12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

7 Schritt:Schritt 1: Warum sind Sie versucht, mich über den Kommunismus zu verkaufen? Schritt 2: Elektrischer Physik Primer Schritt 3: Netzwerktheorie Primer Schritt 4: Was Sie benötigen Schritt 5: Schaltschema und Betrieb Schritt 6: Zusätzliche Hinweise zu den Schaltungsaufbau Schritt 7: Sparks!

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Wenn Sie diese Lesung Instructable sind, eines ist wohl wahr: Sie Interesse an Hochspannungs sind! Wenn ja, sind Sie bei uns genau richtig; Marx-Generatoren können Ihren Durst nach Funken, Pony, und Nervenkitzel zu befriedigen. Ich habe vor einigen Jahren dieses Marx-Generator, aber es ging aus der Kommission Nach einigen Experimenten und blieb so, bis ich festen it up vor etwa einem Monat. Ich beschloss, es wäre cool, um detailliert die Konstruktion der Vorrichtung, so dass andere möglicherweise zu erleben Sie die Aufregung der Marx-Generatoren!
Ich möchte dieses Instructable als eine Gelegenheit, etwas von der Theorie unterstreichen das physikalische Phänomen, das Marx-Generators verwendet beschreiben. Electronics zieht ein gemischtes Publikum von Enthusiasten, darunter einige, die besser vertraut mit Physik sind und einige, die nicht so viel Kontakt gehabt zu haben. Es gibt bereits mehrere sehr gute Marx-Generator Instructables (a Tutorial von Plasmana). Ich hoffe nur, dass die Leser weg von diesem Instructable etwas viel spannender, als die Funken zu nehmen: Begeisterung für die Wissenschaft von der Elektrizität.
Aber zuerst muss ich Sie daran erinnern, dass es wirkliche Gefahr mit Strom verbunden. Energie schafft und Energie zerstört. Aber auch niedrige Energie kann gefährlich sein. Denken Sie an den menschlichen Körper als ein empfindliches elektronisches Gerät; es braucht nicht viel, um die Schaltung zu braten. Intelligent sein. Strom tut weh! Wenn Sie Zweifel haben, berühren Sie nicht, dass die Draht. Goggles sind immer eine gute Idee.
Okay, lassen Sie uns started.Step 1: Warum sind Sie versucht, mich über den Kommunismus zu verkaufen?




Erstens, was ist ein Marx-Generator? Vielleicht sind Sie nicht kennen, oder vielleicht Sie schon Ihre Zeit auf Tesla-Spulen. Marx-Generator> Tesla Coil> :) nur ein Scherz
Wie auch immer ...
Ein Marx-Generator ist eine elektrische Schaltung, die aus Kondensatoren, Widerständen und Funkenstrecken in einer Leiterstruktur, die Herstellung von Hochspannungsimpulsen (was zu Funkenflug), indem zunächst die Kondensatoren parallel und dann entladen sie in Reihe angeordnet sind.
Zeit, um Wikipedia zu überprüfen. Mal sehen, wie gut ich mit meiner Beschreibung tat ...
"A Marx-Generator ist ein elektrisches Schalt zuerst von Erwin Otto Marx 1924. Sein Zweck beschrieben ist, um einen Hochspannungsimpuls von einer Niederspannungs-Gleichstromversorgung zu erzeugen. Marx-Generatoren sind in der Hochenergiephysik Experimente verwendet als auch zur Simulation . die Auswirkungen von Blitzschlag auf Stromleitung Ausrüstung und Luftfahrtgeräte Eine Bank von 36 Marx-Generatoren ist von Sandia National Laboratories verwendet, um Röntgenstrahlen in der Z-Maschine zu erzeugen. "- (Wikipedia)
Ich nehme an, ich habe in Ordnung, obwohl ich vergessen, den "Niederspannungs-Gleichstromversorgung" zu erwähnen. Wie Sie aus der Wikipedia-Artikel sammeln können, haben Marx Generatoren nicht viel praktischen Nutzen für Sie und mich, aber sie sind sicherlich cool! Beachten Sie auch, "Hochspannung ... Hochenergie". Das bedeutet Gefahr; Achtung.
Aber vielleicht müssen wir ein wenig weiter zu sichern. Vielleicht Instructable ist Ihre erste Begegnung mit Elektronik (plausible; ich weiß, wie verlockend Hochspannung sein kann).
Lassen Sie uns mit den Grundlagen (die Grundlagen) zu starten. Schritt 2: Elektrischer Physik Primer

