须使用叠加方法来推导输出端的传递函数。
您是否在正确的图像上观看了电极视频？ 它解释了与 E + VG 相同的 Vin + Vref、其中 E 是参考电极电势、VG 相当于 Vin 或施加的电势。
BTW、并非所有参考电极的化学电势都为197mV。 参考电位是电极类型和离子浓度以及参考电极中使用的离子(水电解或非水电解质)的函数。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
我向您展示了计算电子的最佳电流到电压转换或 TIA 方法。 让我来评论一下您的电子计数电路。
工作电极是电流源器件，因为电化学家只关心流入或流出解决方案电极接口的电流量。
2.工作电极在本质上通常是高阻抗(但在某些情况下也可能是低阻抗、如电池电极)。
3.当您从进行扫描时，例如-1到1V 与参考时，扫描速率为 uV/秒或 mV，有时甚至低于 nV/秒，具体取决于应用。 电流大小可能非常小、从 nA 到 mA 或更大、尤其是接近0V 与基准电压范围。 在低电压电平下、电化学家不关心从计数电极施加的电压。 电极电压图仅对流经 WT 接口的电流感兴趣、而对(施加的电压 wrt 基准)
以上所述，我所关注的是这部分。 我们的电压将被缓冲并馈入感应电阻器以转换 I2V。 在正常电流测量应用中、我认为这是可以接受的。 但是、所有运算放大器都具有某种 Voffset 电压；当输入电压较低时、Voffset 的误差贡献与输入的关系显著。 这是我不喜欢设计的一个原因。
此外、通过 WI 电极接口的电流或电子是双向的、用于氧化还原反应。 您的电路在一个方向上可能工作正常、我们电极具有正电势。 在反向电势中、电路不会对所有通过 We 电极的电子进行计数。 再说一次、我将讨论您的电流测量中的误差。
我建议您在削波末尾观看推荐的视频、并了解体积测量中的 I vs. V 图。 在图中、右侧的电路表示我们电极、它将电流转换为进入 ADC 的电压。 这也是在 y 轴刻度上绘制的电流、其中测量的电压与 WE 电极上的电流成正比。
V1中的计数电极提供电流以维持参考电极和工作电极之间的(V1+Vref)、V1施加的电势绘制在 I 与 V 曲线的 x 轴上。
我的 WE 和 CE 标签可能会使您与之前(28天前)的回复混淆、但标签电极是根据右侧显示的3电极化学电池而定的。 如果您在工作电极处告诉我您的电流或电子流惯例、我可以为您重新标记它。
如果您有其他问题、请告诉我。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
请在您所在的地方保持安全。
我根据右侧所示的图表重新标注了原理图。 顺便说一下、这是一个简化的3电极图像。
当您施加-0.2V 至0.6V 与基准电压时、您没有告诉我正向是减少还是氧化过程、这是在工作电极上定义的。 IF 正电势(+0.6V 与 Vref) 定义为减少过程、然后是负电势(-0.2V 与 Vref)。 在工作电极上施加电势时将是氧化过程。
相反，氧化还原公约也是正确的。 如果(绝对值或|0.6V|与 Vref)表示电化学反应的减少、而负方向或负轴表示减少过程、则必须对减少过程应用(-0.6V 与 Vref)、并在表示氧化的正方向上应用0.2V 与 Vref。 我知道这可能会给一些工程师带来困惑、但这正是电流或电子约定的含义。
在下图的右上角、我已经讨论了两个约定。 I vs (V wrt Vref)图定义了电流或电子流约定在我们处的发生方式。
参考电极不提供或吸收电流、因此3电极化学电池中只有一条电流路径、即从 CE 到 WE 或 WE 到 CE (电流相同)。
如果您有其他问题、请告诉我。
最棒的
Raymond
Nirav、您好！
请参见下图。
这里是我对电位器的评论、尽管我没有浏览整个原理图。
1.在红色矩形标记中，计数器和工作电极之间的电阻为40kΩ Ω。 您基本上是通过设计这种方法来短接3电极化学品。 请记住、每个电极都是独立的、它们之间不应存在电流路径、除非进入离子电解质。 否则、3电极化学电池内不会发生完全氧化还原反应。 您所做的是40kΩ||(离子电解质)。
2.我们是一个高阻抗电极，与参考电极相同。 来自或流向 WE Counter eletude (CE)的电流是唯一的低输出阻抗电极、因为它必须拉取或灌入电流、这种电流发生在3电极化学电池内部。 我看到有两条电流路径来自或连接到我们、这是不正确的。 只能有一条电流路径来积分氧化还原电流、请参阅蓝色箭头、我只在单个方向绘制了蓝色箭头。 实际上、它应该在电流中沿双向拉取。
您配置了 I2V 转换器、但我有一些问题。 I2V 电路将会出现问题、但我没有您的电位器要求。
答：您提到过氧化还原范围为-0.2V 至+0.6V 与 Ag/AgCl、并且您正在使用 IUPAC 公约、这意味着流入我们的电流代表电化学氧化；流出的电流代表电化学减少。
我知道这可能会给 EE 工程师带来困惑。 在反相输入配置中、TIA 为 I2V。 TIA 输出端的正 Vout 表示 Win 电极的氧化、这意味着电流进入 Win 电极；这相当于电子从 Win 流出、这是 Win Win 的氧化定义。 假设在 IUPAC 惯例中应用+0.6V 与 Ag/AgCl。
当对 We 电极施加-0.2V 与 AG/AgCl 的关系时、TIA 输出端的 Vout 是通过 I2V 转换实现的负电压。 如果 TIA 的 Vout 为负、则电流从我们流向 TIA 的反相输入；这等效于流入我们的电子、这是我们处的"减少"定义。
以上两段可能稍微偏离了主题、但您需要了解这些约定的含义和定义。
回到您的 TIA 电路、主极点仅为15.9Hz、我认为这对于电位器应用而言太低。 与 Ag/AgCl 相比、这可能足以用于-0.2V 至+0.6V 或+0.6至-0.2V 的慢速扫描、但这只是电位器功能的一部分。 还有其他循环电压测量功能、例如将-0.2范围内的电压阶跃函数应用于某个电势与 Ag/AgCl 之间的电压阶跃函数、反之亦然。 您需要考虑所有这些 设计要求。
此外、您的电流要求高达+/-10mA、但 在 TIA 范围内为+/-nA 或+/-PA 至+/-10mA。 在处理 nA 或 pA 电流时、在 I2V 转换中、100 Ω TIA 增益电阻器不会产生太大的增益。 同样、在这种低电流范围内、VF6节点处会出现明显的电压误差。
OP5的传递函数为 Vout = 2V - VF2、其中 VF2是来自 TIA 或 OPA2输出的 I2V (使用叠加方法推算 OP5中的传递函数)。 在 OP2中，VF2=-(我们的电流)*100，假设我们的电流为+/-10mA，VF2的输出将为+/-1V。 VF6或 To-ADC 引脚电压范围为1Vdc 至3Vdc。
这是我的建议。 请购买已知的电化学氧化还原解决方案、并构建我建议或您的电路。 请选择一个氧化还原物种、它可以改变与我们发生的还原和氧化反应相关的颜色。 通过这种方法、您可以将具有应用潜力的氧化还原物种的色变可视化、而不是 AG/AgCl。
您一直在使用两个 Pt 电极来检查您的电路。 除非您非常注意我们中的电流、否则您可能无法轻易地判断您的3电极设置是否正常工作。 如果您没有一名化学工程师或化学家在侧面为您提供帮助、则很难理解3电极设置的复杂性。 。
最棒的
Raymond
