“啪啪啪”！马克思发生器向你“放电”啦？！（内含制作过程）

马克思发生器是个不新鲜的制作项目，但对于很多电子初学者，它的神奇表现很有吸引力，我也自制了一部，用实践来验证一下原理解读。

马克思发生器的历史

1924年，E.Marx提出了马克思发生器的结构，它是一种高压发生器，可用于物质的耐压检测，以及给加速器产生高电压，它的原理实际上有点像我们常用的采用并联方式充电的充电电池，然后以串联的方式为电子产品供电。但马克思发生器上不是充电电池，而是一个个高压电容，将它们经过高压电源的并联充电，然后通过火花隙串联放电，从而实现产生高压火花的目的。

下图是一幅网上流传的电路图，我先用这幅图来说明它的原理。

马克思发生器原理图

首先来看原理图中虚线框右边的部分，虚线框代表一个高压变压器，它可以将输入的变化的小电压转换为高电压，电压达到5kV以上。

图中的R1～R16以及那个2.2M?的电阻，在充电时起到限流的作用。图中的电容是串联使用的，这些电容的真正用途是在放电过程中起到防止电容并联放电的作用。

当右侧电路加上高压电源时，每个电容器两端都产生电势差，它们开始并联充电，这时我们可以选择其中的一个单元来研究它的工作原理。电容器C1有放电的趋势，它放电可以击穿火花隙，但是因为它的两个引脚间串联了一个电阻R1，电容要想放电，需要克服电阻的阻碍作用，所以它不容易并联放电，因此可以通过调节火花隙的长度来控制电容的并联放电。

再看两边的两根接地线，其实我觉得这样画不好，容易被误解，因为我们在做小型的马克思发生器时一般不采取接地的方式，接地的方式一般是对于大型的马克思发生器来说的，这两个接地端实际上是两根导线中间隔了一段空气（火花隙也是这样的）。如果电容的电压充到足够大，可以击穿所有的火花隙并且击穿两个放电端时，再看所有的电容，假设现在所有的放电间隙已经全部连通，所有的电容相当于串联在一起，这时就可以放电了。

虚线框左边的电路是555集成电路，用它可以产生一个变化的直流信号，利用这个信号经过三极管的放大就可以驱动高压变压器产生高压。

555集成电路

制作过程

下图是我刚开始制作的马克思发生器的样子。

我刚开始制作出的马克思发生器

这个制作存在很多问题，比如电容用的是4kV/ 47pF的，容量和耐压均不够；级数不够，不能产生很好的效果；电阻用的是4.7MΩ、1/4W的，功率和耐压太小，容易通过电阻放电。

所以我又重新购买了一些元器件，如下图所示。

制作步骤

首先，要给木板钻孔，钻孔时，要根据螺丝的直径来钻。因为我一共买了8个电容，也就是一共8组，所以需要钻16个孔。

然后进行火花隙的制作，这是最难的也是最重要的一步，我用的是直径2mm的单股线。

接着，按电路图进行元器件的安装。安装时把电阻和电容的接脚在螺丝上绕一圈，因为有些电容的接脚比较短，我又用焊锡焊上了一段，这样做的目的只是考虑成品的美观性和稳固程度。

最后，组装好的成品如下所示。

制作电源

最初我参照的是网上找的电路图资料，也就是图1来制作的电源部分，但后来我发现最初的电路原理图中有很多问题，所以，我在原来电路的基础上进行了修改了，如下图所示。

我改进后的电源部分的电路

我在新的电路原理图中加了一个二极管1N4148，目的有两个：一是防止反接带来的后果，因为如果555集成电路的1和8脚接反了，那么555集成电路直接就烧了；二是防止浪涌电压对555集成电路的影响，并且还在二极管后面增加了一个470μF的电容，用来平缓电压的波动和防止浪涌电压。

555集成电路的第5脚称为控制极，它对电压很敏感，因为马克思发生器周围存在着很强的电场和磁场，所以对它的稳定性会造成很大的影响，所以我用一个0.1μF的电容接到公用负极进行保护。

我还在第3脚与三极管之间串联上了一个100Ω的电阻，因为555的最大输出电流为200mA，而三极管的b-e两极的压降非常小，只有0.6V，所以加上一个电阻可以降低555集成电路的输出电流，这样也是对555集成电路的一种保护。

最后，我想说一下高压变压器。我选择电视机高压包的目的，一是高压包具有很高的输出电压和很好的稳定性，二是高压包内部含有高压整流二极管，这样就不用再额外加上整流二极管了。我选用的高压包是彩电高压包，因为彩电高压包的输入电压是额定的，所以我们必须要用导线在磁芯上绕10匝左右，如下图所示。

采用的彩电高压包

再来看下图中的薯片桶，它可是给我带来了巨大的帮助。在没有这个薯片桶之前，我一共烧坏了4块555集成电路，而且都不明原因，后来想到了这个薯片桶，内壁是铝膜的，可以有一定的静电屏蔽功能，我就用它把我的面包板装起来，结果烧芯片的问题没再发生。

面包板上的电源控制电路用薯片桶装起来

正像前文所说，这个制作并不新鲜，写这篇文章的目的一是跟大家分享一下我的制作心得，二是对自己的理论学习与实践验证进行一个总结。理论和实践有时差别非常大，在制作过程中，我明显感觉到了这一点，比如，由理论知识画出的电路图，认为电源的内阻为0，但是在实际制作中，我发现内阻不可忽略。

因为相机每秒的帧数不够多，所以我没能拍摄到我自己的这个马克思发生器放电的图片，不过网上有很多类似的图片，尤其是特别炫目的特斯拉线圈的放电照片，感兴趣的读者可以搜索一下。