Transconductancia

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La transconductancia (para la conductancia de transferencia ), también llamada con poca frecuencia conductancia mutua , es la característica eléctrica que relaciona la corriente a través de la salida de un dispositivo con el voltaje a través de la entrada de un dispositivo. La conductancia es el recíproco de la resistencia.

La transmitancia (o admitancia de transferencia ) es el equivalente en CA de la transconductancia.

Definición

Modelo de dispositivo de transconductancia

La transconductancia se denota muy a menudo como una conductancia, g m , con un subíndice, m, para mutuo . Se define de la siguiente manera:

Para corriente alterna de pequeña señal , la definición es más simple:

La unidad SI , el siemens , con el símbolo, S ; 1 siemens = 1 amperio por voltio reemplazó la antigua unidad de conductancia, con la misma definición, el símbolo mho (ohmio escrito al revés), .

Transresistencia

La transresistencia (para la resistencia de transferencia ), también conocida con poca frecuencia como resistencia mutua , es el dual de la transconductancia. Se refiere a la relación entre un cambio de voltaje en dos puntos de salida y un cambio relacionado de corriente a través de dos puntos de entrada, y se anota como r m :

La unidad SI para transresistencia es simplemente el ohmio , como en la resistencia.

La transimpedancia (o impedancia de transferencia ) es el equivalente en CA de la transresistencia y es el dual de la transadmitancia.

Dispositivos

Tubos de vacío

Para los tubos de vacío , la transconductancia se define como el cambio en la corriente de la placa (ánodo) dividido por el cambio correspondiente en el voltaje de la rejilla / cátodo, con un voltaje constante entre la placa (ánodo) y el cátodo. Los valores típicos de g m para un tubo de vacío de pequeña señal son de 1 a 10 milisiemens. Es una de las tres constantes características de un tubo de vacío, las otras dos son su ganancia μ (mu) y la resistencia de la placa r p o r a . La ecuación de Van der Bijl define su relación de la siguiente manera:

[1]

Transistores de efecto de campo

De manera similar, en los transistores de efecto de campo , y en los MOSFET en particular, la transconductancia es el cambio en la corriente de drenaje dividido por el pequeño cambio en el voltaje de puerta / fuente con un voltaje de drenaje / fuente constante. Los valores típicos de g m para un transistor de efecto de campo de pequeña señal son de 1 a 30 milisiemens.

Utilizando el modelo de Shichman-Hodges , la transconductancia del MOSFET se puede expresar como (ver artículo MOSFET ):

donde I D es la corriente de drenaje de CC en el punto de polarización y V OV es el voltaje de sobremarcha , que es la diferencia entre el voltaje puerta-fuente del punto de polarización y el voltaje de umbral (es decir, V OVV GS - V th ). [2] : pág. 395, ec. (5.45) El voltaje de sobremarcha (a veces conocido como voltaje efectivo) se elige habitualmente entre 70 y 200 mV para el nodo de tecnología de 65 nm ( I D ≈ 1,13 mA / μm de ancho) para un g m de 11 a 32 mS / μm.[3] : pág. 300, cuadro 9.2 [4] : pág. 15, §0127

Además, la transconductancia para la unión FET viene dada por , donde V P es el voltaje de reducción e I DSS es la corriente de drenaje máxima.

Tradicionalmente, la transconductancia para FET y MOSFET como se indica en las ecuaciones anteriores se deriva de la ecuación de transferencia de cada dispositivo, utilizando cálculo . Sin embargo, Cartwright [5] ha demostrado que esto se puede hacer sin cálculo.

Transistores bipolares

El g m de los transistores bipolares de pequeña señal varía ampliamente, siendo proporcional a la corriente del colector. Tiene un rango típico de 1 a 400 milisiemens. El cambio de voltaje de entrada se aplica entre la base / emisor y la salida es el cambio en la corriente del colector que fluye entre el colector / emisor con un voltaje constante de colector / emisor.

La transconductancia del transistor bipolar se puede expresar como

donde I C = corriente del colector de CC en el punto Q , y V T = voltaje térmico , típicamente alrededor de 26 mV a temperatura ambiente. Para una corriente típica de 10 mA, g m ≈ 385 mS. La impedancia de entrada es la ganancia de corriente ( β ) dividida por la transconductancia.

La conductancia de salida (colector) está determinada por el voltaje inicial y es proporcional a la corriente del colector. Para la mayoría de los transistores en funcionamiento lineal, está muy por debajo de 100 µS.

Amplificadores

Amplificadores de transconductancia

Un amplificador de transconductancia ( amplificador g m ) emite una corriente proporcional a su voltaje de entrada. En el análisis de redes , el amplificador de transconductancia se define como una fuente de corriente controlada por voltaje ( VCCS ). Es común ver estos amplificadores instalados en una configuración de cascodo , lo que mejora la respuesta de frecuencia.

Amplificadores de transresistencia

Un amplificador de transresistencia genera un voltaje proporcional a su corriente de entrada. El amplificador de transresistencia a menudo se denomina amplificador de transimpedancia , especialmente por los fabricantes de semiconductores.

El término para un amplificador de transresistencia en el análisis de redes es fuente de voltaje controlado por corriente ( CCVS ).

Se puede construir un amplificador de transresistencia inversora básico a partir de un amplificador operacional y una sola resistencia. Simplemente conecte la resistencia entre la salida y la entrada inversora del amplificador operacional y conecte la entrada no inversora a tierra. El voltaje de salida será entonces proporcional a la corriente de entrada en la entrada inversora, disminuyendo al aumentar la corriente de entrada y viceversa.

Los amplificadores de transresistencia (transimpedancia) de chip especializados se utilizan ampliamente para amplificar la corriente de señal de los fotodiodos en el extremo receptor de los enlaces de fibra óptica de ultra alta velocidad.

Amplificadores operacionales de transconductancia

Un amplificador de transconductancia operacional (OTA) es un circuito integrado que puede funcionar como amplificador de transconductancia. Normalmente tienen una entrada que permite controlar la transconductancia. [6]

Ver también

Referencias

  1. ^ Blencowe, Merlin (2009). "Diseño de amplificadores de válvulas para guitarra y bajo".
  2. ^ Sedra, AS; Smith, KC (1998), Microelectronic Circuits (Cuarta ed.), Nueva York: Oxford University Press, ISBN  0-19-511663-1
  3. ^ Baker, R. Jacob (2010), Diseño, diseño y simulación de circuitos CMOS, tercera edición , Nueva York: Wiley-IEEE, ISBN  978-0-470-88132-3
  4. ^ Sansen, WMC (2006), Conceptos básicos de diseño analógico , Dordrecht: Springer, ISBN  0-387-25746-2
  5. ^ Cartwright, Kenneth V (otoño de 2009), "Derivación de la transconductancia exacta de un FET sin cálculo" (PDF) , The Technology Interface Journal , 10 (1): 7 páginas
  6. ^ "Amplificadores de transimpedancia SFP de 3,2 Gbps con RSSI" (PDF) . datasheets.maximintegrated.com . Maxim . Consultado el 15 de noviembre de 2018 .

Enlaces externos

  • Transconductancia - Definiciones de SearchSMB.com
  • Transconductancia en amplificadores de audio: artículo de David Wright de Pure Music [1]