transconductance

La transconductance est le rapport entre une variation du courant de sortie et une variation de la tension d'entrée, exprimée en siemens (S) ou en millisiemens (mS). Un tube à vide, un transistor à effet de champ ou un amplificateur opérationnel avec une transconductance élevée produira une grande variation du courant de sortie pour un petit changement de la tension d'entrée. Une faible transconductance signifie qu'il faut une plus grande impulsion de tension pour obtenir la même réponse en courant. Elle apparaît dans tous les circuits analogiques où un signal de tension doit contrôler le flux de courant.

Le terme se décompose logiquement : « trans » signifiant à travers ou par, « conductance » signifiant la capacité à conduire le courant. La conductance elle-même est l'inverse de la résistance, mesurée en siemens. La transconductance mesure donc l'efficacité avec laquelle une entrée de tension se traduit en sortie de courant, c'est pourquoi elle a des unités de courant par tension : ampères par volt, ou siemens.

Dans les tubes à vide, la transconductance (souvent écrite gm) est une spécification imprimée. Une triode à petit signal typique peut avoir une transconductance de 2 à 8 millisiemens. Les transistors à effet de champ publient également la transconductance, bien qu'elle varie avec la tension grille-source et le courant de drain. La relation n'est pas toujours linéaire sur toute la plage de fonctionnement. Dans les transistors bipolaires BJT, la transconductance dépend du courant de collecteur et est plus petite, généralement de l'ordre de quelques dizaines de millisiemens pour des courants modestes.

Où la transconductance est importante

Une transconductance élevée rend un étage plus sensible et donne un gain en tension plus élevé lorsqu'il alimente une charge résistive. C'est pourquoi les préamplificateurs à faible bruit et les circuits RF privilégient les tubes et les FET avec un gm élevé. Inversement, un étage avec une faible transconductance nécessite des signaux d'entrée plus importants pour atteindre la même amplitude de sortie, ce qui peut dégrader les performances en matière de bruit. Dans les amplificateurs à transimpédance (circuits de photodétecteurs), la transconductance de l'étage d'entrée affecte directement la bande passante et les caractéristiques de bruit.

Les changements de température, les variations de tension d'alimentation et le vieillissement des composants modifient tous la transconductance. Les tubes vieillissent et perdent de la transconductance après des milliers d'heures. Les FET dérivent avec la température. Les concepteurs de circuits qui dépendent d'une valeur de transconductance fixe intègrent des réseaux de compensation ou utilisent une rétroaction pour stabiliser l'étage. Lorsqu'un amplificateur vintage perd de sa luminosité ou semble perdre du gain uniformément, une transconductance réduite dans les tubes de sortie est souvent la cause.