Генератор Кокрофта-Уолтона или, проще говоря, умножитель напряжения, представляет собой электрическую цепь, которая генерирует высокое постоянное напряжение из низковольтного переменного или пульсирующего постоянного. Прямо как у электропушки в игре Кроссаут.
Принципиальные схемы узлов умножителя
Детали для сборки высоковольтной части схемы:
- Высоковольтный диод 20 кВ / 20 мА – 20 шт.
- Конденсатор высоковольтный 1 нФ / 20-30 кВ – 20 шт.
- Источник питания переменного тока высокого напряжения (от 10 до 20 кВ)
Умножители обычно используются для создания более высоких напряжений для относительно слаботочных потребителей, таких как лазеры, рентгеновские аппараты, ионизаторы воздуха, электронно-лучевые трубки и так далее.
Данная схема состоит из каскадирования высоковольтных конденсаторов и диодов, поэтому теоретически каждый последующий каскад из двух конденсаторов и двух диодов должен удваивать входное напряжение. Но это всё теория, на практике удалось получить на выходе максимум 200 кВ.
Итак, тут подключен высоковольтный трансформатор для управления двумя каскадами противоположных полярностей одновременно. Элементы каскада монтируются на оргстекло, которое является отличным изоляционным материалом. Конденсаторы установлены на передней, а диоды на задней части пластин. Теперь в конце одного каскада преобладают отрицательные ионы (Катионы), а в конце другого положительные (Анионы), поэтому между этими двумя разнозаряженными электродами появляется искра. С помощью этой электроустановки вышло напряжения между двумя электродами более 200 киловольт. Причём конденсаторы и диоды находятся в воздухе, а не в масле (как это часто делается во избежание пробоя).
Условно можем разделить все устройство на несколько частей:
- Источник постоянного напряжения, состоящий из сетевого трансформатора и выпрямителя, в данном случае с выходным напряжением 15 В и током 5 А.
- Источник переменного высокого напряжения, с выходным значением от 5 до 10 тысяч вольт. Эта сборка состоит из схемы драйвера и обратноходового трансформатора от старого телевизора. Также можно собрать более простой драйвер, например на 555 микросхеме.
- И два каскада, конденсаторы номиналом 1 нФ/20 кВ и высоковольтные диоды 20 кВ/20 мА
Объединение двух каскадов обеспечивает удвоенное выходное напряжение, но с лучшими характеристиками пульсаций и зарядки конденсаторов, чем при использовании одного длинного каскада того же напряжения.
Примерно каждый миллиметр искры в воздухе соответствует 1000 вольт, а значит искра длиной 20 сантиметров означает разницу напряжения между электродами в 200 тысяч вольт (20 кВ).
Внимание, не пытайтесь проводить подобные эксперименты, если вы не знакомы с техникой безопасности при работе с высоким напряжением! Постоянный ток даже выше 100 В может быть опасным, даже если напряжение питания переменного тока было отключено (из-за накопленной энергии в конденсаторах).
