Transconductance - Transconductance

Transconductance (pro přenosová vodivost), také zřídka nazývaný vzájemné vodivost, je elektrická charakteristika vztahující se k proud přes výstup zařízení do Napětí přes vstup zařízení. Vodivost je převrácená hodnota odporu.

Transadmitance (nebo převod vstup) je AC ekvivalent transkonduktance.

Definice

Model transkonduktančního zařízení

Transkonduktance je velmi často označována jako vodivost, G_m, s dolním indexem, m, pro vzájemné. Je definován takto:

{ displaystyle g_ {m} = { frac { Delta I _ { text {out}}} { Delta V _ { text {in}}}}}

Pro malý signál střídavý proud, definice je jednodušší:

{ displaystyle g_ {m} = { frac {i _ { text {out}}} {v _ { text {in}}}}}

The SI jednotka, siemens, se symbolem, S; 1 siemens = 1 ampér na volt nahradil starou jednotku vodivosti se stejnou definicí, mho (ohm pozpátku), symbol, ℧.

Transresistance

Transresistance (pro odpor přenosu), také zřídka označovaný jako vzájemný odpor, je dvojí transkonduktance. Vztahuje se na poměr mezi změnou napětí ve dvou výstupních bodech a související změnou proudu ve dvou vstupních bodech a je označen jako r_m:

{ displaystyle r_ {m} = { frac { Delta V _ { text {out}}} { Delta I _ { text {in}}}}}

Jednotka SI pro transresistenci je prostě ohm, jako v odporu.

Transimpedance (nebo, převod impedance) je střídavý ekvivalent transresistance a je dvojí transadmitance.

Zařízení

Vakuové trubky

Pro vakuové trubky, transkonduktance je definována jako změna proudu desky (anody) děleno odpovídající změnou napětí mřížky / katody s konstantní deskou (anoda) na napětí katody. Typické hodnoty g_m pro vakuovou trubici s malým signálem jsou 1 až 10 millisiemens. Je to jedna ze tří charakteristických konstant vakuové trubice, další dvě jsou její získat μ (mu) a odpor desky r_str nebo r_A. The Van der Bijl rovnice definuje jejich vztah takto:

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

^[1]

Tranzistory s efektem pole

Podobně v tranzistory s efektem pole, a MOSFETy transkonduktance je zejména změna odtokového proudu dělená malou změnou hradlového / zdrojového napětí s konstantním odběrovým / zdrojovým napětím. Typické hodnoty G_m pro tranzistor s efektem malého signálu jsou 1 až 30 millisiemens.

Za použití Shichman – Hodgesův model, transkonduktanci pro MOSFET lze vyjádřit jako (viz MOSFET článek):

{ displaystyle g_ {m} = { frac {2I_ {D}} {V _ { text {OV}}}}}

kde Já_D je stejnosměrný odtokový proud na zkreslující bod, a PROTI_OV je přepěťové napětí, což je rozdíl mezi napětím brány - předpětí a zdrojem napětí hraniční napětí (tj., PROTI_OV ≡ PROTI_GS - PROTI_th).^[2]^{:str. 395, ekv. (5,45)} Napětí overdrive (někdy známé jako efektivní napětí) se obvykle volí na přibližně 70–200 mV pro 65 nm technologický uzel (Já_D ≈ 1,13 mA / μm šířky) pro a G_m 11–32 mS / μm.^[3]^{:str. 300, tabulka 9.2}^[4]^{:str. 15, §0127}

Navíc je transkonduktance pro spojení FET dána vztahem ${ displaystyle g_ {m} = { frac {2I_ {DSS}} { left | {V_ {P}} right |}} left ({1 - { frac {V_ {GS}} {V_ { P}}}} vpravo)}$ , kde V_P je pinchoff napětí a já_DSS je maximální vypouštěcí proud.

Transkonduktance pro FET a MOSFET, jak je uvedena ve výše uvedených rovnicích, se tradičně odvozuje z přenosové rovnice každého zařízení pomocí počet. Nicméně, Cartwright^[5] ukázal, že to lze provést bez počtu.

Bipolární tranzistory

G_m z bipolární tranzistory s malým signálem se velmi liší a jsou úměrné proudu kolektoru. Má typický rozsah 1 až 400 millisiemens. Změna vstupního napětí se aplikuje mezi základnou / emitorem a výstupem je změna proudu kolektoru protékajícího mezi kolektorem / emitorem s konstantním napětím kolektoru / emitoru.

