馬克思發(fā)生器可以滿足你對(duì)電火花、重?fù)艉驼鸷车目释?。這個(gè)馬克思發(fā)生器的制作是一個(gè)很棒的選擇，可以一起分享馬克思發(fā)生器帶來(lái)的刺激。

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

馬克思發(fā)生器電路包括電容、電阻和安裝在階梯結(jié)構(gòu)的火花間隙，在電容充放電時(shí)這個(gè)火花間隙可以產(chǎn)生高電壓脈沖（產(chǎn)生火花）。

馬克思發(fā)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沖。馬克思發(fā)生器應(yīng)用在高能物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且可用于模擬閃電在電源線和航空設(shè)備的影響。很多馬克思發(fā)生器在桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室ZMachine內(nèi)生成X射線。

電路原理基礎(chǔ)

制作馬克思發(fā)生器只需要三個(gè)獨(dú)立的元件：電阻、電容和火花間隙。在這里介紹一下幾個(gè)元件。

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

電容：可以存儲(chǔ)能量，由兩個(gè)電極組成，兩端存在電壓時(shí)電荷就會(huì)聚集。在兩電極之間產(chǎn)生的均勻電場(chǎng)強(qiáng)度與電極表面電荷密度成正比，由于電荷的聚集，電場(chǎng)強(qiáng)度和電極之間的電壓也將隨之增加。當(dāng)電容電壓等于電源電壓時(shí)電流將等于0。減小電極的面積時(shí)，單位電荷的電壓會(huì)增加而電荷聚集也會(huì)相應(yīng)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(gè)比值就是電容值（C），電容儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量值等于0.5CU2。電容可通過(guò)RC電路充電，而且在充電過(guò)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?？梢岳靡浑A微分方程計(jì)算直流RC電路中電流隨時(shí)間的變化，結(jié)果表明電流呈指數(shù)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(gè)常量，稱(chēng)作時(shí)間常數(shù)。電容在電路中存在容抗，交流電中電抗元件對(duì)電流的阻礙作用叫阻抗，阻抗等于電阻與電抗在向量上的和。換句話說(shuō)，在高頻電路中，電容的容抗接近0，在電路中相當(dāng)于短路。而在低頻電路中（直流電路）電容的阻值無(wú)限大，相當(dāng)于電路開(kāi)路。在這里，我們會(huì)用電容器作主要的儲(chǔ)能元件。

花間隙：在高壓狀態(tài)時(shí)導(dǎo)電，火花間隙由兩個(gè)電極組成，電極被空氣或其他絕緣體隔開(kāi)。在一定的電壓范圍內(nèi)，絕緣體會(huì)組織電流通過(guò)。但是當(dāng)兩電極間的電壓超過(guò)極限值，絕緣體將會(huì)變成導(dǎo)體?？諝怆婋x極限電壓是每毫米間隙大概1kV，我們用火花間隙來(lái)觸發(fā)馬克思發(fā)生器產(chǎn)生火花。

特殊元件—制動(dòng)器，換能器和傳感器：轉(zhuǎn)換能量的形式，換能器就是用來(lái)做能量轉(zhuǎn)換用的。制動(dòng)器（例如電動(dòng)機(jī)和電磁線圈）能將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和壓電材料就可稱(chēng)作換能器。傳感器則可通過(guò)環(huán)境的變化來(lái)發(fā)送信息，比如光強(qiáng)度的變化以及化學(xué)成分的改變。

準(zhǔn)備材料

1、兩個(gè)重型6V手提電池：

為馬克思發(fā)生器提供12V的電壓

2、9V電池：

我第一次設(shè)計(jì)馬克思發(fā)生器的時(shí)候，我用的是9V電池為555定時(shí)信號(hào)發(fā)生器供電。然而，電路經(jīng)過(guò)修改后，定時(shí)器可直接由手提電池供電，這個(gè)方案更實(shí)用。

3、555定時(shí)器集成電路：

TLC555定時(shí)器集成電路通過(guò)產(chǎn)生方波來(lái)調(diào)制變壓器電流

4、大功率三極管：

采用NPN型三極管，用來(lái)調(diào)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、二極管

