Войти
Этот умножитель напряжения Кокрофта – Уолтона был частью один из первых ускорителей частиц, ответственных за разработку атомной бомбы. Построенный в 1937 году Филипсом из Эйндховена, он сейчас находится в Национальном музее науки в Лондоне, Англия.Кокрофта – Уолтона (CW) генератор, или множитель, представляет собой электрическую цепь, которая генерирует высокое DC напряжение из низкого напряжения AC или импульсный вход постоянного тока. Он был назван в честь британских и ирландских физиков Джона Дугласа Кокрофта и Эрнеста Томаса Синтона Уолтона, которые в 1932 году использовали эту схему для питания своего ускорителя частиц, выполняя первый в истории искусственный ядерный распад. Они использовали этот каскад умножителя напряжения в большинстве своих исследований, которые в 1951 году принесли им Нобелевскую премию по физике за «Трансмутацию атомных ядер искусственно ускоренными атомными частицами». Схема была открыта в 1919 году Генрихом Грейнахером, швейцарским физиком. По этой причине этот каскад удвоителей иногда также называют множителем Грейнахера . Схемы Кокрофта – Уолтона до сих пор используются в ускорителях частиц. Они также используются в бытовых электронных устройствах, требующих высокого напряжения, таких как рентгеновские аппараты, электронно-лучевые трубки телевизоры, микроволновые печи и копировальные аппараты.
Двухступенчатый умножитель Кокрофта – Уолтона 
Трехступенчатый двухполупериодный умножитель CW Генератор CW представляет собой умножитель напряжения, который преобразует переменный или импульсный постоянный электрический ток. мощность от низкого уровня напряжения до более высокого уровня напряжения постоянного тока. Он состоит из лестничной схемы умножителя напряжения, состоящей из конденсаторов и диодов для генерации высоких напряжений. В отличие от трансформаторов , этот метод устраняет необходимость в тяжелом сердечнике и требует большей части изоляции / заливки. Используя только конденсаторы и диоды, эти умножители напряжения могут повышать относительно низкие напряжения до чрезвычайно высоких значений, в то же время они намного легче и дешевле, чем трансформаторы. Самым большим преимуществом таких схем является то, что напряжение на каждой ступени каскада всего лишь в два раза превышает пиковое входное напряжение в полуволновом выпрямителе. В двухполупериодном выпрямителе оно в три раза превышает входное напряжение. Его преимущество заключается в том, что для него требуются относительно недорогие компоненты и его легко изолировать. Также можно отводить выход с любого каскада, как в многоточечном трансформаторе.
Для понимания работы схемы см. Схему двухступенчатой версии справа. Предположим, что схема питается от переменного напряжения Viс пиковым значением V p, и изначально конденсаторы не заряжены. После включения входного напряжения
При каждом изменении входной полярности ток течет вверх по «стопке» конденсаторов через диоды, пока все они не заряжены. Все конденсаторы заряжены до напряжения 2 В p, за исключением конденсатора C1, который заряжен до V p. Ключ к умножению напряжения заключается в том, что, хотя конденсаторы заряжаются параллельно, они подключаются к нагрузке последовательно. Поскольку C2 и C4 включены последовательно между выходом и землей, общее выходное напряжение (в условиях холостого хода) составляет Vo= 4V p.
Эту схему можно расширить до любого количества ступеней. Выходное напряжение холостого хода в два раза превышает пиковое входное напряжение, умноженное на количество ступеней N или, что эквивалентно, размах входного напряжения от пика до пика (V pp), умноженное на количество стадий
Количество стадий равно количеству конденсаторов, включенных последовательно между выходом и землей.
Один из способов взглянуть на схему - это то, что она функционирует как «насос» заряда, накачивая электрический заряд в одном направлении, вверх по стопке конденсаторов. Цепь CW, наряду с другими подобными цепями конденсатора, часто называется накачкой заряда. При значительной нагрузке заряд конденсаторов частично истощается, и выходное напряжение падает в соответствии с выходным током, деленным на емкость.
На практике CW имеет ряд недостатков. По мере увеличения числа ступеней напряжения на более высоких ступенях начинают «проседать», в первую очередь из-за электрического импеданса конденсаторов на более низких ступенях. А при подаче выходного тока пульсации напряжения быстро возрастают по мере увеличения числа ступеней (это можно исправить с помощью выходного фильтра, но для этого требуется набор конденсаторов, чтобы выдерживать высокое напряжение). По этим причинам умножители CW с большим количеством ступеней используются только там, где требуется относительно низкий выходной ток. Провисание можно уменьшить, увеличив емкость нижних каскадов, а пульсации можно уменьшить, увеличив частоту входного сигнала и используя прямоугольную форму волны. Путем управления CW от высокочастотного источника, такого как инвертор, или комбинации инвертора и высоковольтного трансформатора, общий физический размер и вес источника питания CW могут быть существенно уменьшены.
Умножители CW обычно используются для выработки более высоких напряжений для относительно слаботочных приложений, таких как напряжения смещения в диапазоне от десятков или сотен вольт до миллионов вольт для экспериментов по физике высоких энергий или молнии испытания безопасности. Умножители непрерывного излучения с большим количеством ступеней также встречаются в лазерных системах, высоковольтных источниках питания, рентгеновских системах, ЖК-дисплеях с подсветкой, усилители на лампах бегущей волны, ионные насосы, электростатические системы, ионизаторы воздуха, ускорители частиц, копировальные аппараты, научная аппаратура, осциллографы, телевизоры и электронно-лучевые трубки, электрошоковое оружие, электрошокеры и многое другое. приложения, использующие высоковольтный постоянный ток.
6-ступенчатый ускоритель Кокрофта – Уолтона мощностью 1,2 МВ в лаборатории Кларендона, Оксфордский университет, 1948 г. 
Ускоритель непрерывного излучения мощностью 3 МВ в Институте кайзера Вильгельма, Берлин в 1937 г., считается самым мощным CW в то время (две 4-ступенчатые лестницы давали противоположную полярность). Обратите внимание на три человеческие фигуры вверху по центру для увеличения масштаба. 
Панель управления машины Кайзера Вильгельма 
Трехступенчатый каскадный умножитель на полупроводниковых диодах (зеленый) в анодном питании электронно-лучевой трубки телевизор Аналогичной схемой является генератор Маркса, который имеет аналогичную «лестничную» структуру, но состоит из резисторов, конденсаторов и искровых разрядников. Генератор Маркса выдает короткие импульсы, тогда как генератор CW выдает постоянный постоянный ток. В отличие от умножителя (генератора) Кокрофта-Уолтона, генератору Маркса нужен воздух для искровых промежутков, и его нельзя погружать в масло в качестве изолятора.
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с генераторами Кокрофта-Уолтона. |
