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).

Генера́тор Ко́крофта — Уо́лтона [1] — один из типов умножителя напряжения, устройство для преобразования относительно низкого переменного напряжения или пульсирующего напряжения в высоковольтное постоянное напряжение.

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[1].

Более известно, что умножитель был построен в 1932 году Джоном Кокрофтом и Эрнстом Уолтоном для использования его в качестве высоковольтного источника напряжения в ускорителе заряженных частиц, предназначенного для проведения эксперимента по искусственному расщеплению атомных ядер (практически одновременно такой же эксперимент впервые в СССР был проведен в УФТИ), поэтому иногда умножитель напряжения называют генератором Кокрофта — Уолтона[1].

Устройство[править | править вики-текст]

Простой умножитель из двух секций.
Двухполупериодный умножитель
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.

Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель 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.

Uвых = 2 Uвх * n
где

  • n - число каскадов
  • Uвх - амплитуда входящего переменного напряжения,
  • Uвых - выходящее постоянное напряжение

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 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 умножителе.

Существуют умножители на напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких мегавольт.

Использование[править | править вики-текст]

Умножители применяются во многих областях техники, в частности для для электрической накачки лазера, в источниках высокого напряжения систем 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]

Примечания[править | править вики-текст]