马克思发生器 6个步骤 轻松DIY会放电的马克思发生器

原标题:【震撼】6步，轻松DIY会放电马克思发生器

周末大概是放松的时候，所以如果你对高压电感感兴趣，你就会来对地方；马克思发电机可以满足你对电火花、打击和电击的渴望。

现在，我用这篇文章来描述马克思生成器使用的物理现象原理。电子学吸引了大量复杂的爱好者，包括懂物理的和不懂物理的。有几篇关于马克思发生器的好文章。希望读者对电的热情大于火花。

首先，我必须提醒你，电是非常危险的。能量不会由空产生和消失，但低能同样危险。考虑到人体对电非常敏感，人很容易被电路烧伤。因此，要聪明，警惕电的危险。如果你不确定，不要碰电线。护目镜也是不错的选择。

好了，开始吧。

第一步:这与共产主义无关

什么事，马克思发电机？也许你不熟悉，也许你浪费时间在特斯拉线圈里搜索，这只是一个笑话。

马克思发生器电路包括安装在梯型结构中的电容、电阻和火花隙，在电容充放电时产生高压脉冲。现在我可以查看维基百科，看看我如何解释它。

马克思发生器是由欧文·奥托·马克思在1924年提出的。其作用是将低压直流电放大成高压脉冲。Marx发生器用于高能物理实验，可用于模拟雷电对电力线和航空空设备的影响。许多马克思发生器在桑迪亚国家实验室的Z机器中产生X射线。

我想我解释得很好，虽然我没有提到“低压直流电”。从维基百科的文章中，我们可以看到马克思发电机对你我来说没有实际用途，但它们真的很酷。同时注意“高压高能”这几个字，意思是非常危险。请注意。

但也许我们应该后退一点。也许这是你第一次接触电子产品。让我们从基础开始。

第二步:电子物理基础

当我们谈论电流时，我们将谈论载流子的流动。这些电荷载体可以是不断运动的原子粒子，如质子、电子、带电原子或离子。

因为电子的质荷比很低，所以电子是固体导体的主要电荷载体。收费的计量单位是库。

电荷在电场和磁场中相互作用。磁场只影响移动的电荷，而电场可以影响移动的和静止的电荷。点电荷产生的电场强度可以用高斯定律计算，它与电荷量成正比，与电荷距离的平方成反比。

电场中作用于粒子的力与粒子自身的电荷成正比。即F=qE，F代表外加力，q代表电荷量，e代表电场强度。一个粒子对另一个粒子施加的力与两个粒子的电荷成正比，与两个粒子之间距离的平方成反比。这就是库仑定律。

像自然界的其他事物一样，电遵守能量守恒定律。物理学中的能量单位是焦耳。能量既不能由空产生，也不能由空消失。当然，能量可以通过物理作用保持不变。

电压和电流之间的关系决定了静电荷和动电荷产生的能量。电压值是以伏特或焦耳/库仑为单位的电位差。换句话说，电压值等于电荷运动所需的能量除以粒子本身的电荷。

带电粒子从高电位向低电位运动时，会产生电流，电流等于单位时间内通过导体截面的电荷量，单位为库仑每秒或安培。决定电流的因素有两个:一个是带电粒子的平均漂移速度，另一个是所有粒子的静电荷。

电流将随着粒子通过固定横截面的数量或速度而增加。功率与电压和电流有关。方程是P=IV，P是功率，I是电流，v是电压。功率乘以时间等于电能，电压和电流也服从能量守恒定律。我们都知道能量是守恒的，电压是电子从一点移动到另一点的电位差。

因此可以推断，闭环各段电阻的总电压值为0，这就是著名的基尔霍夫电压定律。此外，基尔霍夫电流定律是，在集总电路中，流入和流出节点的所有分支电流的代数和在任何时间对于任何节点总是等于零。基尔霍夫定律对于更复杂的电路分析非常有用。

电压和电流也与电阻值有关，即电流的电阻值。欧姆定律描述了电流和电阻产生的电压，V=IR。另外，欧姆定律的标准公式是I=V/R..在DC电路中，电阻以热能的形式消耗电能，这与导体材料的电阻率有关。在交流电中，电阻变成阻抗，这与电抗元件的容抗和感抗有关。

第三步:基本电路原理

现在，把话题转到我最感兴趣的电气部分——电路

电路符合上述物理概念和规律，由电子元件组成，分立元件通过物理规律实现各种特殊功能。了解电路元件如何工作有助于复杂电路的分析。制作马克思发电机只需要三个独立的部件:电阻、电容和火花隙。但是，为了提供更多的电学知识，我在这里还介绍了其他几个主要部件。

电阻:阻止电流通过，电阻就是增加电流通过的电阻，就像摩擦一样。电路负载包括由感抗元件产生的增加的电阻值或阻抗。导线具有固有的金属电阻率，导线的电阻值等于电阻率和导线长度除以截面积的乘积。

