Transconductancia

Para los tubos de vacío , la transconductancia se define como el cambio en la corriente de placa (ánodo) dividido por el cambio correspondiente en el voltaje de rejilla/cátodo, con un voltaje de placa (ánodo) a cátodo constante. Los valores típicos de g _m para un tubo de vacío de pequeña señal son de 1 a10  mS . Es una de las tres constantes características de un tubo de vacío, siendo las otras dos su ganancia μ (mu) y la resistencia de placa r _p o r _a . La ecuación de Van der Bijl define su relación de la siguiente manera:

${\displaystyle g_{\mathrm {m} }={\frac {\mu }{r_{\mathrm {p} }}}}$^{[ 1 ]}

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  ms .

Utilizando el modelo de Shichman-Hodges , la transconductancia para el MOSFET se puede expresar como (ver MOSFET §  Modos de operación )

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

donde I _D es la corriente de drenaje de CC en el punto de polarización , y V _OV es la tensión de sobreexcitación , que es la diferencia entre la tensión puerta-fuente del punto de polarización y la tensión umbral (es decir, V _OV ≡ V _GS – V _th ). ^{[ 2 ] : pág. 395, Ec. (5.45)} La tensión de sobreexcitación (a veces conocida como tensión efectiva) se elige habitualmente en unos 70–200  mV para el nodo de proceso de 65 nm ( I _D ≈ 1,13  mA/μm × ancho ) para una g _m de 11–32  mS/μm. ^{[ 3 ] : pág. 300, Tabla 9.2 [ 4 ] : pág. 15, §0127}

Además, la transconductancia para el FET de unión viene 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 la tensión de estrangulamiento e I _DSS es la corriente máxima de drenaje.

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

La transconductancia del transistor bipolar se puede expresar como

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

donde I _C es la corriente continua del colector en el punto Q , y V _T es la tensión térmica , típicamente alrededor de26  mV a temperatura ambiente. Para una corriente típica de10  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 la tensión de Early y es proporcional a la corriente del colector. Para la mayoría de los transistores en funcionamiento lineal, es muy inferior a100  μS .

Un amplificador de transconductancia ( amplificador g _m ) genera 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 ). Estos amplificadores suelen instalarse en configuración cascode , lo que mejora la respuesta en frecuencia.

Un amplificador de transconductancia ideal en una configuración de seguidor de voltaje se comporta en la salida como una resistencia de valor 1/ g _m , entre una copia amortiguada del voltaje de entrada y la salida. Si el seguidor está cargado por un solo condensador C , la función de transferencia del seguidor de voltaje tiene un solo polo con constante de tiempo C / g _m , ^{[ 5 ]} o equivalentemente se comporta como un filtro paso bajo de primer orden con una Ancho de banda de −3 dB de g _m /2 πC .

Un amplificador de transresistencia genera un voltaje proporcional a su corriente de entrada. Este tipo de amplificador suele denominarse amplificador de transimpedancia , especialmente entre los fabricantes de semiconductores.

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

Un amplificador de transresistencia inversor básico se puede construir con 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.