固態(tài)特斯拉線圈制作教程

　　對與大多數(shù)玩了SGTC的人來說都想玩更高級的SSTC/DRSSTC，但是許多人在這是就會遇到困難。

　　特斯拉線圈介紹

　　特斯拉線圈又叫泰斯拉線圈，因為這是從“Tesla”這個英文名直接音譯過來的。這是一種分布參數(shù)高頻共振變壓器，可以獲得上百萬伏的高頻電壓。特斯拉線圈的原理是使用變壓器使普通電壓升壓，然后經(jīng)由兩極線圈，從放電終端放電的設(shè)備。通俗一點說，它是一個人工閃電制造器。在世界各地都有特斯拉線圈的愛好者，他們做出了各種各樣的設(shè)備，制造出了眩目的人工閃電。

　　諧振定義：

　　在物理學(xué)里，有一個概念叫共振：當(dāng)策動力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時，系統(tǒng)受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。電路里的諧振其實也是這個意思：當(dāng)電路的激勵的頻率等于電路的固有頻率時，電路的電磁振蕩的振幅也將達(dá)到峰值。實際上，共振和諧振表達(dá)的是同樣一種現(xiàn)象。這種具有相同實質(zhì)的現(xiàn)象在不同的領(lǐng)域里有不同的叫法而已。（說個易懂的，當(dāng)兩個振動頻率相等的物體，一個發(fā)生振動時，引起另一個振動的現(xiàn)象叫做共振，在電學(xué)中，兩個等頻振蕩電路的共振現(xiàn)象，叫做諧振。）

　　電磁振蕩LC回路

　?。↙：電感，C：電容）

　　電磁振蕩LC回路能產(chǎn)生大小和方向都都作周期發(fā)生變化的電流叫振蕩電流。能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。其中最簡單的振蕩電路叫LC回路。一個不計電阻的LC電路，就可以實現(xiàn)電磁振蕩，故也稱LC振蕩電路。LC振蕩電路的物理模型滿足下列條件：①整個電路的電阻R=0（包括線圈、導(dǎo)線），從能量角度看沒有其它形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，即熱損耗為零。②電感線圈L集中了全部電路的電感，電容器C集中了全部電路的電容，無潛布電容存在。③LC振蕩電路在發(fā)生電磁振蕩時不向外界空間輻射電磁波，是嚴(yán)格意義上的閉合電路，LC電路內(nèi)部只發(fā)生線圈磁場能與電容器電場能之間的相互轉(zhuǎn)化，即便是電容器內(nèi)產(chǎn)生的變化電場，線圈內(nèi)產(chǎn)生的變化磁場也沒有按麥克斯韋的電磁場理論激發(fā)相應(yīng)的磁場和電場，向周圍空間輻射電磁波振蕩電流是一種頻率很高的交變電流，它無法用線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，只能是由振蕩電路產(chǎn)生。其工作流程為：充電完畢（放電開始）：電場能達(dá)到最大，磁場能為零，回路中感應(yīng)電流i=0。放電完畢（充電開始）：電場能為零，磁場能達(dá)到最大，回路中感應(yīng)電流達(dá)到最大。充電過程：電場能在增加，磁場能在減小，回路中電流在減小，電容器上電量在增加。從能量看：磁場能在向電場能轉(zhuǎn)化。放電過程：電場能在減少，磁場能在增加，回路中電流在增加，電容器上的電量在減少。從能量看：電場能在向磁場能轉(zhuǎn)化。在振蕩電路中產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及跟電流和電荷相聯(lián)系的磁場和電場都發(fā)生周期性變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。

