ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципы конструирования и работы электрохимической аппаратуры из "Практикум по электрохимии" Выполнение экспериментальных работ в электрохимическом практикуме, как, впрочем, и в научных исследованиях, связано с использованием большого комплекса аппаратуры для измерений тока, протекающего через электрохимическую ячейку, потенциала и заряда электрода, составляющих электродного импеданса и т. д. Для этих целей у нас в стране и за рубежом выпускаются специальные приборы потен-циостаты, гальваностаты, высокоомные вольтметры, кулонометры, мосты переменного тока, автоматизированные системы для проведения электрохимических и коррозионных намерений, В последние годы все шире используется импульсная техника в сочетании с аналого-цифровыми преобразователями и электронно-вычислительными ма-1иинами. [c.38] В данном разделе основное внимание будет уделено рассмотрению принципов функционирования приборов для электрохимических измерений. Этот раздел недостаточно освещен в учебной литературе, что является зачастую причиной недопонимания технических возможностей и особенностей работы приборов. С другой стороны, при отсутствии серийно выпускаемых приборов электрохимические измерения могут быть выполнены с помощью самостоятельно собранных схем, включающих операционные усилители. [c.38] Интегральные микросхемы операционного усилителя. С точки зрения электротехники электрохимические переменные — ток, потенциал, заряды и т. п.— имеют непрерывный (или аналоговый) характер. Экспериментаторов интересуют способы поддержания их на определенном уровне, а также их измерения в аналоговой форме. Наиболее подходящими для этих целей являются специальные интегральные микросхемы, так называемые операционные усилители (ОУ). Эти схемы представляют собой наборы электрических компонентов (транзисторов, емкостей, сопротивлений, диодов и других элементов), сформированных на поверхности и в теле полупроводникового материала (обычно это кремний) и соединенных определенным образом для выполнения предназначенных функций. Изготовленная интегральная микросхема снабжается рядом выводов и запечатывается в специальный корпус. [c.38] На схеме ОУ изображаются в виде треугольника (или наконечника стрелы) (рис. I.2I), что символизирует усиление и направление от входа к выходу. ОУ имеет пять основных выводов. Разберем вначале их назначение. [c.39] Эти напряжения относятся к общей точке, называемой землей, которая не всегда может быть связана с реальной землей. Обычно в электрических схемах эти выводы не показаны. [c.39] Кроме клемм источника питания у ОУ имеются клеммы входа и выхода. Выходное напряжение измеряется относительно земли. [c.39] Отсюда следует, что при сохранении линейного соотношения (1.8) между входным и выходным напряжениями ОУ дифференциальное входное напряжение — потенциальный нуль. Это правило часто будем использовать в дальнейшем. [c.40] Рассмотренный пример показывает также, что стабильная работа ОУ возможна лишь в случае определенной модификации входного сигнала (иначе будет принимать только предельные значения), т. е. при использовании цепей обратной связи. Обычно такая модификация осуществляется путем питания входов (чаще инверсионного) частью выходного сигнала. Способом питания определяются операционные свойства получающихся цепей. [c.40] Инвертирующий усилитель (называемый также масштабирующим усилителем и компаратором) схематически показан на рис. 1.23. [c.40] Покажем, что схема рис. 1.23 является устойчивой по постоянному току и любое произвольное изменение /вых вызывает появление сиг нала рассогласования, приводящего к нейтрализации этого изменения. Пусть в какой-то момент изменится /вых- например, в положительном направлении при постоянном Е. Это приведет к изменению потенциала инверсионного входа ОУ в положительную сторону и заставит /выу меняться в отрицательную сторону до тех пор, пока А не станет равной нулю. Таким образом, схема действительно устойчива по постоянному току. [c.41] Следует отметить, что усиление данной схемы определяется лишь соотношением внешних резисторов и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. [c.41] Выражение для коэффициента усиления при таком включении ОУ отличается от (1.11). о иногда вызывает удивление, поскольку оба включения идентичны, за исключением места ввода входного сигнала. Однако следует обратить внимание, что при неинверсионном включении сопротивления / 1 и Ro образуют делитель только, для сигнала (Увых- случае инвертирующего усилителя эти сопротивления являются делителем для сигналов Е и 0 . Именно поэтому коэффициент усиления неинвертирующего усилителя при одинаковом соотношении резисторов на единицу больше, чем у инвертирующего. [c.41] Частным случаем неинвертирующего усилителя является схема, показанная на рис. 1.25. Как видно, при таком включении ОУ все выходное напряжение подается на инверсионный вход. [c.42] Поскольку точка 5 должна иметь тот же потенциал, что и потенциал неинверсионного входа, очевидно, = Е. Это же соотношение может быть получено, если воспользоваться формулой (1.13) и принять, что О, а 7 == оо. Другими словами, коэс ициент усиления данной схемы равен единице, и она выполняет функции повторителя напряжения. Схема удобна для преобразования импедансов при подключении высокоомного источника сигнала к низкоомной нагрузке. [c.42] Использование повторителя напряжения позволяет исключить нежелательное протекание тока в цепи источника сигнала, например, в случае стеклянного электрода сравнения и др. [c.42] Используя суммирующий и дифференциальный усилители, можно проводить алгебраическое суммирование входных сигналов. [c.43] Преобразователь ток — напряжение необходим для измерения тока, например, в цепи рабочего электрода и других случаях. Покажем, что для этих целей может быть использована схема, изображенная на рис. 1.28. [c.43] Следовательно, выходное напряжение с обратным знаком пропорционально входному току. [c.43] Заметим, что схема преобразователя ток — напряжение совпадает со схемой инвертирующего усилителя при / = О (см. рис. 1.23). [c.43] Вернуться к основной статье