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特斯拉线圈原理及制作过程讲解

特斯拉线圈原理及制作过程讲解
特斯拉线圈原理及制作过程讲解

特斯拉线圈原理及制作过程讲解

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。

问题三:

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。

问题五:

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。

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