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Wenn wir auf Strom, sind wir über die Wechselwirkungen von Ladungsträgern im Gespräch. Diese Ladungsträger können subatomaren Teilchen, wie Protonen und Elektronen oder geladene Atome, Ionen in Lösung. Aufgrund ihrer sehr geringen Masse-Ladungs-Verhältnis, Elektronen sind die primären Ladungsträger in Massivleiter. Ladung wird in Einheiten von Coulomb (C) gemessen. Ladungen wechselwirken miteinander über Felder. Magnetische Felder beeinflussen nur bewegte Ladungen, während elektrische Felder beeinflussen sowohl die bewegenden und stationären Gebühren. Das elektrische Feld durch eine einzelne Punktladung (ein Proton, zum Beispiel) hergestellt durch angezeigt Gauss Gesetz proportional zur Größe der Ladung und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Punktladung sein. Partikel in einem Bereich, erleben eine Kraft, mit der Ladungsmenge tragen sie erhöht. Das heißt, F = qE, wobei F Kraft, q Ladung und E bezeichnet elektrische Feldstärke. Somit ist die Kraft, die von einem geladenen Teilchen auf dem Gebiet eines anderen erfahrenen proportional sowohl zu der Ladung des Teilchens Erzeugung des Feldes und der Ladung des Teilchens erleben Sie das Feld und ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen den beiden Teilchen. Dies wird als Coulomb-Gesetz bezeichnet.
Innerhalb Strom, gibt es zwei Bereiche der Analyse: Elektrostatik und Elektromagnetismus. Elektrostatik befasst sich nur mit stationären Gebühren und ist nicht in der Lage, so viele physikalische Situationen Elektromagnetik, die für die komplizierter Physik von Ladungen in Bewegung eingeführt Konten zu beschreiben. Sofern Sie nicht in einem geschlossenen Kasten leben Ihr ganzes Leben (und selbst dann ...), Sie beide Elektrostatik und Elektromagnetismus miterlebt habe. Verschieben Ladung auf Ihr Haar durch Reiben mit einem Ballon ist ein Beispiel für elektrostatische Wechselwirkung. Mikrowellen, Magneten und die große Mehrzahl der elektronischen Geräte arbeiten auf den Prinzipien der Elektrodynamik. Für unsere Zwecke werden wir Elektromagnetik in unserer Analyse zu vernachlässigen, weil der Marx-Generator ist ein Beispiel, in dem der Elektrostatik spielt eine viel stärker spürbar Rolle. Sie sollten sich jedoch bewusst sein, einige der Zusammenhänge zwischen Elektrizität und Magnetismus. Sie müssen wissen, dass ein zeitveränderliches Magnetfeld induziert ein elektrisches Feld (Faradayschen Gesetz), und dass ein zeitveränderliches elektrisches Feld induziert ein Magnetfeld (Ampere-Maxwell Gesetz). Die elegante Symmetrie der Elektrizität und des Magnetismus in den Maxwellschen Gleichungen, die die Existenz des sich selbst tragenden elektromagnetischen Wellen, die sich mit der Geschwindigkeit von Licht nachzuweisen ausgesetzt (c = etwa 300.000.000 m / s !!!).
