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

История

Принципиальная схема умножителя с удвоением напряжения была разработана в 1919 году швейцарским физиком Генрихом Грайнахером . По этой причине каскадный удвоитель напряжения данного типа иногда называют умножителем Грайнахера .

Известно, что первый многокаскадный умножитель по идее Грайнахера 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 .

Устройство

Умножитель напряжения преобразует переменное напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы (секций, ступеней, каскадов) конденсаторов и диодов . В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и высоковольтной изоляции, так как напряжения на всех ступенях приблизительно равны. Используя только конденсаторы и диоды, умножители напряжения такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с высоковольтными трансформаторами. Ещё одним преимуществом является возможность снимать более низкие напряжения с любого каскада схемы, так же как в трансформаторе с многоотводной обмоткой.

${\displaystyle U_{\text{вых}}=2U_{\text{вх}}\cdot n,}$

где ${\displaystyle n}$ — число каскадов;

${\displaystyle U_{\text{вх}}}$ — амплитуда входного переменного напряжения;

${\displaystyle U_{\text{вых}}}$ — выходное 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 ^{[ какого? ] [ источник не указан 1176 дней ]} .

Промышленность выпускает очень широкий ассортимент модульных «умножителей напряжения» с нормированными параметрами применяемых в большинство устройств с электронно-лучевыми приборами — с кинескопами в телевизорах, ЭЛТ-мониторами , индикаторах радаров или осциллографов .

Технические характеристики

На практике умножитель имеет ряд недостатков. Если умножитель имеет слишком много каскадов, напряжение на последних каскадах будет ниже упрощённо теоретически ожидаемого, в основном из-за ненулевого импеданса конденсаторов в начальных секциях. Практически нецелесообразно питание умножителя непосредственно напряжением промышленной частоты , так как в этом случае требуются высоковольтные конденсаторы большой ёмкости, что сильно ухудшает массогабаритные показатели устройства. Пульсации выходного напряжения также увеличиваются, что в некоторых случаях неприемлемо. Обычно на вход умножителя напряжение подаётся с выхода высокочастотного высоковольтного трансформатора и повышается до нужной величины в умножителе.

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

Применение

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 .

Умножители применяются во многих областях техники, в частности в устройствах для электрической накачки лазера , в источниках высокого напряжения систем рентгеновского излучения, лампах бегущей волны , , электростатических системах, , ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах , телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо постоянное высокое напряжение с небольшой силой тока.

Влияние на организм человека

Высоковольтные генераторы, например, высоковольтный умножитель телевизора и иные бытовые высоковольтные генераторы постоянного тока смертельно опасны, используется частота в 50 герц (в умножителе классического телевизора частота около 15 кГц, в мониторах ещё выше), скин-эффект отсутствует, или исчезающе слаб, и ток потечёт через внутренние органы человека (опасным для жизни считается ток в десятки мА ).

Примечания

Литература

Каскадный генератор / Б. М. Гохберг. // Италия — Кваркуш. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — ( Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 11).