Крутизна

Крутизна (для передаточной проводимости ), также нечасто называемая взаимной проводимостью , представляет собой электрическую характеристику, связывающую ток через выход устройства с напряжением на входе устройства. Проводимость является обратной величиной сопротивления.

Трансадмиттанс (или передаточный адмиттанс ) является переменного тока эквивалентом крутизны .

Определение

Крутизна очень часто обозначается как проводимость $g m$ с индексом $m$ для взаимного обозначения . Оно определяется следующим образом:

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

Для малого сигнала переменного тока определение проще:

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

Единицей системе СИ крутизны в является сименс с символом S , как и в случае проводимости.

Трансрезистентность

Транссопротивление (для сопротивления передачи ), также нечасто называемое взаимным сопротивлением , является двойником крутизны. Это относится к отношению между изменением напряжения в двух выходных точках и соответствующим изменением тока через две входные точки и обозначается $rm как$ :

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

Единицей СИ для транссопротивления является просто ом , как и в случае сопротивления.

Трансимпеданс (или передаточный импеданс ) является эквивалентом транссопротивления по переменному току и является двойником трансадмиттанса.

Устройства

Вакуумные трубки

Для электронных ламп крутизна определяется как изменение тока пластины (анода), деленное на соответствующее изменение напряжения сетки/катода, с постоянным напряжением между пластиной (анодом) и катодом. Типичные значения $g m$ для малосигнальной вакуумной лампы составляют от 1 до 10 миллисименс. Это одна из трех характеристических констант вакуумной лампы, две другие — ее коэффициент усиления $μ$ (мю) и сопротивление пластины $r p$ или $r a$ . Уравнение Ван дер Бейла определяет их соотношение следующим образом:

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

^[1]

Полевые транзисторы

Точно так же в полевых транзисторах и, в частности, в МОП-транзисторах крутизна представляет собой изменение тока стока, деленное на небольшое изменение напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток. Типичные значения $g m$ для малосигнального полевого транзистора составляют от 1 до 30 миллисименс.

Используя модель Шичмана-Ходжеса , крутизну полевого МОП-транзистора можно выразить как (см. статью о МОП-транзисторах )

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

где $I D$ — постоянный ток стока в точке смещения , а $V OV$ — напряжение перегрузки , которое представляет собой разность между напряжением затвор-исток в точке смещения и пороговым напряжением (т. е. $V OV \equiv V GS - V th$ ). ^[2]^{: с. 395, уравнение. (5,45)} Напряжение перегрузки (иногда называемое эффективным напряжением) обычно выбирается на уровне около 70–200 мВ для технологии 65 нм ( $ID узла$ ≈ 1,13 мА/мкм ширины) для $g m$ 11–32 мСм/мкм. ^[3]^{: с. 300, таблица 9.2}^[4]^{: с. 15, §0127}

Кроме того, крутизна переходного полевого транзистора определяется выражением

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

где $V P$ — напряжение защемления, а $I DSS$ — максимальный ток стока.

Биполярные транзисторы

g $m .$ биполярных коллектора слабосигнальных транзисторов варьируется в широких пределах и пропорционален току Его типичный диапазон составляет от 1 до 400 миллисименс. Изменение входного напряжения применяется между базой/эмиттером, а выход представляет собой изменение тока коллектора, протекающего между коллектором/эмиттером при постоянном напряжении коллектор/эмиттер.

Крутизна биполярного транзистора может быть выражена как

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

где $I C$ = постоянный ток коллектора в точке Q , а $V T$ = тепловое напряжение , обычно около 26 мВ при комнатной температуре. Для типичного тока 10 мА $g м$ ≈ 385 мс. Входное сопротивление представляет собой коэффициент усиления по току ( $β$ ), деленный на крутизну.

Выходная (коллекторная) проводимость определяется напряжением Early и пропорциональна току коллектора. Для большинства транзисторов в линейном режиме оно значительно ниже 100 мкс.