Strom, wie alles andere in natürlichen Welt, beinhaltet die Umwandlung von Energie zwischen potentieller und kinetischer Formen. In der Physik hat Energie Einheiten Joule (J). Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Vielmehr während eines physikalischen Prozesses, Energie erhalten *. Die Maßnahmen von Spannung und Strom zu quantifizieren, die Energie, die von stehenden und bewegten Ladungen besitzen. Spannung elektrische Potentialdifferenz und weist Einheiten von Volt (V) oder Joule pro Coulomb (J / C). Ist gleich dem Energieänderung, die eine Bewegung eines geladenen Teilchenstrahls von einer Position zur anderen, geteilt durch die Ladung von diesem Partikel besitzen, führen würde. Das Ergebnis der geladenen Teilchen sich von einer höheren Spannung (höhere potentielle Energie) auf eine niedrigere Spannung (niedrigeres Potential Energie) elektrischen Strom. Strom kann als die Ladungsmenge (C), die durch eine Querschnittsfläche, beispielsweise ein Draht, die pro Zeiteinheit (s) berechnet werden. Daher hat Stromeinheiten Coulomb pro Sekunde (C / s) oder Ampere (A). Zwei Faktoren bestimmen die Grße des Stroms: die mittlere Driftgeschwindigkeit der geladenen Teilchen und die Nettoladung aller Teilchen. Strom kann durch die Erhöhung entweder der Geschwindigkeit oder der Anzahl der Teilchen, die durch einen gegebenen Querschnitt aus einem Draht erhöht werden. Spannung und Strom kann an die Macht, die Rate der Energieverbrauch bezogen werden, die durch die Gleichung P = IV, wobei P Macht, ist I Strom und V die Spannung. Multipliziert man Kraft und Zeit-Ausbeuten Energie. Spannung und Stromstärke beziehen sich auf die Erhaltungssätze von Energie und Ladung auf. Wissen, dass Energie immer erhalten bleibt und somit Spannung stellt die Energieänderung eines Elektrons Bewegen von einem Punkt zum anderen können wir schließen, dass die Summe aller Spannungen in einem geschlossenen Kreislauf (der Pfad würde eine elektronen dauert etwa eine Schaltung, um wieder am Ende an seiner Ausgangsposition) muss immer * Null sein. Dies wird als Kirchhoffschen Schleife Regel kennen. Es gibt eine zweite Regel, Kirchhoffschen Knotenregel, die besagt, dass die Summe der Ströme in jeder Übergang fließt, dh eine Kreuzung von Drähten, muss die Summe der Ströme aus dem Übergang fließt, um gleich zur Ladung konserviert werden sollen. Kirchhoffschen Regeln sind besonders nützlich für die Analyse komplizierter Schaltungen.
Widerstand, der Widerstand gegen Strom: Spannung und Strom kann auch auf eine andere Menge bezogen werden. Ohmsche Gesetz besagt, daß die Spannung, V, ist das Produkt des Stroms, I, und Widerstand R; V = IR. Jedoch wird eine intuitive und oftmals nützlicher Form Ohmschen Gesetz durch I = V / R gegeben. In Gleichstrom (DC) Schaltungen dissipiert Widerstandsenergie in Form von Wärme und ist abhängig von dem spezifischen Widerstand des leitenden Materials. In Wechselstrom (AC) Schaltungen wird Widerstand in komplexe Impedanz, die die Berücksichtigung der Frequenzgang des reaktiven Elementen wie Kondensatoren und Induktivitäten umgewandelt. Schritt 3: Netzwerktheorie Primer