CW倍壓器電路需要功率二極管，每級(jí)電路配置兩個(gè)二極管。

7、電阻若干個(gè)：

這里需要兩個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)555多諧振蕩器電路的頻率以及振蕩周期，我用的是一個(gè)2.2KΩ和一個(gè)3.3KΩ的電阻。另外，在馬克思發(fā)生器的電路也需要最少0.25W的大功率電阻，如果馬克思發(fā)生器有n級(jí)，則需要2n個(gè)這樣的大功率電阻。在我的設(shè)計(jì)里用的都是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(lái)控制555定時(shí)器的振蕩頻率，在CW倍壓器和馬克思發(fā)生器電路中還需要高壓電容器。每級(jí)CW倍壓器電路需要兩個(gè)額定電壓最少為1KV的低容值電容器。在這里我是把1KV的陶瓷電容和金屬薄膜電容（220-560pF）結(jié)合起來(lái)應(yīng)用；每級(jí)馬克思發(fā)生器電路則需一個(gè)額定輸入電壓大約為8kV的電容，我選擇的是兩個(gè)4kV68nF的立陶宛電容。

最后，你還需要準(zhǔn)備導(dǎo)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(jì)算

在準(zhǔn)備完所有材料后，就可以開(kāi)始漫長(zhǎng)的馬克思發(fā)生器制作步驟。

馬克思發(fā)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(shí)器在多諧振蕩模式下，產(chǎn)生方波信號(hào)輸入到大功率三極管中。三極管改變變壓器初級(jí)線圈的電流，次級(jí)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(hào)通過(guò)CW倍壓器將轉(zhuǎn)換為8kV的直流電壓。交流信號(hào)通過(guò)級(jí)聯(lián)的電容和二極管過(guò)濾，每一級(jí)CW倍壓器配置兩個(gè)電容器和兩個(gè)二極管。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(jí)數(shù)。因?yàn)殡娙菥哂须娍固卣?，CW倍壓器的級(jí)數(shù)受到限制。我采用的是16級(jí)，效果還不錯(cuò)。

最后一部分是真正的馬克思發(fā)生器電路。從CW倍壓器輸出的8kV直流電信號(hào)經(jīng)過(guò)此電路后會(huì)產(chǎn)生高達(dá)180kV的脈沖信號(hào)！這個(gè)電路由電阻、電容以及火花間隙組成。這些電容通過(guò)以并聯(lián)的形式進(jìn)行充電，然后串聯(lián)通過(guò)火花間隙進(jìn)行放電。當(dāng)?shù)谝换鸹ㄩg隙電壓到極限時(shí)就會(huì)導(dǎo)通產(chǎn)生火花，后續(xù)電壓不斷增大，火花間隙也就會(huì)逐個(gè)產(chǎn)生火花。經(jīng)過(guò)這些電容后理想的輸出電壓Vo=Vi（n），n是發(fā)生器的級(jí)數(shù)，我設(shè)計(jì)的是45級(jí)。當(dāng)你所有的電容電壓足夠電離火花間隙時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量的火花，這也證明了你的馬克思發(fā)生器制作成功。

電路分析

火花間隙可用彎曲的電阻和電容連接各級(jí)組成，不過(guò)你需要時(shí)刻關(guān)注這過(guò)程，通常用螺絲刀操作觸發(fā)第一個(gè)火花間隙更有效，這樣可使后續(xù)各級(jí)火花更完美。

如果你制作的馬克思發(fā)生器足夠大，我建議你設(shè)計(jì)一個(gè)更耐用的火花間隙，而不是像上圖所示的臨時(shí)產(chǎn)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(guò)測(cè)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(duì)應(yīng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)計(jì)算的并不準(zhǔn)確，假設(shè)輸入電壓為12V，通過(guò)公司計(jì)算最后的火花電壓應(yīng)該為12*（20）*（32）*（45）=345600V，大概是180Kv的兩倍。這可能是由于位置的失真和不精確的估算造成的。

注意將最后一個(gè)火花間隙未接地的電極與其它電路隔離開(kāi)，火花很容易影響到CW倍壓器。

產(chǎn)生火花

當(dāng)然，制作過(guò)程中要注意安全！