З.6. Показатели качества ключей на пт
Идеальный ключ имеет следующие показатели:
- коэффициент передачи в состоянии «включено» равен 1;
- коэффициент передачи в состоянии «выключено» равен 0;
- прохождение сигнала на выход в состоянии «выключено» отсутствует;
- нелинейные искажения сигнала в состоянии «включено» отсутствуют;
- время включения и выключения ключа равно 0.
Показатели реального ключа на ПТ отличаются от показателей идеального ключа. Это обусловлено следующими причинами:
- сопротивление канала ПТ в открытом состоянии RКО не равно 0, и практически имеет значение обратное крутизне ПТ, приводимой в паспортных данных транзистора;
- сопротивление канала ПТ в запертом состоянии не равно бесконечности. На очень низких частотах оно определяется сопротивлением утечки канала. На высоких частотах – определяется сопротивлением емкостей шунтирующих канал ПТ;
- зависимость сопротивления канала от напряжения сигнала, прикладываемого к нему нелинейная. Это является причиной возникновения нелинейных искажений в ключе на ПТ.
Из формулы (3.11) видно, что нелинейные искажения обратно пропорциональны напряжению запирания ПТ:
- в реальном ключе имеются междуэлектродные емкости ПТ, монтажные емкости и емкость нагрузки. Они определяют быстродействие ключа.
Таким образом, показатели реального ключа зависят от его схемы, расположения элементов и параметров используемого ПТ. Реализовать высококачественный ключ можно лишь при продуманном монтаже. Рассматривая выражения (3.12) и (3.10) с учетом (3.6) нетрудно прийти к выводу, что в схемах ключей аналоговых сигналов на ПТ целесообразно использовать транзисторы, имеющие максимальные значения следующего показателя качества:
.
(3.14)
Ввиду того, что параметры U0 и RКО не входят в номенклатуру основных параметров приводимых в справочных данных транзисторов, предложенный коэффициент качества можно выразить в более удобной форме:
.
(3.15)
В
последнем выражении учтена взаимосвязь
параметров ПТ, согласно которой
проводимость канала
крутой
области равна крутизне характеристики
передачи S
в
пологой области, при одинаковых
напряжениях затвор-исток.
Сведения о ключевых параметрах отечественных полевых транзисторов приведены в таблице 3.1. Данные приведены для типового включения ПТ в схеме с общим истоком.
Анализируя данные таблицы 3.1 нетрудно определить, что коэффициент качества М1 принимает максимальные значения в случаях использования ПТ типа КП302 и КП903. Следовательно, полевые транзисторы упомянутых типов и являются наиболее перспективными для схем коммутаторов радиовещательного сигнала.
Таблица 3.1. Основные параметры
№ п/п |
Тип транзистора |
Структура |
RКО, Ом
|
U0, В
|
IЗО∙10-9, А |
СЗИ, пФ |
СЗС, пФ |
ССИ, пФ |
UПР |
1 |
КП101 |
p-n-ПТ |
(2÷3,3)·103 |
8 |
10 |
12 |
|
1 |
30 |
2 |
КП102 |
p-n-ПТ |
(0,7÷4)·103 |
10 |
15 |
10 |
5 |
1 |
30 |
3 |
КП103 |
p-n-ПТ |
230-2500 |
7 |
20 |
20 |
8 |
5 |
20 |
4 |
КП301 |
МДП ПТ |
1000 |
3 |
0,3 |
3,5 |
1 |
3,5 |
50 |
5 |
КП302 |
p-n-ПТ |
40-200 |
10 |
10 |
20 |
8 |
10 |
20 |
6 |
КП303 |
p-n-ПТ |
140-1000 |
8 |
1 |
6 |
2 |
6 |
20 |
7 |
КП305 |
МДП ПТ |
90-250 |
6 |
1 |
5 |
1,3 |
5 |
50 |
8 |
КП306 |
МДП тетрод |
125-330 |
6 |
1 |
6 |
0,07 |
6 |
50 |
9 |
КП350 |
МДП тетрод |
125-250 |
6 |
5 |
6 |
0,07 |
6 |
50 |
10 |
КП307 |
p-n-ПТ |
125-200 |
8 |
0,1 |
6 |
2 |
3 |
20 |
11 |
КП901 |
МДП ПТ |
50-10 |
10 |
10 |
6 |
0,5 |
6 |
80 |
12 |
КП903 |
p-n-ПТ |
5-15 |
15 |
10 |
20 |
15 |
15 |
30 |
Наиболее важным показателем ключей дискретных сигналов является быстродействие. Обеспечить высокое быстродействие позволяет ключ на ПТ имеющий максимальное значение коэффициента качества М2:
.
(3.16)
Такое определение коэффициента качества вытекает из рассмотрения принципа работы ключа дискретных сигналов, изложенного в пункте 3.2.
Значение коэффициента М2 можно выразить в более удобной форме, используя паспортные данные ПТ:
.
(3.17)