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Nun, auf mein Lieblingsteil der Elektrizität: Stromkreise!
Schaltungen nutzen die oben genannten physikalischen Konzepte, um nutzbar zu machen und zu manipulieren Strom. Schaltungen werden von Schaltungselementen zusammengesetzt ist, um diskrete Komponenten jeweils eine bestimmte Funktion entwickelt, durch die Manipulation Strom nach einigen physikalischen Gesetz durchzuführen. Ein Verständnis, wie Schaltungskomponenten arbeiten, hilft bei der Analyse der komplizierten Schaltungen. Die Grund Marx-Generator-Schaltung selbst benötigt nur drei einzigartigen Komponenten: Widerstände, Kondensatoren, und Funkenstrecken. Jedoch für den Zweck der Bereitstellung eines angemessenen Einführung in Elektronik, werde ich mehrere andere große Bauteile sowie einzuführen.
Widerstände: Oppose Strom. Widerstände hinzuzufügen Widerstand, die elektrische Analogon von Reibung, an einen Stromkreis. Elektrische Verbraucher, wie Lampen, hinzuzufügen Widerstand oder die Impedanz, wenn reaktive Komponenten beteiligt sind, an einen Stromkreis. Drähte besitzen einen angeborenen, materialspezifischen Qualitäts genannten Widerstand und der Widerstand eines Drahtes kann als das Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Drahtlänge geteilt durch seine Querschnittsfläche berechnet werden. Der Widerstandswert eines Widerstands, sind die Spannung über einen Widerstand, und der Strom durch einen Widerstand alle durch das Ohmsche Gesetz stehen. Potentiometer, rheostate und Trimmer sind Arten von variablen Widerständen, die konfiguriert werden können, einstellbare Spannungsteilerschaltungen zu bilden. Widerstände verwendet werden, den Strom zu begrenzen und / oder die Spannung in den Schaltungen. In diesem Instructable, werden wir unter Verwendung von Widerständen, um die Ladung und Entladung der Kondensatoren zu verlangsamen.
Kondensatoren: Shop Energie in einem elektrischen Feld. Kondensatoren sind oft aus zwei parallelen leitenden Platten, auf denen sich Ladung, wenn eine Spannung angelegt wird, zusammengesetzt ist. Zwischen den Platten, diese Formen ein gleichmäßiges elektrisches Feld mit Größe proportional zu der Oberflächenladungsdichte der Platten. Als Ladungs ​​akkumuliert das elektrische Feld und damit Spannung, die zwischen den Platten in der Größe zunimmt. Sobald die Spannung über dem Kondensator gleich der Quellenspannung fließt Strom aufhört zu fließen. Verringern der Fläche der Platten wird die Spannung pro Einheitsladung und verringert sich die maximale Ladungsansammlungs entsprechend. Auf diese Weise wird das Produkt aus der Spannung und Ladung eines Kondensators konstant und definiert eine natürliche Eigenschaft jedes Kondensators genannte Kapazität C. Die Energie (in Joule) in dem elektrischen Feld eines Kondensators zu einem beliebigen Zeitpunkt gespeichert werden, ist 1 / 2CV ^ 2 berechnen. Ein Kondensator über einen Widerstand (eine RC-Schaltung) geladen wird, die Spannungsdifferenz zwischen dem Kondensator und dem Versorgungs abnimmt und Lade verlangsamt. Verwendung Kalkül, können wir ein erster Ordnung Differentialgleichung für den Strom durch die RC-Schaltung mit einem stetigen Betriebsspannung als eine Funktion der Zeit zu lösen. Das Ergebnis zeigt, nimmt der Strom exponentiell in Richtung Null, mit steileren Abnahme von kleiner Kapazität und Widerstandswerte ergeben. Das Produkt aus Widerstand und Kapazität in einer RC-Schaltung wird als die RC-Zeitkonstante bekannt. Der Kondensator Widerstand gegen wechselnden Strömungen (dh niedrige Frequenzen) verlangsamen wird als Reaktanz X bekannt. In Wechselstromkreisen, Reaktanz Verbindungen Resistenz gegen komplexe Impedanz Z, definiert als die Summe der orthogonalen Widerstand und Blindwiderstand Vektoren ergeben. Kurz gesagt, bei sehr hohen Frequenzen (gegen unendlich), bieten Kondensatoren keine Impedanz und fungieren als Kurzschluss. Bei sehr niedrigen Frequenzen (nahe 0; DC), bieten Kondensatoren unendliche Impedanz und fungieren als offene Stromkreise. In diesem Instructable, werden wir unter Verwendung von Kondensatoren als primäre Energiespeicherelement.
