马克思发生器原理及制作教程

　　马克思发生器（Marx Generator）是通过低压直流电源产生高压脉冲，通过电容并联充电再串联放电的高压装置，该结构由Erwin Otto Marx于1924年提出，它能模仿雷电及操作过电压等过程。所以经常用于绝缘冲击耐压及介质冲击击穿、放电等高能物理试验中。例如，模拟雷电对电力线齿轮和航空设备的影响。

　　马克思发生器原理

　　工作原理：如图1所示。图中C为级电容，它们由充电电阻R 并联起来，通过整流回路T-D-r充电到V。此时，因保护电阻r 一般比R约大10倍，它不仅保护了整流设备，而且还能保证各级电容充电比较均匀。

　　在第1级中g0为点火球隙，由点火脉冲起动；其他各级中g为中间球隙，它们调整在g0起动后逐个动作。这些球隙在回路中起控制开关的作用，当它们都动作后，所有级电容C就通过各级的波头电阻Rf串联起来，并向负荷电容C0充电。

　　此时，串联后的总电容为C/n，总电压为nV。n为发生器回路的级数。由于C0较小，很快就充满电，随后它将与级电容C一起通过各级的波尾电阻Rt放电。

　　这样，在负荷电容C0上就形成一很高电压的短暂脉冲波形的冲击电压。在此短暂的期间内，因充电电阻R远大于Rf和Rt，因而它们起着各级之间隔离电阻的作用。冲击电压发生器利用多级电容器并联充电、串联放电来产生所需的电压，其波形可由改变Rf和Rt的阻值进行调整，幅值由充电电压V 来调节，极性可通过倒换硅堆D两极来改变。

　　图中C1为主电容，又称冲击电容，它相当于各级串联后的总电容，即;C2为负荷电容，即C2=C0，它包括调波电容、试品电容、测量设备（分压器）电容及联线等寄生电容;

　　G代表控制放电的球隙;Rf和Rt分别为波头电阻和波尾电阻，它们相当于各级rf和rt的总和，即Rf=nrf，Rt=nrt；U1为充电电压，它相当于各级串联后的总电压，即U1=nV；U2为输出电压，即所需的冲击电压。此等值电路相当于单级冲击电压发生器的电路。根据电路分析，输出电压U2（t）为一双指数

　　

　　函数Marx（马克思发生器）　τ1》》τ

　　半峰值时间T2≈0.69Rt（C1+C2）

　　效率 冲击电压发生器输出电压幅值V2m与充电电压пV 之比称作发生器的效率η，即

　　η=（V2m /nV）×100%

　　对雷电冲击波，η一般约80%；对操作冲击波，η有时仅60%。

　　冲击电压波形参数T1（Tcr）、T2及发生器效率η与回路结构和参数有关，均需通过实际调试进行调整和确定。

　　对于电力变压器等带有绕组的电力设备，通常还要求做雷电冲击截波试验。冲击电压发生器外接一截断间隙即可产生冲击截波。标准雷电截波是标准雷电冲击波经过2～5μs截断的波形。

　　冲击电压发生器是高电压试验室的基本试验设备之一。目前中国已建的冲击电压发生器最高额定电压为6MV，有个别国家高达10MV。

　　马克思发生器制作教程

　　4级Mark发生器需要的部件如下：

　　○ D：高压二极管（或者高压硅堆），耐压5kV以上

　　○ R1：10M电阻，耐压3kV以上

　　○ R： 2M电阻7个，耐压3kV以上

　　○ C： 2000pF电容4个，耐压3kV以上

　　上面这些是理论上的要求，所用的都是高压电容，电阻，二极管。但是还有对器件要求更低的替代方案。。。。。

　　○ D：IN4004串联，每个耐压400V，串上10个就有4kV耐压了

　　○ R1：1/8W，1M电阻10个串联

　　○ R： 1/8W，470k电阻4个串联，合计7组

　　○ C： 2000pF电容4个，耐压3kV以上

　　这里串联的目的都是增加耐压值。尤其要注意的是普通的电阻，它们能承受的电压都不太高，只有300~500V（可以看出在R上只用了4个电阻串联其实很不够保险。。。但是作为演示够用了，），直接加上kV级别电压会击穿绝缘发生打火，然后就没有需要的阻值可言了。。。。。

　　除了发生器本体，还需要一个提供初始高压的前级。电路图里提供的变压器是一个方法，但是其他的高压源也可以考虑。最后我用的是一个负离子发生器中的直流模块，标称3kV，并且输出直接是直流，可以省去后面的整流二极管D。

　　● 最后还需要应手的工具，电烙铁焊锡松香钢丝钳镊子之类，常做电子方面的筒子们一般都有，就不多说了。