特斯拉线圈原理及制作过程讲解

特斯拉线圈原理与制作过程讲解
注意：此为个人经验，仅供参考，如果不正确请见谅，而且下面参数是以我做的特斯拉线圈参数进行分析。

我开始制作小型特斯拉线圈时，在网上查了很多资料，却发现网上的资料大多数都是讲解制作特斯拉线圈步骤，讲解原理的不多。

在此，我整理了一下网上资料，得出一些原理，为想制作这类特斯拉线圈的同学提供一点参考。

我弄明白的小型火花隙特斯拉线圈有两类，所以重点就说一下这两种啊。

特斯拉线圈工作的原理：当初级线圈LC震荡电路的频率等于次级线圈LC振荡频率时，两线圈发生谐振，这时次级回路的放电端会得到很高的电压，电压击穿空气而放电。

一、第一种火花隙特斯拉线圈：
在这个电路中，电源电压为市电220V，经过一个升压变压器将电压升到2100V以上〔下面按照2100V计算〕，然后直接加到主电容C1上〔后面解释〕，主电容在每半个周期内充一次电，最高电压能充到2970V〔知道why？〕,由于打火器与电容并联，所以电容上的电压也加到打火器两端，只要打火器的间隔比较适中，当电压充到最大之时，正好击穿打火器间的空气〔理想状况〕，使打火器开始工作，形成初级LC振荡。

经过初级线圈与次级线圈的耦合〔耦合系数一般为0.3，仿真时用到〕，次级线圈也开始震荡。

如果L1C1=L2C2，测得次级放电球的电压在40000V以上。

大家可能对这个电路有很多问题，下面我来给大家解释一下：
问题一：
电容有一个特性是——隔直通交，变压器输出2100V的交流电，直接加到电容上，这是不是错的，和我们学的不一样，会不会烧掉电路？
回答：没有问题，在此电路中，主电容是很小的，大约0.0235uF，而我们在此用的变压器功率一般700~1000W，输出电压2100V，频率50HZ，这样你可以算一下，经过电容的电流是非常小的，不可能烧掉电路。

问题二：
打火器正常工作，之后是不是相当于一直短路了，初级回路是怎么振荡的？
回答：打火器工作以后，不是一直短路。

如下图：
〔调节火花隙间隙，假设充电电容电压到2700v，打火器击穿工作〕
第一段时间，火花隙两端电压不到2700V，电容充电；
第二段时间，火花隙两端电压达到2700V以上，火花隙击穿空气开始工作，这段时间内，火花隙相当于短路，初级回路形成LC振荡，其振荡波形在原电压波形基础上叠加。

第三段时间，火花隙过零熄灭，电容反向充电，电压小于2700V。

第四段时间，两端电压大于2700V，火花隙工作，电路开始震荡。

变压器有什么要求，需要去定做么？
回答：不需要，对于小型特斯拉线圈，前辈们发现了一个变压器很合适，那就是微波炉变压器。

一般情况，微波炉变压器输入市电220V，输出2100V，功率在700W—1000W，去电子市场买，大概50-70元一个。

在此我也顺便介绍一下微波炉变压器，微波炉变压器有三个绕组，低压绕组、高压绕组和灯丝绕组。

买的时候需要注意，变压器应该引出5个接线口，另一个接线口是硅钢片外壳〔实验时需要接地〕，你用万用表测一下，电阻最大的两个接线口是高压绕组，最低的是灯丝绕组〔实验中不用〕，中间的是低压绕组。

问题四：
打火器怎么制制作？
回答：建议做成如下形状，那个材料在高压实验室一般都有，你可以问你老师要啊。

不建议用两根铜丝做成如下形状，这样也可以打火，不过这是一次性的，只要点火两三次，铜丝就融化断掉了。

有些资料说变压器输出端需要接倍压整流，全桥整流，那是什么意思，为什么咱们没用？
回答：需不需要整流是根据你设计的初级线圈回路的电路决定的。

1、在线打火方式———高压交流充电，不用整流
2、离线打火方式———高压直流充电，需要整流
离线式打火，打火时候变压器等效短路，LC回路独立出来振荡，适用于使用倍压整流的直流电特斯拉线圈。

问题六：
次级回路有什么需要注意的？
回答：次级回路线圈计算时有一个寄生电容，这个不需要管。

二、第二种火花隙特斯拉线圈
原理图：
新手想开始做特斯拉线圈是应该会接触到这种特斯拉线圈，他是通过左边单管自激振荡经高压包给右边充电，右边部分与第一种相同的，关键是理解左边部分；
我在网上查了一些资料，也请教了一些人，最后得出了我自己的理解：
振荡电路工作原理
1、电路图和波形图
2、工作原理：晶体管工作于共发射极方式。

集电极电压通过变压器反馈回基级，而变压器绕组的接法实现正反馈。

其工作过程根据三极管的工作状态分为三个阶段：t1、t2、t3〔如上图〕：
说明：此分析过程是在电路稳定震荡后，以一个完整波形周期为例进行分析，即起始Uce=12v。

而对于电路刚接通时，工作原理完全相同，只是做波形图时，起始电压Uce=0v。

1〕、电路接通后，进入t1阶段〔晶体管为饱和状态〕。

在t1的初始阶段，电路接通，流过初级线圈的电流不能突变，使得集电极电压Uce急速减小，由于时间很短，在波形中表现为下降沿很陡。

而经过线圈耦合，会使基极电压Ube急速增大。

此时，三极管工作在饱和状态〔Ube>=Uce〕。

基极电流ib失去对集电极电流ic的控制。

之后，随着时间增加，Uce会逐渐增加，Ube通过基极与发射机之间的放电而逐渐减少。

基极电压Ube下降使得ib 减小。

2〕、当ib减小到ic /β时, 晶体管又进入放大状态，即t2阶段。

于是，ib的减小引起ic的减小，造成变压器绕组上感应电动势方向的改变，这一改变的趋势进一步引起ib的减小。

如此又开始强烈的循环，直到晶体管迅速改变为截止状态。

这一过程也很快，对应于脉冲的下降沿。

在此过程中，电流强烈的变化趋势使得感应线圈上出现一个很大的感应电动势，Ube变成一个很大的负值。

3〕、当晶体管截止后〔t3阶段〕，ic=0，Uce经初级线圈逐渐上升到12v〔变压器线圈中储存有少量能量，逐渐释放〕。

此时，直流12v电源通过27欧电阻和反馈线圈对基极电压充电，Ube逐渐上升，当Ube上升到0.7v左右时，晶体管重新开始导通〔硅管完全导通的电压大约是0.7v〕。

于是下一个周期开始，重复
上述各个阶段。

其震荡周期T=t1+t2+t3;
最后，祝愿大家玩的愉快！！！！
注意：
1、如果你在电容两端没有加泄流电阻，那么没关系，不过当你断电调试时，必须先将电容两端的电压人工放掉，这电压很大，不放掉就去调试可能会产生危险！
2、上电调试时，必须有两个以上的人在场，而且实验装置放在屏蔽室里，人在外面操作，注意安全。

3、小型特斯拉线圈功率较低，不会像网上图片那样放出很壮观的闪电，必须用接地棒去引导，才会出现闪电。

4、此文中的理论只是本人自己的经验，仅供参考，正确与否需要你自己去验证，如若试验中出现问题本人概不负责。