Cockroft Walton Multiplier

Eine oft verwendete Schaltung zur Erzeugung hoher und höchster Spannung ist der Cockroft Walton Multiplier oder Greinacher Kaskade. Sie besteht aus einer fortgesetzten Anreihung von Spannungsverdopplerstufen nach Villard. Spannungsquellen dieser Art wurden und werden in riesenhaften Ausmaßen für Anwendungen in der Kernphysik (Teilchenbeschleuniger) gebaut. Kleinere, meist fünfstufige, Einheiten wurden früher zur Hochspannungserzeugung in Fernsehgeräte eingebaut

Funktion: Der Multiplier besteht aus zwei Kondensatorsäulen, der sogenannten Schub- und der Ladesäule. Beide Säulen sind mit Dioden verbunden. Die Eingangswechselspannung wird in die Schubsäule eingespeist und lädt über die Dioden die Kondensatoren der Ladesäule auf eine Gleichspannung. Diese Gleichspannung schiebt die Wechselspannung in der Schubsäule und somit die in der nächste Stufe gewonnene Gleichspannung auf immer höhere Werte. Theoretisch folgt die Ausgangsspannung der rechten Gleichung, praktisch ist die Spannung durch die unvermeidlichen Verluste etwas kleiner

Aufbau: Das Herzstück des Gerätes ist natürlich die Kaskade. Sie besteht aus 160 Keramikkondensatoren 1nF, 3 kV, vier pro Stufe und 40 Dioden
KYX 28/15 (10kV) und ist in eine Plexiglasröhre eingebaut. Im oberen Teil der Röhre befindet sich noch eine Ferritkerndrossel und ein 85 MOhm Widerstand zur Begrenzung von Entladeströmen. Auf der Röhre thront, als Dachkapazität, eine kupferne Bettflasche (vom Flohmarkt) deren Rundungen Sprüherscheinungen verhindern.
Gespeist wird die Kaskade mit Wechselspannung einer Frequenz von ca. 100 kHz aus einer Inverterschaltung. Die Schaltung ist die übliche Halbbrückenschaltung mit zwei Power Mosfets und einer Pulsweitengeregelten Treiberschaltung. Die meisten Bauteile des Inverters stammen aus ehemaligen PC Netzteilen, als Trafo wurde ein, mit einer neuen Primärwicklung versehener, Zeilentrafo verwendet

Die Betriebsspannung für die Halbbrücke kann mittels eines Schalters in Stufen zwischen 20, 30 und 40 V verstellt werden. Ein 100uA Strommessgerät dient zur Messung des Fußpunktstromes der Kaskade.

Betrieb:

Ähnlich wie bei >>Bandgenerator<< ist der Innenwiderstand des Gerätes für eine direkte Spannungsmessung zu hoch deshalb wurde die Spannung wieder mit einer Kugelfunkenstrecke gemessen. Bei Kugeln mit 20 cm Durchmesser beträgt die Schlagweite 3.5 cm, die Spannung also ~ 100 kV ( 100% ~ 40V Betriebsspannung ). Der Kurzschlussstrom wurde mit einem analogem Vielfachmessgerät gemessen. Aus beiden Werten, Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom kann der Innenwiderstand zu 100kV /1.2 mA = 83 Mohm bestimmt werden. Dieser Wert entspricht dem eingebautem Schutzwiderstand von 85MOhm

Kurzschlußstrom
33%	0.6mA
66%	0.8mA
100%	1.2mA

	Durch Entfernen dieses Widerstandes könnte also die Ausgangsleistung der Kaskade deutlich erhöht werden. Allerdings besteht dann die Gefahr, dass bei Überschlägen durch die hohen induzierten Ströme die Kaskade geschädigt wird. Da die Kaskade hauptsächlich für elektrostatische Experimente verwendet werden soll, bei denen nur kleinste Ströme angewandt werden, ist es sicherer den Widerstand zu verwenden. Die Kaskade ist für alle Experimente geeignet welche sonst mit einem Bandgenerator oder einer Influenzmaschine unternommen werden und hat den Vorteil höhere Ströme liefern zu können.
Beliebt ist das Aufladen einer Person, der dann die Haare abstehen. Oder das elektrostatische Windrad, durch die Sprühwirkung der entgegengesetzt zeigenden Spitzen setzt sich das Rad nach Anlegen einer hohen Spannung in schnelle Bewegung. Natürlich können mit dieser Spannungsquelle auch Gasentladungen in Unterdruckgefäßen angeregt werden