Transconductancia

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Características eléctricas

La Transconductancia (para 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. al voltaje a través de la entrada de un dispositivo. La conductancia es el recíproco de la resistencia.

Transadmittance (o Admisión de transferencia) es el equivalente AC de la transconductancia.

Definición

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

{displaystyle g_{m}={frac {Delta I_{text{out}}}{Delta V_{text{in}}}}}

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

{displaystyle g_{m}={frac {i_{text{out}}}{v_{text{in}}}}}

La unidad SI para transconductancia es el siemens, con el símbolo S, como en conductancia.

Transresistencia

La Transresistencia (para resistencia de transferencia), también denominada con poca frecuencia 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 $r m.$ :

{displaystyle r_{m}={frac {Delta V_{text{out}}}{Delta I_{text{in}}}}}

La unidad SI para la transresistencia es simplemente el ohm, como en 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 señal pequeña 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:

{displaystyle g_{mathrm {m} }={frac {mu }{r_{mathrm {p} }}}}

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 puerta-fuente con un voltaje 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 (consulte el artículo sobre MOSFET)

{displaystyle g_{text{m}}={frac {2I_{text{D}}}{V_{text{OV}}}},}

Donde $I D$ es la corriente de drenaje DC en el punto de sesgo, y $V OV$ es el voltaje overdrive, que es la diferencia entre el voltaje de punto de sesgo-fuente y el voltaje del umbral (es decir, $V OV ↑ V SG - V T$ ). El voltaje overdrive (a veces conocido como el voltaje efectivo) es elegido a medida alrededor de 70–200 mV para el nodo de tecnología 65 nm ( $I D$ Ω 1.13 mA/μm de ancho) para un $g m$ de 11 a 32 mS/μm.

Además, la transconductancia para la unión FET es dada por

{displaystyle g_{text{m}}={frac {2I_{text{DSS}}}{|V_{text{P}}|}}left(1-{frac {V_{text{GS}}}{V_{text{P}}}}right),}

donde $V P$ es el voltaje de pinzamiento y $I DSS$ es la corriente de drenaje máxima.

Transistores bipolares

El $g m$ de los transistores bipolares de pequeña señal varía ampliamente y es 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 colector/emisor constante.

La transconductancia del transistor bipolar se puede expresar como

{displaystyle g_{mathrm {m} }={frac {I_{mathrm {C} }}{V_{mathrm {T} }}}}

Donde $I C$ = corriente de colector DC en el punto Q, y $V T$ = tensión térmica, típicamente cerca de 26 mV a temperatura ambiente. Para una corriente típica de 10 mA, $g m$ ♥ 385 mS. La impedancia de entrada es la ganancia actual (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 red, el amplificador de transconductancia se define como una fuente de corriente controlada por voltaje (VCCS). Estos amplificadores se ven comúnmente instalados en una configuración cascode, lo que mejora la respuesta de frecuencia.

Un amplificador de transconductancia ideal en una configuración de seguidor de tensión se comporta en la salida como un resistor de valor ${displaystyle 1/g_{m}}$ , entre una copia amortiguada del voltaje de entrada y la salida. Si el seguidor es cargado por un único condensador ${displaystyle C}$ , la función de transferencia del seguidor de tensión tiene un solo polo con constante tiempo ${displaystyle C/g_{m}}$ , o equivalentemente se comporta como un filtro de paso bajo de primer orden con un ancho de banda de -3 dB ${displaystyle {g_{m}}/{2pi C}}$ .

Amplificadores operacionales de transconductancia

Un amplificador de transconductancia operacional (OTA) es un circuito integrado que puede funcionar como amplificador de transconductancia. Estos normalmente tienen una entrada para permitir el control de la transconductancia.

Amplificadores de resistencia

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 controlada por corriente (CCVS).

Se puede construir un amplificador de transresistencia inversor 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 de chips especializados (transimpedancia) son ampliamente utilizados para amplificar la corriente de señal de los diodos fotográficos en el extremo receptor de enlaces de fibra óptica de alta velocidad.

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