简介

特斯拉线圈(Tesla)是一种分布参数高频共振变压器。

特斯拉线圈的原理就是,利用主电路中的超高压LC震荡,使得次级线圈所受电感放大,直到击穿空气放电。人位于金属屏蔽罩内可以不受点击,因为屏蔽罩会将电流重新引入地下,但切不可接触屏蔽罩,否则会丧命。当然,在特斯拉线圈附近站立也很可能遭受点击,必须穿戴金属且接地的防护罩才可靠近。

特斯拉线圈分为以下几种:

  • SGTC=火花间隙特斯拉线圈(尼古拉·特斯拉先生本人当年发明的“特斯拉线圈”就属于SGTC。由于构造、原理较为简单,所以也是现阶段初学者入门特斯拉线圈。)
  • SSTC=固态特斯拉线圈
  • DRSSTC=双谐振特斯拉线圈
  • VTTC=真空管特斯拉线圈
  • OLTC=离线式特斯拉线圈
  • SISGTC=触发二极管特斯拉线圈

简单原理

电路图如下

实物图如下

计算

主线圈相关计算如下

次极线圈相关计算如下

放电终端相关计算如下

看看特斯拉线圈中的能量是怎样放大的

下面引用一篇文章详细讲解,此处转载自blogcn

特斯拉线圈的主体部分包括:升压充电回路、初级谐振回路和次级回路;初级谐振回路由初级线圈、主电容、打火器构成。次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成,电容和电感的数值可根据实际制作而定。但最关键的是两回路的谐振频率要相同。

特斯拉线圈的工作过程:电源要先给主电容充电,当电压达到打火器的放电阀值时,打火器间隙的空气电离打火,近似导通,建立初级谐振回路,通过振荡向次级回路传递能量。次级回路随之振荡,接收能量,放电顶罩的电压逐渐增大,并电离附近的空气,‘寻找’放电路径,一旦与地面形成‘通路’,‘闪电’也就出现了,如果没有‘闪电’,几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡,并反客为主,带动初级回路振荡,以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上,如此反复(见原理演示图),直到损耗掉大部分能量。打火器两端电压和电流都不足后,打火器等效断开,由外部电源继续给主电容充电。充电过程要比放电过程长得多,大概在3~10毫秒左右。所以特斯拉线圈放电频度都在每秒100次以上,也使肉眼看上去为连续放电效果。

原理演示图
原理演示图

上面这张形象地描述了特斯拉线圈工作时的能量传递过程,为了更进一步了解变化的快慢,下面从波形仿真角度来看看电压的变化过程:

进一步放大比较:

模拟以上波形的各项参数:

  • L1=11uH, C1=230nF;
  • L2=60mH, C2=42pF;
  • 主电容工作电压:V=10KV
  • 耦合系数:K=0.14;
  • 谐振频率:f=100KHz;

 

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