电阻、电阻两端的电压和流经电阻的电流都遵循欧姆定律。电位器、变阻器、微调电容都是可变电阻，可用于分压电路。电阻器通常用于限制电流或分压。在这里，我使用电阻器来延迟电容器的充电和放电。

电容:能储存能量，由两个电极组成。当它们之间有电压时，电荷就会聚集。两个电极之间均匀的电场强度与电极的表面电荷密度成正比，由于电荷的积累，电极之间的电场强度和电压也会增加。

当电容电压等于电源电压时，电流将等于0。当电极面积减小时，每单位电荷的电压将增加，电荷积累将相应减少。在特定的电容器中，电荷与电压之比保持不变，即为电容值，电容存储的电场能量值等于0.5CU。

电容可以通过RC电路充电，充电过程中电容电压与电源电压之差逐渐减小，降低了充电速度。一阶微分方程可以用来计算DC RC电路中电流随时间的变化。结果表明，电流呈指数下降到0，电容和电阻的乘积越大，下降越快。

R*C是RC电路中的常数，称为时间常数。电容在电路中有容抗，电抗元件对交流电中电流的阻断作用称为阻抗，等于矢量中电阻和电抗之和。换句话说，在高频电路中，电容的容抗接近于0，相当于电路中的短路。

在低频电路中，电容的电阻是无穷大，相当于开路。这里，我们将使用电容器作为主要的储能元件。

电感器和变压器:储存磁场能量。电感器的磁场效应类似于电容器的电场效应。电感是导电线圈，有寄生电感。

电感应用安培定律和法拉第电磁感应定律描述的电磁学。安培定律提到当电流通过导线时会产生磁场，而法拉第电磁感应定律指出当磁通量变化时，导体会产生电流来抵消磁场的变化。

结合以上两个定律可以看出，利用电感的单线圈回路产生的磁场来组织电流通过线圈。电感的这种特殊性质被量化为电感，电感存储的磁场能量为0.5LI。

与电容一样，电感可以利用一阶微分方程计算DC RL电路中电流随时间的变化。可以看出，电流逐渐趋向于V/R，并且这个值呈指数增长，并且随着L/R的增加，电流增长更快。L/R是电路时间常数。

当流经电感的电流发生变化时，会产生阻碍电流通过的电动势。这个电动势的大小与电流变化率和电感大小的乘积成正比。由此可见，电感阻碍电流变化的程度是感抗，电感在DC电路和交流电路中的作用与电容相反。

因此，在LC电路中存在容抗和感抗抵消的频率。这个频率叫做谐振频率，在这个频率下电路是纯电阻性的。

两个电感线圈可以组成一个变压器，其中一个是初级线圈，另一个是次级线圈。两个线圈之间有互感，也叫耦合。当初级线圈的电流发生变化时，产生的磁通量也会发生变化，磁通量会通过磁芯传递到次级线圈。

这导致次级线圈中的电流与初级线圈中的电流成比例。初级线圈匝数与次级线圈匝数之比决定了两级线圈的电压和电流之间的关系。次级线圈的电压值等于初级电压除以匝数比，电流等于初级线圈电流乘以匝数比，所以能量不变。

如果次级线圈与初级线圈的比率大于1，次级电压降将更大。这种变压器是升压变压器，也叫降压变压器。变压器的初级线圈和次级线圈可以随时更换，这里我们将使用升压变压器来提供电压。

二极管:只允许单向电流通过。半导体二极管由两种掺杂半导体材料连接而成。正向导通电压一般为0.7V-1.4V，如果高于导通电压，可以允许电流通过。

然而，反向击穿电压远大于正向压降。当反向电压超过击穿电压时，二极管将被损坏，电流可以反向通过。

然而，齐纳二极管通过反向雪崩击穿工作。二极管常用于整流电路，整流电路由四个二极管组成，称为全波整流器或二极管电桥。我们将使用二极管把交流信号转换成DC信号。

三极管:用于开关和放大。虽然三极管有很多种，但大多数都有相同的结构:基极、集电极和发射极。

三极管由两个PN结组成，分别是NPN型和PNP型。从基极区传输到集电极区的信号可以被放大，最终从发射极输出的信号大于信号源。高增益晶体管可以应用于双态逻辑电路，我们将使用大功率NPN晶体管来改变变压器的电流。

火花隙:在高压下导电。火花隙由两个由空气体或其他绝缘体隔开的电极组成。在一定的电压范围内，绝缘子会组织电流通过。但是当两个电极之间的电压超过极限时，绝缘体就会变成导体。

