Генератор Кокрофта — Уолтона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона использовался в первых ускорителях элементарных частиц, которые использовались при разработке атомной бомбы. Данный умножитель, построенный в 1937 году компанией Philips, в настоящее время расположен в Национальном музее науки в Лондоне (Великобритания).

Умножитель напряжения — (каскадный генератор или генера́тор Ко́крофта — Уо́лтона) — устройство для преобразования относительно низкого переменного напряжения или пульсирующего напряжения в высоковольтное постоянное напряжение.

Назван в честь двух физиков, которые построили первый такой генератор в 1932 году и использовали его в качестве высоковольтного источника напряжения в своём ускорителе заряженных частиц, предназначенного для проведения первого в мире эксперимента по искусственному расщеплению атомных ядер (практически одновременно такой же эксперимент впервые в СССР был проведен в УФТИ).

Потом Джон Кокрофт и Эрнст Уолтон использовали этот каскадный умножитель напряжения в исследованиях, за которые получили Нобелевскую премию по физике 1951 года с формулировкой: за «Трансмутацию атомных ядер с помощью искусственно ускоренных атомных частиц».

Менее известно, что принципиальная схема умножителя данного типа была разработана в 1919 году швейцарским физиком Генрихом Грейнахером. По этой причине каскадный удвоитель данного типа иногда называют умножителем Грейнахера[источник не указан 149 дней].

Устройство[править | править вики-текст]

Простой умножитель Кокрофта — Уолтона из двух секций.
Двухполупериодный умножитель (генератор Халперна).
Умножитель напряжения УН 9-27 1,3 (обозначения: 9 кВ входное напряжение, 27 кВ — выходное, выходной ток — 1,3 мА).
Умножитель напряжения УН 9/27 в телевизоре производства СССР серии 3УСЦТ.

Генератор Кокрофта — Уолтона — умножитель напряжения, преобразующий переменное или пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Генератор строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и серьёзной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны. Используя только конденсаторы и диоды, генераторы такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с транс­фор­ма­то­ра­ми. Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в много­отвод­ном транс­фор­ма­то­ре.

Несмотря на свои теоретические недостатки и ограничения, умножитель напряжения стал такой же классикой в электронной схемотехнике для получения высокого постоянного напряжения как и двух­полу­период­ный выпрямитель (диодный мост) для получения постоянного тока из переменного. На принципиальных электрических схемах его даже не рисуют подробно, а изображают в виде специального значка. Промышленность выпускает очень широкий ассортимент модульных «умножителей напряжения» с заранее заданными параметрами, без которых не обходятся большинство устройств с ЭЛТ, появившихся до изобретения ТДКС: монитор, телевизор, индикатор радара или осциллографа.

Технические характеристики[править | править вики-текст]

На практике умножитель Кокрофта — Уолтона имеет ряд недостатков. Если в умножитель добавляется слишком много секций, напряжение в последних секциях будет ниже ожидаемого, в основном из-за ненулевого импеданса конденсаторов в нижних секциях. Практически невозможно питание умножителя непосредственно напряжением промышленной частоты, так как в этом случае требуются конденсаторы большой ёмкости, что сильно ухудшает массо­габа­рит­ные показатели устройства. Пульсации выпрямленного тока также усиливаются, что в некоторых случаях неприемлемо. Обычно на вход напряжение подаётся с выхода высоко­частот­но­го высоко­вольт­ного транс­фор­ма­то­ра и повышается до нужной величины в генераторе Кокрофта — Уолтона.

Существуют умножители Кокрофта — Уолтона на напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких мегавольт.

Использование[править | править вики-текст]

Генераторы Кокрофта — Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидко­кристал­ли­чес­ких дисплеев, лампах бегущей волны, ионных насосах, электро­стати­чес­ких системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо постоянное высокое напряжение с небольшой силой тока.

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]