Transkonduktanci pro bipolární tranzistor lze vyjádřit jako

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

kde Já_C = Stejnosměrný kolektorový proud na Q-bod, a PROTI_T = tepelné napětí, typicky asi 26 mV při pokojové teplotě. Pro typický proud 10 mA, G_m ≈ 385 mS. Vstupní impedance je aktuální zisk ( $β$ ) děleno transkonduktancí.

Výstupní (kolektorová) vodivost je určena Časné napětí a je úměrná proudu kolektoru. U většiny tranzistorů v lineárním provozu je výrazně pod 100 µS.

Zesilovače

Transkonduktanční zesilovače

A transkonduktanční zesilovač (G_m zesilovač) vydává proud úměrný jeho vstupnímu napětí. v síťová analýza, transkonduktanční zesilovač je definován jako a napěťově řízený zdroj proudu (VCCS). Je běžné vidět tyto zesilovače instalované v a cascode konfigurace, která zlepšuje frekvenční odezvu.

Transresistenční zesilovače

A transresistenční zesilovač vydává napětí úměrné jeho vstupnímu proudu. Transresistní zesilovač se často označuje jako a transimpedanční zesilovač, zejména výrobci polovodičů.

Termín pro transresistenční zesilovač v síťové analýze je proudově řízený zdroj napětí (CCVS).

Základní invertující transresistorový zesilovač lze sestavit z operační zesilovač a jeden rezistor. Jednoduše připojte rezistor mezi výstup a invertující vstup operačního zesilovače a připojte neinvertující vstup k zemi. Výstupní napětí pak bude úměrné vstupnímu proudu na invertujícím vstupu, klesá s rostoucím vstupním proudem a naopak.

Specializované čipové transresistenční (transimpedanční) zesilovače jsou široce používány pro zesílení signálního proudu z fotodiod na přijímacím konci ultravysokorychlostních optických spojů.

Provozní transkonduktanční zesilovače

An operační transkonduktanční zesilovač (OTA) je integrovaný obvod, který může fungovat jako transkonduktanční zesilovač. Obvykle mají vstup umožňující ovládání transkonduktance.^[6]

Viz také

Reference

^ Blencowe, Merlin (2009). "Navrhování zesilovačů pro kytaru a basu".
^ Sedra, A.S .; Smith, K.C. (1998), Mikroelektronické obvody (Čtvrté vydání), New York: Oxford University Press, ISBN 0-19-511663-1
^ Baker, R. Jacob (2010), CMOS Circuit Design, Layout and Simulation, třetí vydání, New York: Wiley-IEEE, ISBN 978-0-470-88132-3
^ Sansen, W.M.C. (2006), Analogový design Essentials, Dordrecht: Springer, ISBN 0-387-25746-2
^ Cartwright, Kenneth V (podzim 2009), „Odvození přesné transkonduktance FET bez počtu“ (PDF), Deník technologického rozhraní, 10 (1): 7 stránek
^ „Transimpedanční zesilovače 3,2 Gb / s s RSSI“ (PDF). datasheets.maximintegrated.com. Maxim. Citováno 15. listopadu 2018.

Horowitz, Paul & Hill, Winfield (1989), Umění elektroniky, Cambridge University Press, ISBN 0-521-37095-7CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)

externí odkazy

Transconductance - Definice SearchSMB.com
Transkonduktance v audio zesilovačích: článek Davida Wrighta z Pure Music [1]

[1] Blencowe, Merlin (2009). "Navrhování zesilovačů pro kytaru a basu".

[Sedra-2] Sedra, A.S .; Smith, K.C. (1998), Mikroelektronické obvody (Čtvrté vydání), New York: Oxford University Press, ISBN 0-19-511663-1

[Baker-3] Baker, R. Jacob (2010), CMOS Circuit Design, Layout and Simulation, třetí vydání, New York: Wiley-IEEE, ISBN 978-0-470-88132-3

[Sansen-4] Sansen, W.M.C. (2006), Analogový design Essentials, Dordrecht: Springer, ISBN 0-387-25746-2

[5] Cartwright, Kenneth V (podzim 2009), „Odvození přesné transkonduktance FET bez počtu“ (PDF), Deník technologického rozhraní, 10 (1): 7 stránek

[MAX3724-6] „Transimpedanční zesilovače 3,2 Gb / s s RSSI“ (PDF). datasheets.maximintegrated.com. Maxim. Citováno 15. listopadu 2018.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]