Induktivitäten und Transformatoren: Shop Energie in einem magnetischen Feld. Induktoren der Magnet Analogon von Kondensatoren und der Spiegel ihr Verhalten. Induktoren sind einfach Drahtspulen und als solche können Draht selbst nicht idealen parasitäre Induktivität aufweisen (ebenfalls zwei Adern anliegenden können parasitäre Kapazität aufweisen). Induktivitäten nutzen die Prinzipien des Elektromagnetismus von Ampere-Gesetz und Faradayschen Gesetz beschrieben. Von Ampere-Gesetz, Strom, der durch einen Draht erzeugt ein Magnetfeld, das den Draht umgibt. Von Faradayschen Gesetz, ein wechselndes Magnetfeld (Magnetfluss) durch einen Stromkreis induziert einen Strom, dass das Magnetfeld entgegenwirkt. Die Kombination der Gesetze, so sehen wir, dass die Magnetfelder von einzelnen Schlaufen in einer Induktivität resultierenden dienen zur Aufrechterhaltung Strom durch die Induktivität fließt. Dieses charakteristische Verhalten der Induktivitäten wird als Induktivität L gemessen. Die im Magnetfeld eines Induktors zu jedem Zeitpunkt gespeicherte Energie als 1 / 2LI ^ 2 berechnen. Als mit dem Kondensator, lösen wir ein erster Ordnung Differentialgleichung für den Strom durch die RL-Schaltung (Widerstand-Induktivität-Schaltung) als eine Funktion der Zeit. Wir finden, dass der Strom nähert sich einem Wert, der gleich V / R (Versorgungsspannung, dividiert durch Widerstand) nach einer Exponentialfunktion mit einer Steilheit, die mit abnehmenden Induktivität und Widerstandswerte erhöht, wobei das Produkt davon wird als der RL-Zeitkonstante bezeichnet. Wenn der Strom durch eine Induktivität ändert, eine EMK (elektromotorische Kraft, Spannung) über der Spule, die direkt gegenüber der Strom, der verursacht produziert es induziert. Der Betrag der erzeugten EMK proportional sowohl zu der Geschwindigkeit der Änderung des Stroms durch die Drosselspule und die Induktivität des Induktors. Auf diese Weise widersetzt sich der Induktor schnell verändernden Ströme (dh hohe Frequenzen), die ihm einen Reaktanz X, die die des Kondensators spiegelt. Kurz gesagt, bei sehr hohen Frequenzen (gegen unendlich), bieten Kondensatoren keine Impedanz und fungieren als Kurzschluss. Bei sehr niedrigen Frequenzen (nahe 0; DC), bieten Kondensatoren unendliche Impedanz und fungieren als offene Stromkreise. Somit ist der Frequenzgang des Induktors Inverse des Kondensators. Die induktive Reaktanz Vektor in der entgegengesetzten Richtung zu der kapazitiven Reaktanz Vektor. Somit besteht eine Frequenz, bei der induktiven und kapazitiven Reaktanzen abzubrechen. Es ist an dieser Eigenfrequenz, daß Spannung und Strom in einer induktiven-kapazitiven oszillieren (LC; Tank-Schaltung) als Energie schwappt hin und her [unbegrenzt] zwischen dem Magnetfeld und dem elektrischen Feld des Kondensators des Induktors.
Zwei Induktionsspulen auf Kern gewickelt werden, um einen Transformator zu bilden. Einer Spule wird der Primärwicklung des Transformators und die andere wird die Sekundärwicklung des Transformators. Die beiden Wicklungen gemeinsam Gegeninduktivität, eine magnetische Kopplung oder Kupplung. Wenn der Strom durch die Primärwicklung ändert, wird die Änderung Magnetflusses durch die Primär ist mit der Sekundär über den Ferritkern übertragen. Dies induziert einen Strom in der Sekundär, die proportional zum Strom in der Primär ist. Das Verhältnis der Windungen in der Primärwicklung mit Windungen in der Sekundärwicklung bestimmt die relativen Grßen der Spannungen und Ströme in jeder Wicklung. Sekundärspannung gleich Primärspannung geteilt durch das Verhältnis. Sekundärstrom gleich Primärstrom multipliziert mit dem Verhältnis. Auf diese Weise wird keine Kraft erzeugt, sondern transformiert. Wenn das Verhältnis größer als 1: 1, werden Sekundärspannung größer und der Transformator wird als Aufwärtstransformator. Der Kehrwert gilt für einen Abwärtstransformator. Beachten Sie, dass die primären und sekundären Wicklung Bezeichnungen sind willkürlich; einen Transformator umgekehrt werden kann, um den umgekehrten Verhältnis zu erhalten. In diesem Instructable, werden wir in der Verwendung eines Transformators mit Schritt-up der Versorgungsspannung.
