有关Vos是客观存在的证明
论断:常规运放,直流稳定工作时,其正输入和负输入之间,存在一个可测电压,其值近似等于Vos。
论断用语和条件解释:
论断?嗯,这里主要是想用数学过程和逻辑的方法,来证明我的说法而已,叫什么其实无所谓,叫定理也可以。
什么叫常规运放?就是常见的运放,但为了简化,此处暂时不包括电流反馈型运放和一些罕见的特殊运放。
什么叫“稳定工作”?包括但不限于:必须加电,不能饱和,不能自激振荡,共模输入电压不能超限,反馈电阻不能非常大,环境不能有强烈电磁干扰,不能处于100个大气压下,不能正在放大并输出一个频率和幅度都较大的信号。
怎么又是近似等于了?以前说等于是一种近似的说法,要是精确的说反而就是近似了。Vos除了定义以外都不会是精确的,这里尽管用数学过程,但被证明的是物理亮,精度都是有限的,不可能像数学量那样说1就是1。这里的近似主要是因为运放增益不是无穷引起的,见引理4。
运放的Vos不是一个精确的参数。比如1.00mV算合格的话,同批次的运放出现0.30mV、-0.70mV都属于正常。况且Vos随很多参数变化,比如随各种电压、随温度、随时间,因此在在线判断运放的时候,测量Vos要求的精度也就低一些。
引理1,运放在直流稳定工作时,其正输入和负输入之间,存在一个电压。
证明:
直流稳定电路中,任何两个节点,均存在电压;
命题中的运放工作时是直流稳定电路,其正输入和负输入是两个节点;
因此,运放正输入和负输入之间存在一个电压。
引理1证毕。
引理2,存在电压即可测
电压可测,不是说随表找个表,随便某两个节点,随便一测就能得到结果。
电压可测,是说对某个电压,总会找到一种工具或/和方法,在特定的误差极限范围内,可以得到电压值。
注意这里的电压是指宏观电压、直流稳定电压。如果某个节点上只有几个电子在那里,或不流动,就超出稳定直流的范围了,运放如果有这种情况,也属于非常规运放,不再本论断涉及的范畴之内。因此,本论点内的运放均为可测。
引理2证明完毕
附加说明:
电压是各种电路最常见的参数之一,测量电压的方法和手段众多。
别的不说,就说万用表,手持的从常见的3位半、4位半,到6位半;台式的从5位半6位半,到7位半和8位半,适合各种范围、各种分辨和各种精度的电压测量要求。
另外,测量微小电压的工具,还有纳伏表,甚至pV表。
有人会说,有个1uV的电压,要测到0.1%,你能做到吗?这个的确难为我了,总会有一些要求,不仅我测不了,我也不清楚用什么方法可以满足。但是,我不知道别人可能会知道,今天测不出来明天可能会测出来。
还有,如果测量表一放上去,明显的改变了运放的工作状态,那也说明测试是有问题的,比如输出产生了强烈的干扰,那就是测试的时候引入的,说明环境比较差;再比如输出达到饱和,说明表的内阻特别低,或者运放的反馈电阻非常高。
总之,可测就是能测,可测不是随便测,可测也不一定一定要测。
另外,本引理的逆 也是成立的,即电压可测即存在。
当然,不合格仪器、超范围使用、不符合厂家条件下使用、测试方法不合适、仪器损坏等不在此例。
举个例子:某电压表内阻10M,并有一个内部偏流,使得表笔悬空时读数为1.00mV。而恰好要测的电压也是1.00mV附近,那么表笔接到测量点和拿下来,读数没什么差别,你说是测到了电压还是没测到?
这就属于测量方法的问题了,可以通过表笔反接来解决。另外,也需要测量前校准,最简单的校准就是表笔先短路看读数,或者自己用电阻分压做个1.00mV的电压源,用万用表正、反向测试互相确认。
有关如何用万用表测量微小电压,我可以以后开贴说明。
引理3,当运放输出为0时,其输入端的电压就是Vos
Vos的定义是:在运放输入端加一个电压使得运放输出为0,这个电压就是Vos;
由于运放是线性器件,工作在线性区,因此当运放输出为电压为0,则在运放输入端的电压就是Vos。
引理3证毕。
引理4,当运放输出不为0时,其输入端电压近似等于Vos
对于运放输入端的电压来讲,运放输出为0或不为0,差异由主要由运放开环增益不是无穷引起的误差,比如LM741,最小增益50V/mV,这样当输出为10V的时候,输入会变动最大0.2mV,为Vos-max=5.0mV的4%,即近似程度为96%。
因此,当运放的输出电压在不饱和的工作电压范围内改变时,运放的输入端电压变化不大,近似等于Vos,而在输出电压正好等于0时输入即为Vos。
引理4证毕。
由于论断中所规定的运放及条件满足引理1、2、3、4,因此论断成立。
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