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Ein Problem beim realen Operationsverstärker ist der sogenannte Offset. Das bedeutet, dass die Ausgangsspannung nicht genau null ist, wenn die Differenz-Eingangsspannung null ist. Für die genaue Differenz-Eingangsspannung, bei der die Ausgangsspannung null ist, spricht man von der Offset-Eingangsspannung UOffs. In der Praxis liegt der Wert der Offset-Eingangsspannung in der Größenordnung von etwa 1 mV. Wenn man eine Verstärkerschaltung aufbaut, ist die Ausgangsspannung nicht null, wenn die Eingangsspannung null ist. Dies ist in den meisten Fällen nicht akzeptabel.
Strategien zur Bewältigung des Offset-Problems
Es gibt mehrere Strategien, um mit dem Offset-Problem umzugehen:
- Manchmal stört der Offset überhaupt nicht, besonders bei kleinen Verstärkungsfaktoren bis etwa 10.
- Wenn der Offset nicht besonders stört, kann es ausreichen, seine Auswirkungen zu minimieren. In über 90% der Anwendungsfälle kann dies erreicht werden.
- Man kann den Offset kompensieren, entweder durch Abgleich-Elemente in der Schaltung oder durch spezielle Operationsverstärker, die automatisch kompensieren können. Bei einer manuellen Kompensation gibt es zwei verschiedene Varianten:
a) Der Operationsverstärker hat spezielle Anschlüsse für eine Kompensationsschaltung.
b) Der Operationsverstärker hat keine speziellen Anschlüsse für eine Kompensationsschaltung.
Die erste Strategie: Nichts tun?
Manchmal kann man tatsächlich nichts tun, insbesondere wenn der gewünschte Verstärkungsfaktor relativ klein ist. Aber lassen Sie uns über die zweite Strategie sprechen, nämlich wie man den unvermeidlichen Offset-Effekt minimieren kann.
Die Auswirkungen von Eingangsströmen
Reale Operationsverstärker haben Eingangsströme, die Spannungsabfälle an den Eingangswiderständen und der äußeren Beschaltung der Eingänge verursachen. Wenn diese Widerstände unterschiedlich sind, vergrößert sich die Offset-Spannung entsprechend.
Wie kann man den Offset minimieren?
Es gibt Maßnahmen, um den Offset nicht unnötig groß zu machen. Wenn jedoch höhere Anforderungen an den Offset gestellt werden, reicht diese Maßnahme nicht aus. In solchen Fällen kann ein Offset-Abgleich erforderlich sein. Ein Operationsverstärker wie der 741 hat spezielle Anschlüsse für einen Offset-Abgleich.
Die Nachteile eines manuellen Offset-Abgleichs
Ein manueller Offset-Abgleich ist aufwendig und kann zusätzliche Kosten verursachen. Außerdem ändert sich der Offset eines Operationsverstärkers mit der Betriebsspannung, Temperatur und Alterung der Bauelemente. Es gibt auch die Möglichkeit von Verschmutzung oder mechanischer Belastung, die die Betriebssicherheit verringern können.
Spezielle Operationsverstärker zur Offset-Kompensation
Es gibt spezielle Operationsverstärker, sogenannte Chopper-Operationsverstärker, die zwei unabhängige Operationsverstärker, eine Schaltmatrix und eine Steuerung enthalten. Diese ermöglichen einen automatischen Offset-Abgleich und stellen immer einen optimal abgeglichenen Operationsverstärker zur Verfügung. Diese Art von Operationsverstärkern kann in der Messtechnik bei sehr kleinen Eingangsspannungen vorteilhaft eingesetzt werden, ist jedoch für die HiFi-Technik weniger geeignet.
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