transconductancia

La transconductancia es la relación entre un cambio en la corriente de salida y un cambio en el voltaje de entrada, expresada en siemens (S) o milisiemens (mS). Un tubo de vacío, un transistor de efecto de campo o un amplificador operacional con alta transconductancia producirá una gran oscilación en la corriente de salida para un pequeño cambio en el voltaje de entrada. Una transconductancia baja significa que se necesita un impulso de voltaje mayor para obtener la misma respuesta de corriente. Aparece en todo circuito analógico donde una señal de voltaje necesita controlar el flujo de corriente.

El término se desglosa lógicamente: "trans" que significa a través o por medio de, "conductancia" que significa la capacidad de conducir corriente. La conductancia en sí misma es el recíproco de la resistencia, medida en siemens. Por lo tanto, la transconductancia mide la eficacia con la que una entrada de voltaje se traduce en una salida de corriente, por lo que lleva unidades de corriente por voltaje: amperios por voltio, o siemens.

En los tubos de vacío, la transconductancia (a menudo escrita como gm) es una especificación impresa. Un triodo de pequeña señal típico podría tener una transconductancia de 2 a 8 milisiemens. Los transistores de efecto de campo también publican la transconductancia, aunque varía con el voltaje de puerta-fuente y la corriente de drenaje. La relación no siempre es lineal en todo el rango de operación. En los transistores bipolares BJT, la transconductancia depende de la corriente del colector y es menor, típicamente en el rango de decenas de milisiemens para corrientes modestas.

Donde la transconductancia importa

Una alta transconductancia hace que una etapa sea más sensible y proporciona una mayor ganancia de voltaje cuando alimenta una carga resistiva. Por eso, los preamplificadores de bajo ruido y los circuitos de RF prefieren tubos y FET con un gm fuerte. Por el contrario, una etapa con transconductancia débil requiere señales de entrada más grandes para lograr la misma oscilación de salida, lo que puede degradar el rendimiento de ruido. En los amplificadores de transimpedancia (circuitos fotodetectores), la transconductancia de la etapa de entrada afecta directamente el ancho de banda y las características de ruido.

Los cambios de temperatura, las variaciones de voltaje de suministro y el envejecimiento de los componentes modifican la transconductancia. Los tubos envejecen y pierden transconductancia después de miles de horas. Los FET varían con la temperatura. Los diseñadores de circuitos que dependen de un valor fijo de transconductancia incorporan redes de compensación o utilizan retroalimentación para estabilizar la etapa. Cuando un amplificador antiguo pierde brillo o parece perder ganancia de manera uniforme, la reducción de la transconductancia en los tubos de salida suele ser la causa.