Dioden: Erlauben Strom nur in eine Richtung fließen. Halbleiterdioden aus einem einzigen Verbindungspunkt der beiden dotierten Halbleitermaterialien zusammengesetzt ist. Die Vorspannung in Durchlaßrichtung (in der Regel im Bereich von 0.7-1.4V) ist die Potentialdifferenz für erforderliche Strom über eine Diode in Vorwärtsrichtung fließen kann. Die umgekehrte Vorspannung (typischerweise viel höher als die Vorwärtsspannung) ist die Potentialdifferenz, bei welcher die Diode brechen und ermöglicht Strom in der umgekehrten Richtung fließen (dies gilt in der Regel nicht-ideale Verhalten, aber im Fall von Zener-Dioden, ist der Zusammenbruch von Sperrspannung resultierende für seine "Lawineneffekt" ausgenutzt). Die negative (Kathode) Anschluss einer Diode ist durch ein Band angezeigt (siehe Bild). Dioden werden häufig verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom zu korrigieren unter Verwendung einer Vier-Dioden-Konfiguration genannt Vollweggleichrichter oder Diodenbrücke. In diesem Instructable, werden wir unter Verwendung von Dioden, um AC in einem Cockcroft-Walton Spannungsvervielfacherschaltung korrigieren.
Transistoren: Switch und verstärken Strom. Während der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, die Verbreitung von Solid-State-Transistoren in der Elektronik gemacht veraltete vorherige Schaltgeräte, wie Relais und Vakuumröhren und löste die digitale Elektronik-Revolution. Obwohl es mehrere verschiedene Klassen von Transistoren, die meisten sich an einer gemeinsamen Basisstruktur, die aus drei Nadeln: eine Basis (oder Gate), Kollektor (oder Drain), und der Emitter (oder Source). Bipolartransistoren (BJTs) werden von zwei benachbarten halbleitenden Verbindungsstellen entweder in einem NPN oder PNP-Konfiguration zusammen. Für einen BJT kann ein kleines Signal an der Basis des Durchflusses eines größeren Strom zwischen Kollektor und Emitter zu modulieren. Hochverstärkenden Eigenschaften einiger Transistoren ausgenutzt werden, um Logikschaltungen mit binären Zuständen zu bilden. In diesem Instructable, werden wir mit einem High-Power-NPN-Transistor, um den Transformatorstrom umzuschalten.
Funkenstrecken: leiten Strom nur mit hohen Spannungen. Funkenstrecken bestehen aus zwei Elektroden, die durch Luft oder ein anderes Dielektrikum getrennt. Bis zu einer bestimmten Spannung, wird das Dielektrikum als ein Isolator wirken und hemmen Strom. Sobald jedoch die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden ist die spezifische dielektrische Festigkeit, das Dielektrikum Zusammenbruch und Verhalten überschritten. Zur Ionisation von Luft, wird die grobe Approximation 1kV pro mm Trennung häufig verwendet. In diesem Instructable, werden wir mit Funkenstrecken, um die Zündung der Marx-Generator auszulösen.
Spezielle Bauteile - Aktoren, Transducer und Sensoren: wandeln elektrische Energie in Energie von einer anderen Form und umgekehrt. Der Begriff "Wandler" wird verwendet, um auf alles, was eine solche Umwandlung erleichtert beziehen. Motoren und Solenoide sind Beispiele von Stellgliedern, die elektrische Energie in Winkel- und Linearbewegung umzuwandeln. Mikrofone, Lautsprecher und piezoelektrischen Materialien fallen ebenfalls unter die Definition des Wandlers. Der Begriff "Sensor" kann sich auf einen Wandler, der eine minimale oder Umgebungsenergie verwendet, um Informationen abzuleiten, wie Lichtintensität oder chemische Konzentration, über die Umgebung beziehen.
Integrierte Schaltungen: Paket gesamten Schaltkreise in kleine Chips. Die Integrationsdichte der ICs exponentiell seit der Erfindung des IC von Jack Kilby gezüchtet. Dieses Wachstum Phänomen, als Moores Gesetz, gesehen hat ICs bekannt, kleiner, schneller und billiger gleichzeitig. Stromtechnik ermöglicht Milliarden von einzelnen Transistoren in einen einzigen IC gepackt werden. In diesem Instructable, werden wir mit einem TLC555 Timer, ein gemeinsames Hobby-IC, um eine Rechteckwelle signal.Step 4 zu generieren: Was Sie benötigen

