Транскондуктивность ( переходная проводимость ), также редко называемая взаимной проводимостью , — это электрическая характеристика, связывающая ток через выход устройства с напряжением на входе устройства. Проводимость — это величина, обратная сопротивлению.
Трансадмиттанс (или передаточная проводимость ) является эквивалентом транспроводимости по переменному току .
Транскондуктивность очень часто обозначается как проводимость, g m , с нижним индексом, m , для взаимной . Она определяется следующим образом:
Для переменного тока с малым сигналом определение проще:
Единицей измерения крутизны в системе СИ является сименс , обозначаемый символом S , как в слове «проводимость».
Транссопротивление (для сопротивления передачи ), также редко называемое взаимным сопротивлением , является дуальным по отношению к транскондуктивности. Оно относится к соотношению между изменением напряжения в двух выходных точках и соответствующим изменением тока через две входные точки и обозначается как r m :
Единицей измерения транссопротивления в системе СИ является просто Ом , как в сопротивлении.
Трансимпеданс (или передаточный импеданс ) является эквивалентом транссопротивления по переменному току и является дуальным по отношению к трансадмиттансу.
Для вакуумных трубок крутизна определяется как изменение тока пластины (анода), деленное на соответствующее изменение напряжения сетки/катода, при постоянном напряжении пластины (анода) к катоду. Типичные значения g m для малосигнальной вакуумной трубки составляют от 1 до10 мСм . Это одна из трех характеристических констант электронной лампы, две другие — ее коэффициент усиления μ (мю) и сопротивление пластины r p или r a . Уравнение Ван дер Бейля определяет их соотношение следующим образом:
Аналогично, в полевых транзисторах , и в частности в МОП-транзисторах , крутизна — это изменение тока стока, деленное на небольшое изменение напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток. Типичные значения g m для малосигнального полевого транзистора:от 1 до 30 мСм .
Используя модель Шихмана-Ходжеса , крутизна МОП-транзистора может быть выражена как (см. МОП-транзистор § Режимы работы )
где I D — постоянный ток стока в точке смещения , а V OV — напряжение перегрузки , которое представляет собой разницу между напряжением затвор-исток в точке смещения и пороговым напряжением (т. е. V OV ≡ V GS – V th ). [2] : стр. 395, уравнение (5.45) Напряжение перегрузки (иногда называемое эффективным напряжением) обычно выбирается на уровне около 70–200 мВ для узла процесса 65 нм ( I D ≈ 1,13 мА/мкм × ширина ) для g m 11–32 мСм/мкм. [3] : стр. 300, таблица 9.2 [4] : стр. 15, §0127
Кроме того, крутизна перехода полевого транзистора определяется выражением
где V P — напряжение отсечки, а I DSS — максимальный ток стока.
G m биполярных малосигнальных транзисторов варьируется в широких пределах, будучи пропорциональным току коллектора. Он имеет типичный диапазон1–400 мСм . Изменение входного напряжения применяется между базой/эмиттером, а выход представляет собой изменение тока коллектора, протекающего между коллектором/эмиттером при постоянном напряжении коллектора/эмиттера.
Транспроводимость биполярного транзистора можно выразить как
где I C — постоянный ток коллектора в точке Q , а V T — тепловое напряжение , обычно около26 мВ при комнатной температуре. Для типичного тока10 мА , г м ≈ 385 мСм . Входное сопротивление — это коэффициент усиления тока ( β ), деленный на крутизну.
Выходная (коллекторная) проводимость определяется напряжением Эрли и пропорциональна току коллектора. Для большинства транзисторов в линейном режиме она значительно ниже100 мкСм .
Усилитель транскондуктивности ( усилитель g m ) выдает ток, пропорциональный его входному напряжению. В сетевом анализе усилитель транскондуктивности определяется как источник тока, управляемый напряжением ( VCCS ). Такие усилители обычно устанавливаются в каскодной конфигурации, что улучшает частотную характеристику.
Идеальный усилитель транскондуктивности в конфигурации повторителя напряжения ведет себя на выходе как резистор со значением 1/ g m , между буферизованной копией входного напряжения и выходом. Если повторитель нагружен одним конденсатором C , передаточная функция повторителя напряжения имеет один полюс с постоянной времени C / g m , [5] или, что эквивалентно, он ведет себя как фильтр нижних частот 1-го порядка с−3 дБ полоса пропускания g m /2 πC .
Операционный усилитель транскондуктивности (OTA) — это интегральная схема, которая может функционировать как усилитель транскондуктивности. Обычно они имеют вход, позволяющий управлять транскондуктивностью. [6]
Трансрезистивный усилитель выдает напряжение, пропорциональное его входному току. Трансрезистивный усилитель часто называют трансимпедансным усилителем , особенно производители полупроводников.
Термин для трансрезистивного усилителя в сетевом анализе — источник напряжения, управляемый током ( CCVS ).
Базовый инвертирующий трансрезистивный усилитель может быть построен из операционного усилителя и одного резистора. Просто подключите резистор между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя и подключите неинвертирующий вход к земле. Тогда выходное напряжение будет пропорционально входному току на инвертирующем входе, уменьшаясь с увеличением входного тока и наоборот.
Специализированные трансрезистивные (трансимпедансные) усилители на чипах широко используются для усиления тока сигнала от фотодиодов на приемном конце сверхскоростных волоконно-оптических линий связи.