　　在這里我給那些新人們先講講特斯拉線圈的分類：

　　SGTC（Spark Gap Tesla Coil=火花隙特斯拉線圈（特斯拉本人發(fā)明的那種）

　　-分枝：SISGTC（Sidac-IGBT SGTC）=以觸發(fā)二極管-IGBT替換火花隙的特斯拉線圈

　　SSTC（Solid State Tesla Coil=固態(tài)特斯拉線圈（這里主要講解的那種）

　　-分枝：（本文主要講DRSSTC，由于SSTC的原理相對簡單，在看完之后就會明白的）

　　ISSTC（Interrupted SSTC）=帶滅弧固態(tài)特斯拉線圈

　　OLTC（Off Line Tesla coil）=離線式特斯拉線圈

　　Class-E SSTC=戊類功放式固態(tài)特斯拉線圈

　　DRSSTC（Dual Resonant SSTC）=雙諧振固態(tài)特斯拉線圈

　　-分枝：QCWDRSSTC（Quasi Continuous Wave DRSSTC）=準(zhǔn)連續(xù)波雙諧振

　　固態(tài)特斯拉線圈

　　CWDRSSTC（Continuous Wave DRSSTC）=連續(xù)波雙諧振固態(tài)特斯拉

　　線圈

　　VTTC（Vacuum Tube Tesla Coil）=真空管特斯拉線圈

　　-分枝：SSVC（Solid State Valve Coil）=固態(tài)-真空管特斯拉線圈

　　SGTC：傳統(tǒng)的火花隙特斯拉線圈，噪音大，效率低，壽命短，這里就不做過多介紹。

　　SSTC：現(xiàn)代電子愛好者們根據(jù)特斯拉線圈的本質(zhì)原理，發(fā)明了固態(tài)特斯拉線圈（SSTC），它具有低噪音、高效率、壽命長的特點，因而得到了很好的發(fā)展。固態(tài)特斯拉線圈不僅可以產(chǎn)生炫目的閃電，還可以利用電弧演奏音樂！因此特斯拉線圈除了應(yīng)用于高壓領(lǐng)域外，也不失為一件很好的藝術(shù)品。

　　固態(tài)特斯拉線圈的原理是：通過驅(qū)動電路，將市電（220VAC 50Hz）轉(zhuǎn)換為高頻交流電，通過初級線圈轉(zhuǎn)化為高頻磁場，當(dāng)磁場振蕩頻率和由一端接地的次級線圈和放電端形成的LC體系的固有頻率一致時，發(fā)生諧振，此時次級線圈將大量電荷送入放電端，使得放電端電壓升的很高，從而形成閃電。對于固態(tài)特斯拉線圈，他沒有電容組，只有驅(qū)動電路、初級線圈、次級線圈和放電端，他是依靠驅(qū)動電路來產(chǎn)生高頻電流，送入初級線圈產(chǎn)生高頻磁場;而傳統(tǒng)的火花隙特斯拉線圈則是依靠打火開關(guān)接通/斷開，來激發(fā)初級線圈和電容組振蕩，產(chǎn)生高頻磁場，這是這兩者的區(qū)別！

　　總結(jié)：SSTC的工作方式是驅(qū)動板產(chǎn)生一個震蕩電流與次級線圈相同這是就會諧振通過初級耦合將能量傳遞給次級。因此sstc的驅(qū)動板可以簡單地看成一個震蕩信號發(fā)生器。

　　DRSSTC：由于固態(tài)特斯拉線圈驅(qū)動電路的負(fù)載是一個初級線圈，為感性負(fù)載，其功率因數(shù)低，能量利用率較低，同時初級線圈電流瞬時值也不夠大，所以導(dǎo)致固態(tài)特斯拉線圈產(chǎn)生的閃電壯觀程度不及同等級的火花隙特斯拉線圈。為此，有愛好者提出了雙諧振固態(tài)特斯拉線圈（DRSSTC）的模型，以彌補普通固態(tài)特斯拉線圈的不足。雙諧振固態(tài)特斯拉線圈是在普通特斯拉線圈的基礎(chǔ)上，在初級線圈上串入電容組，并讓驅(qū)動電路輸出頻率=初級LC固有頻率=次級LC固有頻率，這樣做的好處是：1.初級部分處于諧振狀態(tài)，其負(fù)載特性為純阻性，功率因數(shù)高，能量利用率也就提高了;2.由于初級部分是諧振的，導(dǎo)致初級電流上升較快，瞬間電流較大，從而使得產(chǎn)生的閃電比較壯觀。因此，雙諧振固態(tài)特斯拉線圈更受到廣大愛好者的歡迎！

　　總結(jié)：DRSSTC和SSTC差不多只不過是多了諧振電容，SSTC的初級線圈只是起耦合的作用不會起產(chǎn)生震蕩的作用，而SSTC的初級也是一個LC震蕩回路。因此DRSSTC我們可以看做是SGTC的一種升級，取消了變壓器和打火器。但是性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SGTC。

　　固態(tài)特斯拉線圈的結(jié)構(gòu)

