20級馬克思發生器製作教程

馬克思發生器可以滿足你對電火花、重擊和震撼的渴望。這個馬克思發生器的製作是一個很棒的選擇，可以一起分享馬克思發生器帶來的刺激。

首先，我必須提醒電非常危險。能量不會憑空產生和消失，但是低能量同樣危險。考慮到人的身體對電非常敏感，人很容易被電路燒傷。所以，聰明點，警惕電的危險。如果你不確定，不要去碰電線，護目鏡也是個好選擇。

馬克思發生器電路包括電容、電阻和安裝在階梯結構的火花間隙，在電容充放電時這個火花間隙可以產生高電壓脈衝（產生火花）。

馬克思發生器是ErwinOttoMarx在1924年提出的，它的功能是將低壓直流電放大成高壓脈衝。馬克思發生器應用在高能物理學實驗，而且可用於模擬閃電在電源線和航空設備的影響。很多馬克思發生器在桑迪亞國家實驗室ZMachine內生成X射線。

電路原理基礎

製作馬克思發生器只需要三個獨立的元件：電阻、電容和火花間隙。在這裡介紹一下幾個元件。

電阻：阻止電流通過，電阻是增加電流通過的阻力就像摩擦力一樣。電路負載包括（例如電燈）增加電阻值或者是感抗元件產生的阻抗。導線擁有固有的金屬特性電阻率，導線的電阻值等於電阻率與導線長度的乘積除以橫截面積。電阻、電阻兩端電壓以及通過電阻的電流都遵守歐姆定律。電位器、變阻器和微調電容器都是可變電阻，可以在分壓電路中應用。電阻通常用於限流或分壓，在這裡，我將電阻用來延遲電容的充放電。

電容：可以存儲能量，由兩個電極組成，兩端存在電壓時電荷就會聚集。在兩電極之間產生的均勻電場強度與電極表面電荷密度成正比，由於電荷的聚集，電場強度和電極之間的電壓也將隨之增加。當電容電壓等於電源電壓時電流將等於0。減小電極的面積時，單位電荷的電壓會增加而電荷聚集也會相應的減少。在特定的電容器中電荷量與電壓的比值保持不變，這個比值就是電容值（C），電容儲存的電場能量值等於0.5CU²。電容可通過RC電路充電，而且在充電過程中電容電壓與電源電壓的差值逐漸減小，從而使得充電速度降低。可以利用一階微分方程計算直流RC電路中電流隨時間的變化，結果表明電流呈指數形式下降至0，而且電容與電阻的乘積越大，下降的越快。RC電路中R*C是個常量，稱作時間常數。電容在電路中存在容抗，交流電中電抗元件對電流的阻礙作用叫阻抗，阻抗等於電阻與電抗在向量上的和。換句話說，在高頻電路中，電容的容抗接近0，在電路中相當於短路。而在低頻電路中（直流電路）電容的阻值無限大，相當於電路開路。在這裡，我們會用電容器作主要的儲能元件。

花間隙：在高壓狀態時導電，火花間隙由兩個電極組成，電極被空氣或其他絕緣體隔開。在一定的電壓範圍內，絕緣體會組織電流通過。但是當兩電極間的電壓超過極限值，絕緣體將會變成導體。空氣電離極限電壓是每毫米間隙大概1kV，我們用火花間隙來觸發馬克思發生器產生火花。

特殊元件—制動器，換能器和傳感器：轉換能量的形式，換能器就是用來做能量轉換用的。制動器（例如電動機和電磁線圈）能將電能轉化為動能。麥克風、揚聲器和壓電材料就可稱作換能器。傳感器則可通過環境的變化來發送信息，比如光強度的變化以及化學成分的改變。

