快速双相脉冲

有时，您可能需要使用电化学工作站发出快速脉冲信号来进行实验工作。例如，神经科学家有时将这种脉冲用于神经元实验。电镀化学家在执行电镀时可以使用此类脉冲。测试电池时，快速脉冲充电可能比纯直流充电更有效率。Gamry电化学工作站对双相（正，中性，然后负）脉冲有哪些物理限制？

问题

哪些因素限制电化学工作站的脉冲速度？

有关Gamry电化学工作站工作原理介绍，请参考我们的技术报告“理解电化学工作站的技术参数”。影响电压或电流快速脉冲的参数有：

上升时间，电化学工作站对信号突变的响应速度有多快

小时基，电化学工作站对传入信号采取的快采样率

速度设置，可以控制信号的快速变化

显然，对于快速脉冲，电化学工作站必须具有快速上升时间，较小的小时基，较高的速度设置。

需要考虑的参数

小时基

Reference™系列仪器的小时基为3.3 µs。对于Interface™系列仪器，小时基为10 µs。为了有效采样，至少需要跨越小时基两到三倍。因此对于Reference™系列，小的可分辨脉冲或步长是7 µs，于Interface™系列是25 µs。

数据文件大小

除此之外，用于记录数据的Framework™每个文件限制为264000个数据点。在如此快速数据采集下，264000点急速增加。

电池大小

即使电化学工作站对信号变化的反应速度很快，但样品或电化学池本身的反应速度存在物理限制。例如，具有大表面积的电容性电池将无法在5 µs内从0 V升至10V。 具有小表面积的电阻电极应该能够在很短的时间内增加电压。

速度设置

Gamry Framework软件中有可选择的速度设置（称为CA Speed）。这是影响仪器内部控制放大器的参数。更快的CA Speed设置允许控制快速的信号更改。但是也会影响仪器的稳定性，当连接电容性测试体系或者具有较高内阻的参比电极时，这种对仪器稳定性的影响会更加明显。

如果CA Speed设置的太快，则降低控制放大器的速度可能会有益于信号。通常，恒流模式讨厌电阻但喜欢电容。而恒电位模式倾向于喜欢电阻但讨厌电容。图1是CA Speed设置过高的例子。

图1 CA Speed设置过快的电阻式电池的计时电位扫描。注意每个脉冲前沿的过冲

在这里过冲是很明显的：初始脉冲将电压冲到超出设置值的程度。随后渐渐降为设置值。

如果CA Speed太慢，脉冲明显变圆，则提高CA Speed应该会有所帮助。提高速度可以使仪器更快的达到设定值。另一方面，CA Speed设置的太慢会导致仪器的响应缓慢，如图2所示：

图2 CA Speed设置过慢的电容性电池的计时电位数据。注意缓慢上升的时间，以及很难区分不同的电压平台

与图1的主要区别在于初始上升时间特别长。斜率是不可接受的，并且不同电压平台会互相融合。

在速度和稳定性之间找到正确的平衡可能是一门艺术。权衡的是稳定性。较高的速度可能会导致更多的噪音，失控或过冲。有关速度与稳定性的更多详细信息，请参考我们的应用报告“提高电化学工作站稳定性的技巧和技术”

创建双相脉冲

举例

Gamry电化学工作站可以进行双相脉冲测试。图3是计时电位法实验中使用五个不同电流阶跃的双相脉冲例子。

安装和运行脚本

您可以从我们的网站上下载用于Gamry Framework运行的名为Galv Repeating Pulse.exp 和Poten Repeating Pulse.exp特殊脚本，以运行此类实验。

图3 使用不同电位和电流的计时电位法（上）和计时电流（下）曲线

1. 下载ZIP文件并解压
2. 将脚本放在ProgramData\Gamry Instruments\Framework\Scripts文件夹中
3. 打开电化学工作站和Framework软件
4. 在Framework中点击Experiment-Named Script
5. 向下滚动直至所需的脚本，并单击打开按钮

这些脚本可以随时使用。在参数设置页面，您可以更改想要的电压、电流级别，并在每个级别设置电压或电流值

结论

本篇应用报告介绍了如何使用Gamry电化学工作站来进行电压或电流双相脉冲测试。

Application Note Rapid Biphasic Pulsing Rev. 1.0 2/5/2019 © Copyright 2020 Gamry Instruments, Inc. Interface, Reference, and Framework are trademarks of Gamry Instruments, Inc.