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Schwerlast-6V Akku-Laternen (x2):

Diese liefert die 12V Stromversorgung für das Marx-Generator.
9V-Batterie:

Als ich das erste entwarf dieses Marx-Generator, habe ich eine 9V-Batterie, um die 555-Timer-Signalgenerator anzutreiben. Jedoch kann die Schaltung leicht so modifiziert werden, daß der Zeitgeber zieht von der Laterne Batteriestromversorgung, die besser wäre.
Ne555:

Ein TLC555 Timer-IC wird eine Rechteckwelle, um den Transformatorstrom zu modulieren, zu erzeugen.
High-Power-Transistor:

Eine hohe Leistung (NPN) -Transistor verwendet, um den Transformatorstrom zu schalten.
Transformator:

Ein Transformator Schritte bis die Versorgungsspannung, bevor sie in der CW-Multiplikator zugeführt. Ich habe ein Stufentransformator mit einem 20: 1 Übersetzungsverhältnis.
Dioden *:

Leistungsdioden für die CW-Multiplizierschaltung notwendig. Jede Stufe des CW Multiplizierer erfordert zwei Dioden.
Widerstände (assorted) *:

Zwei Widerstände benötigt werden, um die Frequenz und Tastverhältnis des 555 astabilen Oszillatorschaltung eingestellt. Ich habe einen 2.2kOhm Widerstand und einem 3.3kOhm Widerstand. Zusätzlich sind Hochleistungswiderstände (mindestens 1/4 Watt) für jede Stufe des Marx-Generator benötigt. Für einen Marx-Generator von 'n' Stufen '2n' solche Widerstände benötigt. In meinem Design, habe ich 1 / 4Watt 1MOhm Widerstände.
Kondensatoren (assorted) *:

Ein Low-Wert (I verwendet 0.047uF) Keramikkondensator benötigt wird, um die Schwingungsfrequenz des 555-Timer eingestellt. Hochspannungskondensatoren für die CW-Multiplizierer und Marx Generator Schaltungen notwendig. Jede Stufe des CW-Multiplizierer benötigt zwei geringwertige Kondensatoren bewertet mindestens 1 kV. Früher habe ich eine Kombination aus Keramik und Metallfilm 1 kV Kondensatoren (zwischen 220 und 560pF) für den CW-Multiplikator. Jede Stufe des Marx-Generator-Schaltung erfordert einen Kondensator bewertet für die Eingangsspannung (etwa 8 kV). Ich habe 4 kV 68nF litauischen Kondensatoren paarweise, um die erforderliche 8 kV Nennspannung für die Marx-Generator-Schaltung zu erreichen.
Sie müssen auch Draht, viel Lot, und vielleicht etwas Klebeband, um alles zusammenzuhalten.
* Spezifische Mengen sind abhängig von der Anzahl von Stufen verwendet. Zum Beispiel "2n" Dioden werden für einen CW-Multiplizierschaltung von 'n' Stufen erforderlich.
Schritt 5: Schaltschema und Betrieb



12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Sobald Sie die benötigten Teile gesammelt haben, können Sie die sehr mühsame Prozess der Konstruktion dieses Marx-Generator beginnen!
Marx-Generator kann in drei Abschnitte unterteilt werden.
Der erste Abschnitt besteht aus der Stromversorgung und der Steuerschaltung 555. Es nimmt die 12V-Batterie-Stromversorgung und erzeugt ein Wechselstromausgang von etwa 240V. Die 555-Timer, in astabilen Oszillator-Modus konfiguriert ist, erzeugt eine Rechteckwelle, die in die Basis des Hochleistungstransistors zugeführt wird. Der Transistor schaltet der Strom durch den kleineren Wicklung des Transformators, Induzieren einer erhöhten Spannung über den größeren Wicklung.
Der zweite Abschnitt ist eine Cockcroft-Walton (CW) Spannungsvervielfacher. Es nimmt die 240VAC aus dem ersten Abschnitt und erzeugt einen Gleichstromausgang von etwa 8 kV. Die Eingabe von Wechselstrom durch eine Reihe von Kaskaden Kondensatoren und Dioden filtriert. Jedes "Bühne" der CW-Multiplizierer erfordert zwei Kondensatoren und zwei Dioden. Die Ausgangsspannung des CW-Multiplizierer als Vo = Vi (2n), wobei Vo die Ausgangsspannung zu berechnen, ist Vi die Eingangsspannung ist, und n die Anzahl der Stufen. Aufgrund der reaktiven Eigenschaften der Kondensatoren gibt es praktische Grenzen für die Anzahl der Stufen in einem CW-Multiplikator. Früher habe ich 16 Stufen in meinem Design und erlebt keine ernsthaften Leistungsproblemen.
Der letzte Abschnitt ist der eigentliche Marx-Generator-Schaltung. Es nimmt die 8 kV DC-Ausgang von der CW-Multiplikator und produziert Hochspannungsimpulse von ca. 180kV! Marx-Generator-Schaltung besteht aus Widerständen, Kondensatoren und Funkenstrecken in einer Leiterstruktur angeordnet sind. Die Marx-Generator arbeitet, indem er die Ufer des Hochspannungskondensatoren erste Ladung parallel über Widerstände und dann entladen, in Reihe durch Funkenstrecken. Wenn der erste Kondensator eine kritische Bruchspannung übersteigt, wird die erste Funkenstrecke Feuer effektiv Verbinden der ersten und zweiten Kondensatoren in Serie. Ihre Spannungen hinzuzufügen und lösen die zweite und die folgenden Funkenstrecken, um Feuer, was zu einer Lawine von Verbindungen. Die Spannung über der Ersatzserienkondensator idealer folgt Vo = Vi (n), wobei Vi die Eingangsspannung ist, und n die Anzahl der Stufen im Generator mit n = 45 für meine Design. Wenn die kombinierte Spannung aller Kondensatoren ist genug, um die endgültige Funkenstrecke zu ionisieren, wird eine große Funken bilden, was darauf hinweist, dass Ihre Batterie betrieben Marx-Generator funktioniert! Schritt 6: Zusätzliche Hinweise zu den Schaltungsaufbau

