Opamp Bias Current, Offset Current ve Offset Voltage

Opamp Bias Current, Offset Current ve Offset Voltage

Aşağıda örnek olarak iki farklı genel kullanım amaçlı opamp'ın teknik dokümanlarından kesitler verilmiştir. 

Şekil 1: (A) AD8538 ve (B) LM747 opamplarına ait teknik doküman kesitleri.

Teknik dokümanlarda belirtilen Ios, Vos ve Ib parametrelerinin opampların çıkışında nasıl bir etkiye sebep olacaklarını inceleyebilmek için aşağıda örnek bir negatif geri beslemeli bir opamp şeması verilmiştir. 

Şekil 2: Negatif geri besleme uygulanmış opamp şeması.

Bias Current & Offset Current

Şekil 2 'deki örnek geri beslemeli opamp devresinde sadece bias akımlarının etkisini gözlemleyebilmek için giriş voltajı 0V olarak değiştirilmiştir ve giriş bias akımlarını devre şeması üzerinde gösterilerek Şekil 3 (A) 'daki şema elde edilmiştir.

Şekil 3: (A) Örnek opamp devresinin giriş voltajının 0V olarak seçildiğinde ve giriş bias akımları devre şeması üzerinde gösterildiğinde elde edilen şema. (B) Sadeleştirilmiş şema.

Teknik dokümanlarda belirtilen "Input Bias Current" ve "Input Offset Current" parametrelerin IB+ ve IB- terimleri ile karşılıkları (eq.1) ve (eq.2) denklemlerinde gösterilmiştir.

Elde edilen devre şemasında IB+ akımı opamp girişinde bir voltaj farkına sebep olmayacaktır. Bu durumda V- noktasındaki voltaj 0V olacaktır ve R1 direncinden akım geçmeyeceği için IB- akımının tamamı RF direnci üzerinden geçecektir. Örnek devrenin sadeleştirilmiş hali Şekil 3(B)' de gösterilmiştir. 

Şekil 3(B) 'deki şemada opamp çıkışında görülecek voltaj (eq.3) denklemindeki gibi olacaktır.

Telafi Direnci

Eğer örnek geri beslemeli opamp şemasına RC telafi direnci eklenirse Şekil 4 'deki şema elde edilir.

Şekil 4: RC telafi direncinin eklenmesi ile elde edilen devre şeması.

Şekil 4 'deki örnek geri beslemeli opamp devresinde sadece bias akımlarının etkisini gözlemleyebilmek için giriş voltajını 0V olarak değiştirilmiştir ve giriş bias akımlarını devre şeması üzerinde gösterilerek Şekil 5 'deki şema elde edilmiştir.

Şekil 5: Örnek opamp devresinin giriş voltajının 0V olarak seçildiğinde ve giriş bias akımları devre şeması üzerinde gösterildiğinde elde edilen şema.

Şekil 5 'deki şemada opamp çıkışında görülecek voltajı hesaplamak için IB+ ve IB- akım kaynaklarının her birinin ayrı ayrı opamp çıkışındaki etkisi hesaplanır.

Şekil 6: (A) Sadece IB+ akım kaynağının bağlı olduğu durumun gösterilmesi. (B) Sadece IB- akım kaynağının bağlı olduğu durumun gösterilmesi.

Şekil 6 (A) 'daki devre şemasından (eq.4) ve (eq.5) elde edilir.

Şekil 6 (B) 'deki devre şemasından (eq.6) ve (eq.7) elde edilir.

Şekil 5 'deki devre şeması için denklemler toparlarsa (eq.8) göz önünde bulundurularak (eq.9) sonucuna ulaşılır.

RC direncinin etkisinin daha iyi görülebilmesi için (eq.10) ve (eq.11) denklemlerinde düzenlemeler yapılmıştır.

Bu noktada eğer RC direnci (eq.12) denkleminde gösterildiği gibi R1 ve RF dirençlerinin paralel toplamı değerine eşit olursa (eq.14) denklemine ulaşılır.

(eq.2) denklemini (eq.14) denkleminde kullandığımızda son olarak (eq.15) denklemine ulaşılır.

Sonuç olarak RC telafi direnci "Input Bias Current" değerinin "Input Offset Current" değerine göre çok daya büyük olduğu opamplarda çıkıştaki voltaj kaymasının daha düşük değerlerde tutulabilmesi amacı ile devre şemalarına kullanılır. Çoğunlukla RC direnci R1 ve RF dirençlerinin paralel toplamına eşit değerde seçilir.

Offset Voltage

Şekil 4 'deki örnek geri beslemeli opamp devresinde bias akımlarının ve offset voltajının opamp çıkışındaki etkisini gözlemleyebilmek için giriş voltajını 0V olarak değiştirilmiştir. Giriş bias akımları ve offset voltajı devre şeması üzerinde gösterilerek Şekil 7 'deki şema elde edilmiştir.

Şekil 7: Örnek opamp devresinin giriş voltajının 0V olarak seçildiğinde, giriş bias akımları ve offset voltajı devre şeması üzerinde gösterildiğinde elde edilen şema.

Şekil 7 'deki şemada opamp çıkışında görülecek voltajı hesaplamak için IB+, IB- akım ve VOS voltaj kaynaklarının her birinin ayrı ayrı opamp çıkışındaki etkisi hesaplanır. Bu durumda Şekil 6 (A) ve Şekil 6 (B) 'nin yanında Şekil 8 'deki şema da hesaba katılmalıdır.

Şekil 8: Sadece VOS voltaj kaynağının bağlı olduğu durumun gösterilmesi.

Şekil 8 'deki devre şemasından (eq.16) denklemi elde edilir.

Şekil 7 'deki devre şeması için denklemler toparlarsa (eq.17) göz önünde bulundurularak (eq.18) sonucuna ulaşılır.

Eğer RC direnci (eq.12) denkleminde gösterildiği gibi R1 ve RF dirençlerinin paralel toplamı değerine eşit olursa ve benzer adımlar takip edilirse Şekil 4 'deki telafi direnci eklenmiş örnek geri beslemeli opamp devresinin "Input Offset Current" ve "Input Offset Voltage" parametreleri kullanılarak 0V giriş gerilimine karşılık çıkışta görülen toplam kayma voltajı (eq.19) denklemi elde edilir.