跨導增益

跨導增益指輸出端電流的變化值與輸入端電壓的變化值之間的比值。

基本介紹

• 中文名：跨導增益
• 學科：電路原理

介紹

跨導（英語：Transconductance）是電子元件的一項屬性。電導（G）是電阻（R）的倒數；而跨導增益則指輸出端電流的變化值與輸入端電壓的變化值之間的比值。通常用 g_m表示。

對於直流電，跨導增益可以定義為：

對於交流電小信號模型，跨導增益的定義相對更為簡單：

設備

真空管

對於真空管，跨導被定義為板（陽極）/陰極電流的變化除以電網/陰極電壓的相應變化，恆定板（陽極）/陰極電壓。g_m典型值為小信號真空管是1至10毫西門子。它是真空管的三個特徵常數之一，另外兩個是增益μ（mu）和平板電阻r_p或r_a。在范德Bijl公式定義它們之間的關係如下：

場效應電晶體

類似地，在場效應電晶體和MOSFET中，跨導是漏極電流的改變除以柵極/源極電壓的小改變以及恆定的漏極/源極電壓。g_m的典型值為小信號場效應電晶體是1至30毫西門子。

使用Shichman-Hodges模型，MOSFET的跨導增益可以表示為：

其中I_D是在直流漏電流偏置點，和V_OV是過驅動電壓，這是偏置點柵極-源極電壓和之間的差的閾值電壓（即，V_OV≡V_GS-V_th）。的過驅動電壓（有時也被稱為有效電壓）在約70-200毫伏習慣上選擇用於65納米技術節點（I_D≈1.13mA/μm），用於g_m的11-32mS/μm。

另外，結FET的跨導增益由下式給出，其中V_P是夾斷電壓，I_DSS是最大漏極電流。

傳統上，上式中給出的FET和MOSFET的跨導是使用微積分從每個器件的傳輸方程導出的。然而，卡特賴特已經證明，這可以在沒有微積分的情況下完成。

雙極電晶體

所述g_m的雙極小信號電晶體差別很大，成比例的集電極電流。典型的範圍是1到400毫西門子。在基極/發射極之間施加輸入電壓變化，輸出是在具有恆定的集電極/發射極電壓的集電極/發射極之間流動的集電極電流的變化。

雙極電晶體的跨導增益可以表示為

其中I_C=在Q點的DC集電極電流，V_T=熱電壓，在室溫下通常約為26mV。10毫安，典型電流g_m≈385毫秒。

輸出（集電極）電導由Early電壓決定，與集電極電流成正比。對於線性操作的大多數電晶體，它遠低於100μS。

放大器

跨導放大器

跨導放大器（gm放大器）推出的電流正比於它的輸入電壓。在網路分析中，跨導放大器被定義為電壓控制電流源（VCCS）。看到這些放大器安裝在共源共柵配置，這是常見的，這提高了頻率回響。

跨阻放大器

跨阻放大器輸出正比於它的輸入電流的電壓。跨阻放大器通常被稱為跨阻放大器，特別是半導體製造商。

網路分析中的跨阻放大器的術語是電流控制電壓源（CCVS）。一個基本的反相互阻放大器可以由一個運算放大器和一個電阻構成。只需在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間連線電阻，並將同相輸入端接地即可。然後，輸出電壓將與反相輸入端的輸入電流成比例，隨著輸入電流的增加而減小，反之亦然。在實踐中，任何器件的寄生電容連線到運算放大器的虛擬地可能使其不穩定，並且必須在輸出和反相引腳之間並聯添加補償電容。達到這個補償電容的最佳值可能是不平凡的。專用晶片跨阻（互阻抗）放大器廣泛用於放大來自超高速光纖鏈路接收端的光電二極體的信號電流。MAX3724和MAX3725就是例子。

運算跨導放大器

一個運算跨導放大器（OTA）是積體電路能夠作為跨導放大器的作用。這些通常有一個允許跨導控制的輸入。