1. Описание схемы фантастронного генератора пилообразного напряжения

Для обеспечения работы рассмотренного выше ГПН требуется управляющий импульс прямоугольной формы с длительностью t_и, равной длительности рабочего хода Т_р. Для фантастронных генераторов такой импульс не нужен; управляющее напряжение вырабатывается автоматически в самом фантастроне, основу которого составляет генератор с отрицательной обратной связью.

Фантастронные генераторы могут работать как в автоколебательном, так и в ждущем режиме. В последнем случае для запуска фантастрона подаются короткие импульсы с длительностью t_и>>T_р.

Рис. 2

Длительность рабочего хода в фантастроне не зависит от параметров запускающего импульса, она определяется внутренними процессами, причем ее можно регулировать в широких пределах. На практике часто используется ждущий режим фантастрона.

На рис. 2 изображена схема одного из распространенных вариантов фантастрона на трех транзисторах. Его временные диаграммы приведены на рис. 3. В исходном состоянии (интервал 1-2 на рис. 3) транзистор VТ₁ закрыт, а транзисторы VТ₂ и VТ₃ открыты, причем VТ₃ насыщен, а VТ₂ находится на границе насыщения (в критическом режиме). Такой режим транзистора VТ₂ обеспечивается выбором сопротивления резистора R_б=h_21эR_кз, где h_21э – коэффициент передачи тока базы транзистора VТ₂. При этом коллекторное напряжение U_K2=U_KЭнас ≈0,1÷0,5 В для маломощных транзисторов.

Рис.3

Сопротивления резисторов делителя R₁ и R₂ подбираются так, чтобы напряжение U_БЭ3=-I_делR₂+|U_K2| обеспечивало насыщенное состояние транзистора VТ₃. Приближенно, полагая насыщенный транзистор VТ₃ короткозамкнутым, можно считать, что его коллекторное напряжение U_K3≈U_K2. При этом напряжение на базе транзистора VТ₁ U_БЭ1=U_K3R₃/(R₃+R₄)-U_K2≈U_K2R₃/(R₃+R₄)-U_K2>0 и транзистор закрыт. Его коллекторное напряжение U_K1=-E_K+I_КБОR_R1≈-E_K по значению близко к напряжению Е_К. Конденсатор С заряжен до максимального напряжения U_C0=U_БЭ2-U_K1≈E_K, так как |U_БЭ2|<<|U_K1|.

При подаче пусковых импульсов u_П на базу транзистора VТ₂ происходит переброс фантастрона (интервал 2-3), в результате которого транзистор VТ₃ закрывается, а VТ₁ открывается. Транзистор VТ₂ по-прежнему остается открытым.

После переброса фантастрона в течение длительного рабочего хода Т_р происходит разряд конденсатора С через резистор R_б, источник Е_К и последовательно соединенные транзисторы VТ₁ и VТ₂, вследствие чего формируется рабочий участок пилообразного напряжения (интервал 3-4).

Процесс разряда конденсатора происходит таким же образом, как и в схеме с отрицательной обратной связью. Отличие состоит в том, что в фантастроне конденсатор разряжается через последовательно включенные транзисторы VТ₁ и VТ₂. Такое включение транзисторов называется цепочным или каскадным. В фантастроне (см. рис. 3) транзистор VТ₂ включен по схеме с общим эмиттером, а VТ₁ – по схеме с общей базой. Каскадное соединение транзисторов имеет следующие эквивалентные параметры:

(1)

Для эффективного использования напряжения источника питания (для получения большого коэффициента использования напряжения ) параметры схемы фантастрона подбирают так, чтобы в конце рабочего хода транзистор VТ₁ входил в режим насыщения, а транзистор VТ₂ приближался к этому режиму. При этом коллекторное напряжение транзистора VТ₁ достигает значения U_K1=U_Кэнас+U’_K2, где U_Кэнас – напряжение на насыщенном транзисторе VТ₁, а U’_К2 – напряжение на транзисторе VТ₂ в конце рабочего хода (обычно U’_К2≈1 В).

Ток делителя I_ДЕЛ и сопротивление резистора R₂ выбирают так, чтобы в конце рабочего хода оказалось I_ДЕЛR₂>=|U’_K2|, вследствие чего напряжение U_БЭ3=-I_ДЕЛR₂+|U’_K2| становится отрицательным, транзистор VТ₃ открывается и происходит обратный переброс фантастрона (интервал 4-5). После этого транзистор VТ₁ закрывается, а VТ₃ переходит в режим насыщения.

После закрывания транзистора VТ₁ происходит заряд конденсатора от источника напряжения Е_К через участок эмиттер-база транзистора VТ₂ и резистор R_k1, т. е. восстанавливается исходное состояние фантастрона. Как в схеме с ООС, длительность восстановления Т₀≈3С₁R_k1 оказывается большой, если не принять специальных мер для ее уменьшения.

Другие параметры выходного напряжения фантастрона определяются формулами, приведенными для генератора с ООС, при подстановке в них эквивалентных параметров каскадного соединения транзисторов (1). При этом выражение для параметров выходного (пилообразного) напряжения фантастрона имеют следующий вид:

или при R_ВЫХ.б>>R_k1, что обычно на практике выполняется,

.

Транзисторный фантастрон обеспечивает получение пилообразных напряжений с коэффициентом нелинейности до нескольких десятых долей процента при длительности рабочего хода до нескольких тысяч микросекунд и коэффициенте использования напряжения 0,9.

В фантастроне в качестве выходного напряжения кроме пилообразного напряжения u_к1 может использоваться напряжение u_к3, представляющее собой импульсы, близкие к прямоугольным.