Offsetspannungen

Offsetspannungen bezeichnet in der Elektronik Spannungen, die auch bei ansonsten idealen Bauteilen vorhanden sind. Der Begriff wird häufig im Zusammenhang mit Eingangsoffsetspannungen von Operationsverstärkern, mit Offset in Sensoren oder mit Offset in Messschaltungen verwendet. In einer idealen Schaltung wäre der Differentialeingang Null und der Ausgang entsprechend Null, doch reale Bauteile weisen eine nicht verschwindende Differenzspannung zwischen den Eingängen auf.

Beim Operationsverstärker ist die Eingangsoffsetspannung die Differenzspannung zwischen den beiden Eingängen, die nötig ist, damit der Ausgang in einer bestimmten Referenzlage liegt (oft Null). Dieser Parameter ist eine Maßgröße für die Ungenauigkeit des Verstärkers. Auch Sensoren und Messkaden können Offsetspannungen aufweisen, die den gemessenen Wert verzerren, insbesondere wenn große Verstärkungen verwendet werden.

Ursachen für Offsetspannungen sind Fertigungstoleranzen und Ungleichheiten in Transistoren, Bias-Ströme an den Eingängen, Temperaturdrift sowie Alterung. Typische Werte reichen von wenigen Mikrovolt bis zu mehreren zehn Mikrovolt bei Präzisionsbauteilen; allgemeinere Bausteine können auch Mikrovolt bis dreistellige Mikrovoltbereiche oder mehr ausweisen. Die Offsetspannung ändert sich außerdem mit der Temperatur, was zu Drift über den Betriebspunkt hinweg führt.

Auswirkungen zeigen sich als Gleichspannung am Ausgang, die bei Verstärkung potenziert wird und so zu falschen Messwerten oder Saturation führen kann. In Mess- und Regelkreisen muss Offset kompensiert werden, etwa durch Nullabgleich (Offset-Null-Potentiometer), Kalibrierung, DC- oder AC-Kopplung, oder durch den Einsatz von chopper-stabilisierten oder instrumentation-Verstärkern.

Zur Verringerung spielt die Bauteilwahl eine zentrale Rolle: hochwertige Op-Amps, sorgfältige Layout- und Widerstands-Toleranzen sowie Temperaturkompensation reduzieren Offsetspannungen und deren Drift.