Усилители

Транзисторные усилители

Усилитель крутизны ( усилитель gm _. ) выдает ток, пропорциональный его входному напряжению В сетевом анализе усилитель крутизны определяется как источник тока, управляемый напряжением ( VCCS ). Эти усилители обычно устанавливаются в каскодной конфигурации, что улучшает частотную характеристику.

Идеальный усилитель крутизны в конфигурации повторителя напряжения ведет себя на выходе как резистор номиналом $1/g_{m}$ , между буферизованной копией входного напряжения и выходным. Если повторитель нагружен одним конденсатором $C$ передаточная функция повторителя напряжения имеет один полюс с постоянной времени $C/g_{m}$ , ^[5] или, что то же самое, он ведет себя как фильтр нижних частот 1-го порядка с полосой пропускания -3 дБ. ${g_{m}}/{2\pi C}$ .

Операционные усилители крутизны

Операционный усилитель крутизны (ОТА) представляет собой интегральную схему, которая может функционировать как усилитель крутизны. Обычно они имеют вход для управления крутизной. ^[6]

Трансрезистивные усилители

Трансрезистивный усилитель выдает напряжение, пропорциональное его входному току. Трансомный усилитель часто называют трансимпедансным усилителем , особенно производители полупроводников.

Термин «трансрезистивный усилитель» в сетевом анализе — источник напряжения с управляемым током ( CCVS ).

Базовый инвертирующий трансрезистивный усилитель можно построить 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 микросхемные транссопротивляющие (трансимпедансные) усилители широко используются для усиления тока сигнала от фотодиодов на приемном конце сверхвысокоскоростных оптоволоконных линий связи.

См. также

Ссылки

^ Бленкоу, Мерлин (2009). «Проектирование ламповых усилителей для гитары и баса».
^ Седра, А.С.; Смит, KC (1998), Микроэлектронные схемы (Четвертое изд.), Нью-Йорк: Oxford University Press, ISBN 0-19-511663-1
^ Бейкер, Р. Джейкоб (2010), Проектирование, компоновка и моделирование схем КМОП, третье издание , Нью-Йорк: Wiley-IEEE, ISBN 978-0-470-88132-3
^ Сансен, WMC (2006), Основы аналогового дизайна , Дордрехт: Springer, ISBN 0-387-25746-2
^ https://hasler.ece.gatech.edu/Courses/ECE6414/Unit3/gmCFilter01.pdf
^ «Трансимпедансные усилители SFP 3,2 Гбит/с с RSSI» (PDF) . datasheets.maximintegrated.com . Максим . Проверено 15 ноября 2018 г.

Горовиц, Пол и Хилл, Уинфилд (1989), Искусство электроники , издательство Кембриджского университета, ISBN 0-521-37095-7 {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

Крутизна - Определения SearchSMB.com
Крутизна усилителей звука: статья Дэвида Райта из Pure Music [1]

[1] Бленкоу, Мерлин (2009). «Проектирование ламповых усилителей для гитары и баса».

[Sedra-2] Седра, А.С.; Смит, KC (1998), Микроэлектронные схемы (Четвертое изд.), Нью-Йорк: Oxford University Press, ISBN 0-19-511663-1

[Baker-3] Бейкер, Р. Джейкоб (2010), Проектирование, компоновка и моделирование схем КМОП, третье издание , Нью-Йорк: Wiley-IEEE, ISBN 978-0-470-88132-3

[Sansen-4] Сансен, WMC (2006), Основы аналогового дизайна , Дордрехт: Springer, ISBN 0-387-25746-2

[5] ttps://hasler.ece.gatech.edu/Courses/ECE6414/Unit3/gmCFilter01.pdf

[MAX3724-6] «Трансимпедансные усилители SFP 3,2 Гбит/с с RSSI» (PDF) . datasheets.maximintegrated.com . Максим . Проверено 15 ноября 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]