空气体电离的极限电压约为每毫米间隙1kV。我们用火花隙触发马克思发生器产生火花。

特殊部件——制动器、传感器和传感器:能量转换的形式，传感器用于能量转换。刹车可以把电能转换成动能。

麦克风、扬声器和压电材料可以称为换能器。传感器可以通过环境变化发送信息，例如光强和化学成分的变化。

集成电路:将电路封装成微小的芯片，集成电路的集成度也呈指数级增长。这种增长趋势被称为摩尔定律，集成电路变得更小、性能更好、更便宜。目前的技术足以将数十亿个晶体管封装到一个集成电路中。在这个制造过程中，TLC555定时器将用于产生方波信号。

第四步:准备材料

1.两个重型6V便携式电池:

为马克思发电机提供12V电压

2.9V电池:

我第一次设计马克思发生器的时候，用9V电池给555定时信号发生器供电。但是电路修改后，定时器可以直接由便携式电池供电，更加实用。

3.555定时器集成电路:

TLC555定时器集成电路通过产生方波调制变压器电流

4.大功率三极管:

NPN三极管用于调节变压器电流

5.变压器:

在CW倍压器之前，变压器可以增加电压。我用的是20:1抽头变压器。

6.二极管

CW倍压电路需要功率二极管，每个电路配备两个二极管。

7.几个电阻:

这里需要两个电阻来调节555多谐振荡器电路的频率和振荡周期。我使用2.2KΩ的电阻和3.3KΩ的电阻。此外，马克思发电机的电路还需要至少0.25瓦的大功率电阻。如果马克思发生器有N级，则需要2n个这样的大功率电阻。我设计中使用的所有电阻都是0.25瓦1ω。

8.几个电容:

采用低电容陶瓷电容控制555定时器的振荡频率，在CW倍压器和Marx发生器电路中需要高压电容。CW倍压电路的每一级都需要两个额定电压至少为1KV的低电容电容电容。这里我结合1KV陶瓷电容和金属薄膜电容。马克思发电机电路的每一级都需要一个额定输入电压8kV左右的电容，我选择了两个4 kV和68 NF的立陶宛电容。

最后，你需要准备电线和焊料，以及胶带来把所有东西固定在一起。

第五步:电路原理图和计算

准备好所有材料后，就可以开始制作马克思发生器的漫长过程了。

马克思发生器可以分为三个部分。

第一部分包括电源电路和555控制电路，电源电压为12V，输出电压为240V。555定时器产生方波信号，在多谐振荡器模式下输入大功率三极管。三极管改变变压器初级线圈的电流，次级线圈会得到更大的电压。

第二部分是连续波倍压器。第一部分的240伏交流信号将通过连续波倍压器转换成8千伏DC电压。交流信号由级联的电容和二极管滤波，每个CW倍压器配有两个电容和两个二极管。CW倍压器的输出电压Vo=Vi，Vi为输入电压，n为倍压器的级数。因为电容具有电抗特性，所以连续波倍压器的级数是有限的。我采用了16级，效果还不错。

最后一部分是真实的马克思发生器电路。CW倍压器输出的8kV DC信号经过此电路后会产生高达180kV的脉冲信号！该电路由电阻、电容和火花隙组成。这些电容器并联充电，然后通过火花隙串联放电。当第一个火花间隙的电压达到极限时，就会开启产生火花，后续电压会不断增加，火花间隙会一个个产生火花。经过这些电容后，理想的输出电压Vo=Vi，n是发生器的级数，我设计了45级。当你所有的电容电压都足以电离火花隙时，就会产生大量的火花，这也证明你的马克思发电机已经制造成功。

第六步:电路分析

火花隙可以由弯曲的电阻和电容来连接每一级，但你需要时刻注意这个过程。用螺丝刀触发第一个火花间隙更有效，可以让每个阶段的后续火花更加完美。

如果你的马克思发电机足够大，我建议你设计一个更耐用的火花隙，而不是上面显示的临时产品。我用胶带缠绕电容器，但这不是最好的方法。

你可以通过测量最大火花间距和每毫米1kV来估计你的火花电压。我的火化间隔是18厘米，对应的是180千伏的放电电压。你会发现数学计算不准确。假设输入电压为12V，公司计算的最终火花电压应为12 * * * = 345，600 V，约为180Kv的两倍。这可能是由于位置失真和估计不准确造成的。

注意将最后一个火花间隙中未接地的电极与其他电路隔离，因为火花很容易影响CW倍压器。

创新方法:

马克思发电机是用电容串联放电，而不是并联放电，示意图中可以看到。不幸的是，电阻会产生副作用，从而充电速率会降低，点火频率也会降低。

用电感代替电阻可能是一个可行的方案，电感在产生火花时会表现出高阻抗，在充电时表现出低阻抗。电感也能有效防止电容并联放电。

此外，三极管可以代替火花隙，而马克思发生器完全由固态电路组成。外围电路可以监测每一级的电压，当每一级达到极限电压时触发放电过程。这种设计需要使用大功率晶体管和足够的级，以便在较低的输入电压下产生高脉冲。

最后一步:产生火花

需要提醒一下，制作过程中注意安全！