실험 2 : 직류 offset

【 이론 】

이상적인 OP-Amp라면 입력전압이 "0"일 때 출력전압이 "0"이다. 그러나 실제의 OP-Amp는 약간의 출력값을 가지게 된다. 즉, 입력이 접지되어 있어도 완전히 출력이 "0"이 되지 않는다. 이 직류 출력전압을 출력 오프셋 전압이라고 한다. 직류 출력 오프셋 전압은 다음 세 항의 결과로 나타난다.

⊙ 입력 오프셋 전류

⊙ 입력 바이어스 전류

⊙ 입력 오프셋 전압

입력 바이어스전류는 OP-Amp가 적당하게 동작하도록 OP-Amp 두입력(+,- 단자)에 가해져야 한다. 그림 7-3의 반전 증폭기에 대해서 설명하면, 입력 바이어스전류는 입력신호가 없어도 두 입력단자와 궤환저항을 통해서 흐르게 된다. 옴의 법칙에 의해서 알고 있는 저항을 통해서 전류가 흐를 때, 두 저항 양단에 걸리게 된다. (V=IR)

여기서 OP-Amp의 비반전입력은 접지되었으므로 전압은 이 저항양단에서 직류 입력전압으로 나타나고, 이것이 OP-Amp에 의해서 증폭된다. 그림 7-5의 반전 증폭기 회로에 대한 출력전압(

$$ V_OS

)은 입력 바이어스전류 (

$$ I_b

)의 결과로 발생된다.

입력 바이어스 전류에 기인되는 출력 오프셋 전압을 교정하는 일반적인 방법은 그림 7-6과 같이 비반전(+) 입력단자와 접지 사이에 저항

$$ R_3

를 삽입하는 방법이다. 부가되는 이 저항값은

$$ R_1

과

$$ R_2

를 병렬합성한 값과 같다.

그래서

$$ R_3

의 양단전압은

$$ R_1

과

$$ R_2

의 병렬합성 저항 양단전압의 크기와 같고 극성이 반대가 된다. 두 전압이 크기가 같고 극성이 반대이므로 서로 상쇄된다. 그러나 위의 내용은 두 입력단자에 흐르는 바이어스 전류가 같다는 것을 뜻한다. 불행하게도 일반적인 OP-Amp에서 두 바이어스 전류가 정확하게 같지 않고,

$$ I_b

의 값은 두 입력 바이어스전류의 평균치가 된다. 입력 오프셋전류

$$ I_OS

라는 두 바이어스전류의 차이가 존재하기 때문에 직류출력 오프셋전압이 약간 존재하게 되며, 그것은 다음과 같이 된다.

출력 오프셋전압의 또 하나의 원인은 OP-Amp의 입력 오프셋 전압에 기인되는데, 이것은 내부회로와 OP-Amp의 외부회로와의 부정합(mis-matches)에서 야기된다.

이상의 출력 offset은 입력이 없음에도 약간이나마 출력전압이 있게 되는 문제를 해결하려는 것이었다. 그러나, 어떤 경우에는 DC offset 출력을 필요로 하게 되며, 따라서, M-7의 회로-2 및 회로-3과 같은 회로를 이용하는 방법도 있다.

그림 7-7과 같이 비반전증폭 회로에 대하여 입력 오프셋전압

$$ V_oi~

는 이상적인 OP-Amp의 비반전(+)입력에 직렬로 밧데리를 연결한 것으로 표현될 수 있다. 그림 7-7의 회로에서 직류 출력 오프셋전압은 입력 오프셋전압의 결과로써 계산된다.