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Die Funkenstrecken für den Marx-Generator kann durch einfaches Umbiegen der Widerstands- und Kondensatorleitungen benachbarter Stufen miteinander gebildet werden. Allerdings müssen Sie spielen, um mit den präzisen Trennungen. Oft ist es bevorzugt, die erste Funkenstrecke mit einem Schraubendreher mechanisch auszulösen, so dass die letzten Stufen kann gestattet werden, vollständiger zu berechnen.
Wenn der Marx-Generator Sie bauen wird besonders groß zu sein (wie ich war), hätte ich mehr Dauerfunkenstrecken empfehlen als die provisorischen diejenigen oben abgebildet. Es ist immer cool, ein Marx-Generator mit einem wirklich soliden Konstruktion zu sehen. Packband um den Kondensatoren für mich gearbeitet, aber ich denke, es gibt bessere Lösungen.
Sie können die tatsächlichen Funkenspannung durch Messen der maximalen Funkenstrecke und der Anwendung der 1 kV pro mm Näherung abzuschätzen. In meinem Fall habe ich beobachtet Funken bis zu 18 cm, entsprechend Ableitungen von 180kV! Sie können feststellen, dass die Mathematik hier scheint nicht zu erarbeiten; bei einer 12V-Eingang, wäre es aus den Berechnungen zu folgen, dass die letzte Funkenspannung sollte 12 * (20) ist * (32) * (45) = 345600V oder etwa das Doppelte des geschätzten 180kV. Die Diskrepanz wahrscheinlich Ergebnisse vermisst Verluste und [sehr] rohe Näherungsverfahren.
Seien Sie vorsichtig, halten die Nicht-Masseelektrode des letzten Funkenstrecke entfernt von anderen Schaltungsanordnung; die Funken sich leicht an die CW-Multiplikator zu springen (Ich habe ein paar Kondensatoren geblasen diese Weise).
Innovations ?:
Marx-Generatoren verlangen, dass die Kondensatoren entladen in Serie über den Funkenstrecken statt parallel. Die Widerstände in der Marx-Generator schema sind aus diesem Grund enthalten. Leider fügen Widerstände die unerwünschte Nebenwirkung des reduzierten Ladestrom und niedrigere Schussfrequenz. Eine mögliche Abhilfe wäre es, die Widerstände mit Induktoren, die hohe Impedanz aufweisen beim Brennen und minimale Impedanz während des Ladevorgangs zu ersetzen. Die Induktoren müsste ausreichend groß, um die parallele Entladung effektiv zu blockieren ist.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Transistoren an Stelle der Funkenstrecken benutzt werden, und der Marx-Generator werden könnten, um vollständig festen Zustand sein. Eine externe Schaltung könnte die Bühne Spannungen überwachen und auslösen gleichzeitige Entladung, wenn alle Stufen das gewünschte Niveau erreicht hatte. Eine solche Konstruktion die Verwendung von Hochleistungstransistoren und genügend Stufen erforderlich, Impulse von einem reduzierten Eingangs voltage.Step 7 erzeugen: Funken!

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

12V-180kV: Ein batteriebetriebener Generator Marx (und Einführung in die Elektronik)

Alle 7 Artikel anzeigen

Ich genoss den Bau dieses Marx-Generator, und wenn Sie so weit gekommen sind, ich hoffe, Sie bekommen ähnliche Ergebnisse! Ich hoffe auch, dass Sie das Lesen dieses Instructable genossen haben und vielleicht sogar etwas gelernt cool über Strom aus es.
Wenn Sie Fragen zu Bau oder Teile haben, können Sie in den Kommentaren fragen. Seien Sie sicher und genießen Sie die folgenden Videos des fertigen batteriebetriebene Marx-Generator!
[old video]

[neue Funken Compilation]