Pendiente de la característica de transferencia

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La pendiente de la característica de transferencia (también llamada conductividad directa, conductividad de transferencia , transconductividad ) de un dispositivo electrónico activo - un transistor bipolar , un transistor de efecto de campo , una lámpara de electrones o un conjunto de circuito complejo - un valor que caracteriza la acción del control electrodo (base, puerta, rejilla de control ) en la corriente controlada por el dispositivo .

La inclinación es un parámetro diferencial numéricamente igual a la relación entre el cambio en la corriente de salida y el cambio en el voltaje de control que lo causó : $S$ $I_{o}$ $tu_{{yo}}$

S={\frac {\parcial I_{o}}{\parcial U_{i}}}.

En el caso general, la inclinación de los dispositivos y dispositivos reales depende de la magnitud de la corriente de salida (y, en consecuencia, del voltaje de control). Como regla general, la pendiente se indica en un punto de operación dado, a un voltaje fijo en los electrodos, en condiciones en las que el dispositivo funciona en el modo de una fuente de corriente controlada.

La dimensión de pendiente (una unidad de corriente por unidad de voltaje) coincide con la dimensión de conductividad eléctrica , en SI - Siemens, abreviatura Cm [1] .

Una fuente de corriente ideal controlada por voltaje

La inclinación (conductividad de transferencia) es la única característica de una fuente de corriente controlada por voltaje ideal (ITUN) y no depende de la magnitud de la corriente. La corriente de salida del ITUN está relacionada con el voltaje de entrada por la relación: $S$ $yo_{o}$ $tu_{i}$

{\displaystyle I_{o}=SU_{i))

[1] .

Las impedancias de entrada y salida del IIT son iguales a infinito, lo que significa que para cualquier voltaje de entrada, la corriente de entrada es cero y la corriente de salida es independiente del voltaje de salida.

Un ITUN ideal es físicamente irrealizable, el equivalente real más cercano a un ITUN ideal es un amplificador de corriente operacional controlado por voltaje , o un amplificador operacional de transconductancia [2] - una fuente lineal de corriente bipolar (tanto entrante como saliente), controlada por un voltaje diferencial. Un dispositivo típico de este tipo transfiere una corriente de -10 ... +10 mA a la carga cuando el voltaje de entrada cambia dentro de -100 ... +100 μV, lo que corresponde a una pendiente constante de 100 S [3] .

Transistores bipolares

La pendiente de un transistor bipolar caracteriza los cambios en la corriente del colector cuando el voltaje base-emisor cambia en la vecindad del punto de operación seleccionado [4] . Debido a la naturaleza exponencial de la dependencia de la pendiente del transistor bipolar es directamente proporcional a : $S$ ${\ estilo de visualización I_ {C}}$ $U_{{ser}}$ ${\ estilo de visualización I_ {C}}$ $U_{{ser}}$ $yo_{c}$

S={\frac {\parcial I_{c}}{\parcial U_{be}}}={\frac {I_{C}}{\phi _{T}}}

, donde es la temperatura potencial, que es directamente proporcional a la temperatura absoluta y a 25 °C es de aproximadamente 26 mV [4] [5] .

{\ estilo de visualización \ phi _{T}}

Entonces, para una corriente de colector de 1 mA, la pendiente de un transistor de silicio es de aproximadamente 40 mSm, para una corriente de 1 A, de aproximadamente 40 Sm, y así sucesivamente. La proporcionalidad directa entre la transconductancia y la corriente es una propiedad única del transistor bipolar que no se ve en otros tipos de dispositivos electrónicos.

Transistores de efecto de campo de baja potencia

La corriente de drenaje limitante de un transistor de efecto de campo (corriente de saturación) no es proporcional al exponente, sino al cuadrado del voltaje de control efectivo (la diferencia entre el voltaje de fuente de puerta y el voltaje de umbral) [6] . Por lo tanto, la transconductancia del transistor es proporcional al voltaje de control efectivo: ${\ Displaystyle U_ {ef}}$

S=KU_{ef}

[7] , donde es cierto coeficiente, tiene la dimensión A/B 2 .

k

La pendiente real de los transistores discretos de baja potencia se mide en unidades o decenas de mS. El valor, independientemente de la elección del punto de operación , la pendiente específica del transistor de efecto de campo, está determinado por las dimensiones geométricas del canal, la capacitancia específica de la puerta y la movilidad de los portadores de carga en el canal [8] . Este último, a su vez, disminuye al aumentar la temperatura del cristal. El coeficiente de pendiente relativa , la pendiente específica de un transistor condicional, cuyo ancho y longitud de puerta son iguales, es de aproximadamente 20 ... 60 μA / V 2 para transistores discretos de canal n y 100 ... 120 μA / V 2 para transistores de canal n integrados de bajo voltaje. El coeficiente de pendiente relativa de los dispositivos de canal p es aproximadamente 2...3 veces menor debido a la menor movilidad de los portadores de carga en el canal [9] . $k$

