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电击器电路

注意： 在解释本概念之前，我们强烈建议不要实际尝试实现，因为它会产生极高电压。

电击器是一种用来产生高压低流信号的装置，主要用作武器，用于电击目标以削弱或使其瘫痪。然而在设计电路时应注意，在某些国家电击器是被禁止的，因为它实际上是一种致命武器，可能使人精神瘫痪。电击器通常由9V电池供电。本文设计了一个电击器电路，使用555定时器产生电流波动信号，并使用变压器与多级电压倍增器（由电容和二极管组成）提高电压。

1. 电击器电路工作原理​

电击器电路基于传统电击器的原理。555定时器用于产生频率由外部无源元件决定的振荡信号。这些低电流电脉冲被送入升压变压器产生高压信号，然后通过电压倍增电路进一步提高电压。

电压倍增电路由多级电压倍增器组成，每级包含两个二极管和两个电容，基于Villard倍压法。输出电压与级数成正比。

2. 电击器电路图​

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3. 电击器电路设计​

实际上，这里需要两个设计阶段——自激多谐振器设计和电压倍增器设计。

3.1 电压倍增器设计​

设计电路的先决步骤是确定输出电压。这里我们的需求是从1000V输入产生10KV直流电压。

根据公式：

Vout=(2Vin+1.414)SV_{\text{out}} = (2V_{\text{in}} + 1.414) S

其中S为级数。

要得到10KV电压，需要约5级电压倍增器。我们设计了一个5级电压倍增器电路，输出电压为10KV。输入电压约为1000V，每个电容的电压等级至少为1000V。由于工作频率低（赫兹级），电容需要2500V、10mF。

3.2 自激多谐振器设计​

选择555定时器以设计自激多谐振器。在自激模式下，需要选择外部无源元件。

假设最大工作频率为50Hz，占空比为75%，计算得：

  • R1≈1.44KΩR_1 \approx 1.44K\Omega
  • R2≈720ΩR_2 \approx 720\Omega
  • C1≈10μFC_1 \approx 10\mu F

这里选择了2K可调电阻、720Ω电阻和10μF电容。由于为低频操作，使用MOSFET IRF530作为开关。

4. 电击器电路操作方法​

当按下开关S1时，555定时器开始自激操作，产生低电流脉动信号，该信号通过升压变压器升至约1000V。信号通过MOSFET开关输出。

  • 正半周期： 电容C3通过正向导通的D1充电，由于电容无放电路径，储存电荷，产生等于输入峰值的电压。
  • 负半周期： D2正向导通，C4通过C3和D2充电，半周期结束时电压为输入AC电压的两倍。
  • 下一正半周期： D3正向导通，C5充电。
  • 下一半周期： D4正向导通，C6充电。此时在点2处得到输入峰值的4倍电压。
  • 对其他两级重复此过程，最终在点5处获得输入电压的10倍。

5. 电击器应用​

  • 个人安全防护，用于防止入侵者
  • 防护动物
  • 现代战争装备

6. 电击器电路局限性​

  • 由于涉及高压脉冲，电路非常危险，应在硬件上极其小心操作。
  • 不要用裸手接触输出，高压低流信号可能破坏神经系统。
  • 设计中未考虑冠状放电和杂散电容，可能影响输出。
  • 不应在心脏病患者周围使用。
  • 实际上需要一个9:1000低频升压变压器，构造复杂。