연산 증폭기의 직류 오프셋(DC Offset)과 해당 datasheet를 보는법

실제 연산 증폭기는 성능에 심각한 영향을 미치는 다른 불완전성을 가지며 이번 포스팅에서는 직류 오프셋(DC Offset)에 대해 알아본다.

 

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직류 오프셋(DC OFFSET)

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2021.05.29 - [회로 해석 기초 지식/연산 증폭기(Operational Amplifier)] - 연산 증폭기 기초 (Op amp basic)

 

연산 증폭기 기초 (Op amp basic)

 

연산 증폭기 기초 글에서 우리는 Vin1=Vin2이라면 Vout이 0임을 알았다.

 

식 1

 

실제로는 입력의 차이가 0이 되었음에도 불구하고 출력이 0이 되지 않는 문제가 발생한다.

다시 말해서 어떤 차동입력(두 입력의 차)이 0임에도 불구하고 유한한 직류 전압이 연산 증폭기 출력 단에 나옴을 의미하고 있다. 이는 그림 1에서 표현하고 있다.

 

 

그림 1. 연산 증폭기의 오프셋 전압

 

 

그림 1과 같이 Vout=0이 되려면 입력 차이가 입력 "오프셋(Offset) 전압" 이라 부르는 어떤 값인 "Vos"가 되어야 한다.

 

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어떤 이유로 발생하는 것일까?

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연산 증폭기의 차동 증폭기에서 우리는 CMRR에 대해 학습했다. 이 글에서 이상적으로는 CMRR은 무한대이지만 어떤 부정합(Mismatch)과 같은 요소 때문에 무한대가 아님을 알았고 CMRR은 높을 수록 좋은 값임을 알 수 있었다.

 

직류 오프셋 또한 연산 증폭기를 제작하는 과정에서 비슷하게 부정합(Mismatch)과 온도에에 의해 생기게 됩니다.

 

2021.11.08 - [회로 해석 기초 지식/연산 증폭기(Operational Amplifier)] - 연산 증폭기 차동 증폭기(op-amp differential amplifier)

연산 증폭기 차동 증폭기(op-amp differential amplifier)

 

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어떤 문제를 초래할까?

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아래에 있는 비반전 증폭기를 통해 알아보자. 먼저 부정합에 의한 문제로 생기는 것이며 랜덤하기 때문에 Vos는 극성을 알 수가 없다.

 

그림 2. 직류 오프셋이 추가된 비반전 증폭기

 

중첩의 원리를 이용하여 출력 전압을 계산해보면 아래와 같이 나온다

 

식 2

 

식 2와 같이 출력 전압에 직류 오프셋 성분이 증폭되어 입력신호와 함께 나오게 되며, 이는 회로의 출력 전압을 감소시킬수도 포화시킬수도 있음을 알려준다.

 

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Datasheet(데이터 일람표)에서 연산증폭기의 직류 오프셋에 대해 알아보자

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그림 3은 어떤 연산증폭기(op amp)의 datasheet의 일부를 나타낸 것이다.

(이 값을 얻기 위한 테스트 회로를 잘 확인해 보아야 한다.)

 

그림 3. 데이터 일람표

 

Min은 최소, TYP는 전형적인 값, Max는 최대값을 가지는 입력 오프셋 전압을 보여주고 있다.

 

Vos를 일으키는 소자들 사이의 부정합이 어떻게 작용이 되는지를 분명하게 알 수 없기 때문에 극성은 알려주지 않지만 개개의 소자에 따라 +, - 의 입력 오프셋 전압을 나타낸다.