Potentes transistores de efecto de campo

En los transistores de efecto de campo de alta potencia, el modelo cuadrático de la dependencia de la corriente con respecto al voltaje de control es válido solo en la región de corrientes bajas. En la región de altas corrientes, esta dependencia adquiere un carácter cercano a la lineal, con una pendiente aproximadamente constante de la característica [10] . Sus valores de pasaporte generalmente se dan en las especificaciones para una corriente de drenaje igual a la mitad del máximo permitido. Para transistores de alto voltaje (1 kV y más), la pendiente no excede 1 Sm; para transistores diseñados para voltajes más bajos, la pendiente se mide en unidades o decenas. Consulte Transistores de bajo voltaje desarrollados en el siglo XXI, diseñados para operar con corrientes de drenaje de cientos de A, tienen una pendiente de varios cientos de cm en modo nominal; la pendiente dinámica, medida con pulsos de corriente cortos, puede superar los mil Sm [11] . $S$

Triodos de vacío

La inclinación calculada del triodo de vacío caracteriza la acción de control de la rejilla sobre la corriente del ánodo [13] ; en lámparas con rejillas múltiples, la inclinación, por defecto, caracteriza la acción de la primera rejilla de control . En primera aproximación, la pendiente se describe mediante una fórmula compleja, según la cual la pendiente

aumenta con la longitud del conjunto cátodo-rejilla [14] ;
aumenta con la disminución de la distancia entre la rejilla y el cátodo [14] ;
en la región de los voltajes de control negativos, la pendiente aumenta lentamente a medida que aumenta el potencial de la red, alcanzando un máximo en la vecindad del voltaje de red cero en relación con el cátodo. En la región de los voltajes de control positivo, la inclinación disminuye gradualmente debido a la fuga de parte de la corriente de electrones emitidos desde el cátodo hacia la red [15] ;
además, la pendiente aumenta de forma no lineal con el aumento de la incandescencia (temperatura del cátodo) [15] .

A medida que la lámpara envejece (la emisividad del cátodo cae), su inclinación disminuye lenta e irreversiblemente, con un aumento proporcional en la resistencia interna; la ganancia de voltaje permanece prácticamente sin cambios [16] . En todos los modos, tres parámetros: pendiente , resistencia de salida y ganancia de voltaje límite están relacionados por la relación: $\mu$ $S$ $Rhode Island$ $\mu$

{\ estilo de visualización \ mu = SR_ {i}}

conocida como la ecuación de los parámetros del triodo [17] (en fuentes extranjeras se denomina “fórmula de van der Bijl ”).

El valor típico de la inclinación de las lámparas amplificadoras receptoras de baja potencia en modos nominales es de aproximadamente 5 ... 10 mSm, el límite es de aproximadamente 50 ... 100 mSm [14] . Las características de las potentes lámparas receptoras-amplificadoras encajan aproximadamente en el mismo marco ( 6V6 - 4 mSm, EL84 - 11 mSm, 6S33S - 40 mSm). Es tecnológicamente imposible aumentar más la pendiente de una sola lámpara, pero la pendiente de la cascada se puede aumentar aplicando la conexión en paralelo de triodos, ya que en este caso las corrientes de ánodo se suman con el mismo cambio en el voltaje de la red [14] .

Notas

↑ 1 2 Ulakhovich, 2009 , pág. 45.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 544.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 545.
↑ 1 2 Tietze y Schenk 2007 , p. 61.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 104.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 202.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 203.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 204.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 205.
↑ Tietze, Schenk, 2007 , pág. 226.
↑ Hoja de datos de IRFB3004, 2009 . Infinion. Consultado el 27 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 11 de noviembre de 2020. (indefinido)
↑ Blencowe, 2016 , pág. 128.
↑ Batushev, 1969 , pág. 81.
↑ 1 2 3 4 Batushev, 1969 , p. 82.
↑ 1 2 Batushev, 1969 , p. 83.
↑ Blencowe, 2016 , págs. 117-118.
↑ Batushev, 1969 , pág. 86-87.

Literatura

Batushev, V. A. Dispositivos electrónicos. - M. : Escuela superior, 1969. - 608 p.
Ulakhovich, D. A. Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos lineales. - BHV-Petersburgo, 2009. - 816 p. — ISBN 9785977500838 .
Titze U., Shenk K. Circuitos semiconductores. Volumen I. - 12ª ed. - M . : DMK-Press, 2007. - 832 p. — ISBN 5940741487 .
Blencowe, M. Diseño de preamplificadores de válvulas de alta fidelidad. — Lulú, 2016. — ISBN 9780956154538 .