準備材料

1、兩個重型6V手提電池：

為馬克思發生器提供12V的電壓

2、9V電池：

我第一次設計馬克思發生器的時候，我用的是9V電池為555定時信號發生器供電。然而，電路經過修改後，定時器可直接由手提電池供電，這個方案更實用。

3、555定時器集成電路：

TLC555定時器集成電路通過產生方波來調製變壓器電流

4、大功率三極體：

採用NPN型三極體，用來調整變壓器電流

5、變壓器：

在CW倍壓器之前變壓器可提高電壓，我用的是20:1的抽頭變壓器。

6、二極體

CW倍壓器電路需要功率二極體，每級電路配置兩個二極體。

7、電阻若干個：

這裡需要兩個電阻來調節555多諧振蕩器電路的頻率以及振蕩周期，我用的是一個2.2KΩ和一個3.3KΩ的電阻。另外，在馬克思發生器的電路也需要最少0.25W的大功率電阻，如果馬克思發生器有n級，則需要2n個這樣的大功率電阻。在我的設計裡用的都是0.25W1MΩ的電阻。

8、電容若干：

低容值的陶瓷電容（我用的是0.047μF）用來控制555定時器的振蕩頻率，在CW倍壓器和馬克思發生器電路中還需要高壓電容器。每級CW倍壓器電路需要兩個額定電壓最少為1KV的低容值電容器。在這裡我是把1KV的陶瓷電容和金屬薄膜電容（220-560pF）結合起來應用；每級馬克思發生器電路則需一個額定輸入電壓大約為8kV的電容，我選擇的是兩個4kV68nF的立陶宛電容。

最後，你還需要準備導線和焊錫，還有把所有東西固定在一起的膠帶。

電路原理圖與計算

在準備完所有材料後，就可以開始漫長的馬克思發生器製作步驟。

馬克思發生器可以分成三部分。

第一部分包括電源電路和555控制電路，電源電壓為12V，而輸出電壓為240V。555定時器在多諧振蕩模式下，產生方波信號輸入到大功率三極體中。三極體改變變壓器初級線圈的電流，次級線圈將獲得更大的電壓。

第二部分是CW倍壓器，第一部分的240V交流信號通過CW倍壓器將轉換為8kV的直流電壓。交流信號通過級聯的電容和二極體過濾，每一級CW倍壓器配置兩個電容器和兩個二極體。CW倍壓器的輸出電壓Vo=Vi（2n），Vi為輸入電壓，n是倍壓器的級數。因為電容具有電抗特徵，CW倍壓器的級數受到限制。我採用的是16級，效果還不錯。

最後一部分是真正的馬克思發生器電路。從CW倍壓器輸出的8kV直流電信號經過此電路後會產生高達180kV的脈衝信號！這個電路由電阻、電容以及火花間隙組成。這些電容通過以並聯的形式進行充電，然後串聯通過火花間隙進行放電。當第一火花間隙電壓到極限時就會導通產生火花，後續電壓不斷增大，火花間隙也就會逐個產生火花。經過這些電容後理想的輸出電壓Vo=Vi（n），n是發生器的級數，我設計的是45級。當你所有的電容電壓足夠電離火花間隙時，就會產生大量的火花，這也證明了你的馬克思發生器製作成功。

電路分析

火花間隙可用彎曲的電阻和電容連接各級組成，不過你需要時刻關注這過程，通常用螺絲刀操作觸發第一個火花間隙更有效，這樣可使後續各級火花更完美。

如果你製作的馬克思發生器足夠大，我建議你設計一個更耐用的火花間隙，而不是像上圖所示的臨時產品。我用膠帶紙纏住電容，但是這不是最好的辦法。

你可以通過測量最大的火花間距和每毫米1kV的原則估算你的火花電壓。我的火化間距為18cm，與180kV的放電電壓相對應。你會發現數學計算的並不準確，假設輸入電壓為12V，通過公司計算最後的火花電壓應該為12*（20）*（32）*（45）=345600V，大概是180Kv的兩倍。這可能是由於位置的失真和不精確的估算造成的。

注意將最後一個火花間隙未接地的電極與其它電路隔離開，火花很容易影響到CW倍壓器。

產生火花

當然，製作過程中要注意安全！

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