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20级马克思发生器制作教程
发布时间:2020-08-13 13:10    文章作者:job竞博官网

  马克思发生器可以满足你对电火花、重击和震撼的渴望。这个马克思发生器的制作是一个很棒的选择,可以一起分享马克思发生器带来的刺激。

  首先,我必须提醒电非常危险。能量不会凭空产生和消失,但是低能量同样危险。考虑到人的身体对电非常敏感,人很容易被电路烧伤。所以,聪明点,警惕电的危险。如果你不确定,不要去碰电线,护目镜也是个好选择。

  马克思发生器电路包括电容、电阻和安装在阶梯结构的火花间隙,在电容充放电时这个火花间隙可以产生高电压脉冲(产生火花)。

  马克思发生器是ErwinOttoMarx在1924年提出的,它的功能是将低压直流电放大成高压脉冲。马克思发生器应用在高能物理学实验,而且可用于模拟闪电在电源线和航空设备的影响。很多马克思发生器在桑迪亚国家实验室ZMachine内生成X射线。

  制作马克思发生器只需要三个独立的元件:电阻、电容和火花间隙。在这里介绍一下几个元件。

  电阻:阻止电流通过,电阻是增加电流通过的阻力就像摩擦力一样。电路负载包括(例如电灯)增加电阻值或者是感抗元件产生的阻抗。导线拥有固有的金属特性电阻率,导线的电阻值等于电阻率与导线长度的乘积除以横截面积。电阻、电阻两端电压以及通过电阻的电流都遵守欧姆定律。电位器、变阻器和微调电容器都是可变电阻,可以在分压电路中应用。电阻通常用于限流或分压,在这里,我将电阻用来延迟电容的充放电。

  电容:可以存储能量,由两个电极组成,两端存在电压时电荷就会聚集。在两电极之间产生的均匀电场强度与电极表面电荷密度成正比,由于电荷的聚集,电场强度和电极之间的电压也将随之增加。当电容电压等于电源电压时电流将等于0。减小电极的面积时,单位电荷的电压会增加而电荷聚集也会相应的减少。在特定的电容器中电荷量与电压的比值保持不变,这个比值就是电容值(C),电容储存的电场能量值等于0.5CU。电容可通过RC电路充电,而且在充电过程中电容电压与电源电压的差值逐渐减小,从而使得充电速度降低。可以利用一阶微分方程计算直流RC电路中电流随时间的变化,结果表明电流呈指数形式下降至0,而且电容与电阻的乘积越大,下降的越快。RC电路中R*C是个常量,称作时间常数。电容在电路中存在容抗,交流电中电抗元件对电流的阻碍作用叫阻抗,阻抗等于电阻与电抗在向量上的和。换句话说,在高频电路中,电容的容抗接近0,在电路中相当于短路。而在低频电路中(直流电路)电容的阻值无限大,相当于电路开路。在这里,我们会用电容器作主要的储能元件。

  花间隙:在高压状态时导电,火花间隙由两个电极组成,电极被空气或其他绝缘体隔开。在一定的电压范围内,绝缘体会组织电流通过。但是当两电极间的电压超过极限值,绝缘体将会变成导体。空气电离极限电压是每毫米间隙大概1kV,我们用火花间隙来触发马克思发生器产生火花。

  特殊元件制动器,换能器和传感器:转换能量的形式,换能器就是用来做能量转换用的。制动器(例如电动机和电磁线圈)能将电能转化为动能。麦克风、扬声器和压电材料就可称作换能器。传感器则可通过环境的变化来发送信息,比如光强度的变化以及化学成分的改变。

  我第一次设计马克思发生器的时候,我用的是9V电池为555定时信号发生器供电。然而,电路经过修改后,定时器可直接由手提电池供电,这个方案更实用。

  这里需要两个电阻来调节555多谐振荡器电路的频率以及振荡周期,我用的是一个2.2K和一个3.3K的电阻。另外,在马克思发生器的电路也需要最少0.25W的大功率电阻,如果马克思发生器有n级,则需要2n个这样的大功率电阻。在我的设计里用的都是0.25W1M的电阻。

  低容值的陶瓷电容(我用的是0.047F)用来控制555定时器的振荡频率,在CW倍压器和马克思发生器电路中还需要高压电容器。每级CW倍压器电路需要两个额定电压最少为1KV的低容值电容器。在这里我是把1KV的陶瓷电容和金属薄膜电容(220-560pF)结合起来应用;每级马克思发生器电路则需一个额定输入电压大约为8kV的电容,我选择的是两个4kV68nF的立陶宛电容。

  第一部分包括电源电路和555控制电路,电源电压为12V,而输出电压为240V。555定时器在多谐振荡模式下,产生方波信号输入到大功率三极管中。三极管改变变压器初级线圈的电流,次级线圈将获得更大的电压。

  第二部分是CW倍压器,第一部分的240V交流信号通过CW倍压器将转换为8kV的直流电压。交流信号通过级联的电容和二极管过滤,每一级CW倍压器配置两个电容器和两个二极管。CW倍压器的输出电压Vo=Vi(2n),Vi为输入电压,n是倍压器的级数。因为电容具有电抗特征,CW倍压器的级数受到限制。我采用的是16级,效果还不错。

  最后一部分是真正的马克思发生器电路。从CW倍压器输出的8kV直流电信号经过此电路后会产生高达180kV的脉冲信号!这个电路由电阻、电容以及火花间隙组成。这些电容通过以并联的形式进行充电,然后串联通过火花间隙进行放电。当第一火花间隙电压到极限时就会导通产生火花,后续电压不断增大,火花间隙也就会逐个产生火花。经过这些电容后理想的输出电压Vo=Vi(n),n是发生器的级数,我设计的是45级。当你所有的电容电压足够电离火花间隙时,就会产生大量的火花,这也证明了你的马克思发生器制作成功。

  火花间隙可用弯曲的电阻和电容连接各级组成,不过你需要时刻关注这过程,通常用螺丝刀操作触发第一个火花间隙更有效,这样可使后续各级火花更完美。

  如果你制作的马克思发生器足够大,我建议你设计一个更耐用的火花间隙,而不是像上图所示的临时产品。我用胶带纸缠住电容,但是这不是最好的办法。

  你可以通过测量最大的火花间距和每毫米1kV的原则估算你的火花电压。我的火化间距为18cm,与180kV的放电电压相对应。你会发现数学计算的并不准确,假设输入电压为12V,通过公司计算最后的火花电压应该为12*(20)*(32)*(45)=345600V,大概是180Kv的两倍。这可能是由于位置的失真和不精确的估算造成的。

  注意将最后一个火花间隙未接地的电极与其它电路隔离开,火花很容易影响到CW倍压器。


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