馬克思發(fā)生器原理及制作教程

　　馬克思發(fā)生器（Marx Generator）是通過(guò)低壓直流電源產(chǎn)生高壓脈沖，通過(guò)電容并聯(lián)充電再串聯(lián)放電的高壓裝置，該結(jié)構(gòu)由Erwin Otto Marx于1924年提出，它能模仿雷電及操作過(guò)電壓等過(guò)程。所以經(jīng)常用于絕緣沖擊耐壓及介質(zhì)沖擊擊穿、放電等高能物理試驗(yàn)中。例如，模擬雷電對(duì)電力線齒輪和航空設(shè)備的影響。

　　馬克思發(fā)生器原理

　　工作原理：如圖1所示。圖中C為級(jí)電容，它們由充電電阻R 并聯(lián)起來(lái)，通過(guò)整流回路T-D-r充電到V。此時(shí)，因保護(hù)電阻r 一般比R約大10倍，它不僅保護(hù)了整流設(shè)備，而且還能保證各級(jí)電容充電比較均勻。

　　在第1級(jí)中g(shù)0為點(diǎn)火球隙，由點(diǎn)火脈沖起動(dòng)；其他各級(jí)中g(shù)為中間球隙，它們調(diào)整在g0起動(dòng)后逐個(gè)動(dòng)作。這些球隙在回路中起控制開關(guān)的作用，當(dāng)它們都動(dòng)作后，所有級(jí)電容C就通過(guò)各級(jí)的波頭電阻Rf串聯(lián)起來(lái)，并向負(fù)荷電容C0充電。

　　此時(shí)，串聯(lián)后的總電容為C/n，總電壓為nV。n為發(fā)生器回路的級(jí)數(shù)。由于C0較小，很快就充滿電，隨后它將與級(jí)電容C一起通過(guò)各級(jí)的波尾電阻Rt放電。

　　這樣，在負(fù)荷電容C0上就形成一很高電壓的短暫脈沖波形的沖擊電壓。在此短暫的期間內(nèi)，因充電電阻R遠(yuǎn)大于Rf和Rt，因而它們起著各級(jí)之間隔離電阻的作用。沖擊電壓發(fā)生器利用多級(jí)電容器并聯(lián)充電、串聯(lián)放電來(lái)產(chǎn)生所需的電壓，其波形可由改變Rf和Rt的阻值進(jìn)行調(diào)整，幅值由充電電壓V 來(lái)調(diào)節(jié)，極性可通過(guò)倒換硅堆D兩極來(lái)改變。

　　圖中C1為主電容，又稱沖擊電容，它相當(dāng)于各級(jí)串聯(lián)后的總電容，即;C2為負(fù)荷電容，即C2=C0，它包括調(diào)波電容、試品電容、測(cè)量設(shè)備（分壓器）電容及聯(lián)線等寄生電容;

　　G代表控制放電的球隙;Rf和Rt分別為波頭電阻和波尾電阻，它們相當(dāng)于各級(jí)rf和rt的總和，即Rf=nrf，Rt=nrt；U1為充電電壓，它相當(dāng)于各級(jí)串聯(lián)后的總電壓，即U1=nV；U2為輸出電壓，即所需的沖擊電壓。此等值電路相當(dāng)于單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的電路。根據(jù)電路分析，輸出電壓U2（t）為一雙指數(shù)

　　函數(shù)Marx（馬克思發(fā)生器）　τ1》》τ

　　半峰值時(shí)間T2≈0.69Rt（C1+C2）

　　效率 沖擊電壓發(fā)生器輸出電壓幅值V2m與充電電壓пV 之比稱作發(fā)生器的效率η，即

　　η=（V2m /nV）×100%

　　對(duì)雷電沖擊波，η一般約80%；對(duì)操作沖擊波，η有時(shí)僅60%。

　　沖擊電壓波形參數(shù)T1（Tcr）、T2及發(fā)生器效率η與回路結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，均需通過(guò)實(shí)際調(diào)試進(jìn)行調(diào)整和確定。

　　對(duì)于電力變壓器等帶有繞組的電力設(shè)備，通常還要求做雷電沖擊截波試驗(yàn)。沖擊電壓發(fā)生器外接一截?cái)嚅g隙即可產(chǎn)生沖擊截波。標(biāo)準(zhǔn)雷電截波是標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波經(jīng)過(guò)2～5μs截?cái)嗟牟ㄐ巍?/p>

　　沖擊電壓發(fā)生器是高電壓試驗(yàn)室的基本試驗(yàn)設(shè)備之一。目前中國(guó)已建的沖擊電壓發(fā)生器最高額定電壓為6MV，有個(gè)別國(guó)家高達(dá)10MV。

　　馬克思發(fā)生器制作教程

　　4級(jí)Mark發(fā)生器需要的部件如下：

　　○ D：高壓二極管（或者高壓硅堆），耐壓5kV以上

　　○ R1：10M電阻，耐壓3kV以上

　　○ R： 2M電阻7個(gè)，耐壓3kV以上

　　○ C： 2000pF電容4個(gè)，耐壓3kV以上

　　上面這些是理論上的要求，所用的都是高壓電容，電阻，二極管。但是還有對(duì)器件要求更低的替代方案。。。。。

　　○ D：IN4004串聯(lián)，每個(gè)耐壓400V，串上10個(gè)就有4kV耐壓了

　　○ R1：1/8W，1M電阻10個(gè)串聯(lián)

　　○ R： 1/8W，470k電阻4個(gè)串聯(lián)，合計(jì)7組

　　○ C： 2000pF電容4個(gè)，耐壓3kV以上

　　這里串聯(lián)的目的都是增加耐壓值。尤其要注意的是普通的電阻，它們能承受的電壓都不太高，只有300~500V（可以看出在R上只用了4個(gè)電阻串聯(lián)其實(shí)很不夠保險(xiǎn)。。。但是作為演示夠用了，），直接加上kV級(jí)別電壓會(huì)擊穿絕緣發(fā)生打火，然后就沒(méi)有需要的阻值可言了。。。。。

　　除了發(fā)生器本體，還需要一個(gè)提供初始高壓的前級(jí)。電路圖里提供的變壓器是一個(gè)方法，但是其他的高壓源也可以考慮。最后我用的是一個(gè)負(fù)離子發(fā)生器中的直流模塊，標(biāo)稱3kV，并且輸出直接是直流，可以省去后面的整流二極管D。

　　● 最后還需要應(yīng)手的工具，電烙鐵焊錫松香鋼絲鉗鑷子之類，常做電子方面的筒子們一般都有，就不多說(shuō)了。