　　固態(tài)特斯拉線圈由三個部分組成：功率電路驅(qū)動電路滅弧電路

　　功率電路：

　　紅色表示高壓藍(lán)色低壓黃色為中間壓。通電時，由于開關(guān)管關(guān)閉沒有其他地方能讓電流通過，因此電流就只有給兩個橋臂電容充電

　　當(dāng)開關(guān)管打開，大量的正電荷流向電容的負(fù)極，在電流的流動中經(jīng)過了初級線圈。

　　當(dāng)另外一個開關(guān)管打開時電流從相反的方向流過，因此平滑的直流電就變成了高頻振蕩的交流電。這種有兩個開關(guān)管的我們叫它半橋，它的特點是只要兩個開關(guān)管省錢，由于在充電時有兩個電容串聯(lián)，因此放電的電壓只有輸入電壓的一半。

　　由于半橋的電壓小于是就有人提出了全橋，像這種用了四個開關(guān)管的叫全橋，它的功率管是成對角線打開通過對角線的兩個功率管同時開關(guān)，實現(xiàn)震蕩，中間的接線處是通往初級線圈的。由于不用給橋臂電容充電由此放電的電壓是半橋的兩倍，為輸入電壓。由于電壓高可以擁有更強大的功率，因此大功率的特斯拉線圈都會使用全橋。

　　D3-6是瞬態(tài)二極管是用來防止突然來的高壓擊穿開關(guān)管。

　　C3是吸收電容，由于線路間是存在分布電感的，在高頻開關(guān)狀態(tài)下，容易產(chǎn)生寄生振蕩和尖峰電壓，從而導(dǎo)致開關(guān)管損壞，這個電容是起到一個緩沖作用因此必須要加。

　　這個圖有一個問題就是需要在開關(guān)管的觸發(fā)極和低壓線上并聯(lián)30V左右的穩(wěn)壓二極管，防止驅(qū)動信號電壓過高擊穿開關(guān)管。

　　以上的輸入電源必須是直流電也就是經(jīng)過整流橋的市電！

　　為了產(chǎn)生振蕩的電流我們必須要準(zhǔn)確地控制開關(guān)，在幾百KHZ的頻率下人去控制肯定是不行的這時就要交給我們的大哥大，也就是“整個TC的心臟”驅(qū)動電路了（如果這一節(jié)沒有看懂也沒有關(guān)系，只要記住是發(fā)出信號控制開關(guān)管就行）壇子里很多人都很熱衷于STEVE的Dr驅(qū)動電路，但是仔細(xì)的想想，他這個電路的缺陷還真的是不老少。我們先對其進(jìn)行分析，一遍指出其優(yōu)略。

　　好的！轟隆??！電路開始上電運行了！電路靠橋式電路中電容充電電流啟動【全橋中的吸收電容，此圖中是儲能橋臂電容c11，c12】充電電流到達(dá)主槽路使主電容c4于初級線圈L1產(chǎn)生震蕩，同時這個充電脈沖被電流變壓器T1探測到。T1的箍數(shù)取決于電橋中設(shè)計通過的電流，我們的目的是將電流通過變壓器縮小到適合驅(qū)動CMOS元件的大小。你可能會想如果箍數(shù)是1:200的話，電壓豈不是會很高？不要擔(dān)心，我們有偉大的穩(wěn)壓管d19&d20~穩(wěn)壓管的特性是有一定的反向擊穿電壓，在這里我們選擇用反向擊穿電壓5.1v（CMOS電平的）的穩(wěn)壓管。當(dāng)T1上部為正半周時，會有一個上千伏的電壓，此時穩(wěn)壓管擊穿近似接地，當(dāng)把電壓放到5.1v時穩(wěn)壓管截止，由于穩(wěn)壓管恢復(fù)時間慢，我們反串一只快恢復(fù)或者肖特基來代替穩(wěn)壓管成正向?qū)ǚ聪蚪刂沟倪^程，負(fù)半周同理由此以來我們便得到了一個±5.1V的電流反饋信號?！疽娛疽鈭D，方波是怎樣煉成的】

　　當(dāng)正弦波高度很大的時候，在Y=0值左右的斜度非常的高，甚至小于邏輯器件的信號邊沿。恩，繼續(xù)來，R2是限流電位器，依個人情況調(diào)試~c1耦合不解釋，4148削掉大于電源電壓的尖峰后進(jìn)入u1整形，由于hc14是反相施密特觸發(fā)器，所以要想得到同相的信號還要將信號再次反向得到最終輸出?！拘盘柗答伈糠值酱藶橹埂渴虑樽龅浆F(xiàn)在，按理說就已經(jīng)可以用現(xiàn)在得到的反饋信號來驅(qū)動橋了。