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1、固态特斯拉线圈制作教程固态特斯拉线圈制作教程 作者：作者：猎鹰猎鹰 排版及后期修改：尤小翠排版及后期修改：尤小翠 对与大多数玩了 SGTC 的人来说都想玩更高级的 SSTC/DRSSTC，但是许多人在这是就会遇到 困难， 特斯拉线圈介绍 特斯拉线圈又叫泰斯拉线圈，因为这是从“Tesla“这个英文名直接音译过来的。这是一种分 布参数高频共振变压器， 可以获得上百万伏的高频电压。 特斯拉线圈的原理是使用变压器使 普通电压升压，然后经由两极线圈， 从放电终端放电的设备。通俗一点说，它是一个人工闪电制造器。 在世界各地都有特斯拉 线圈的爱好者，他们 做出了各种各样的设备，制造出了眩目的人工闪电。 谐振
2、定义： 在物理学里，有一个概念叫共振：当策动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动 的振幅最大，这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思：当电路的激励的频率等于 电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同 样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。（说个易懂的， 当两个振动频率相等的物体， 一个发生振动时， 引起另一个振动的现象叫做共振， 在电学中， 两个等频振荡电路的共振现象，叫做谐振。） 电磁振荡LC回路 （L：电感，C：电容） 电磁振荡 LC 回路 能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡 电流
3、的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫 LC 回路。 一个不计电阻的 LC 电路， 就可以实现电磁振荡，故也称 LC 振荡电路。 LC 振荡电路的物理模型满足下列条件：整 个电路的电阻 R=0（包括线圈、导线） ，从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热 损耗为零.电感线圈 L 集中了全部电路的电感，电容器 C 集中了全部电路的电容，无潜布 电容存在.LC 振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波， 是严格意义上的闭合 电路，LC 电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产 生的变化电场， 线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和
4、电 场，向周围空间辐射电磁波 振荡电流是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中 转动产生，只能是由振荡电路产生。 其工作流程为： 充电完毕（放电开始） ：电场能达到 最大，磁场能为零，回路中感应电流 i=0。 放电完毕（充电开始） ：电场能为零，磁场能达 到最大，回路中感应电流达到最大。 充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电 流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。 放电过程：电场能 在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在 向磁场能转化。 在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的 电流，以及
5、跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。 在这里我给那些新人们先讲讲特斯拉线圈的分类在这里我给那些新人们先讲讲特斯拉线圈的分类： SGTC(Spark Gap Tesla Coil=火花隙特斯拉线圈（特斯拉本人发明的那种） -分枝:SISGTC(Sidac-IGBT SGTC)=以触发二极管-IGBT 替换火花隙 的 特斯拉线圈 SSTC(Solid State Tesla Coil=固态特斯拉线圈（这里主要讲解的那种） -分枝: （本文主要讲 DRSSTC，由于 SSTC 的原理相对简单，在看完之后就会明白的） ISSTC(Interrupted SSTC)=带灭
6、弧固态特斯拉线圈 OLTC(Off Line Tesla coil)=离线式特斯拉线圈 Class-E SSTC=戊类功放式固态特斯拉线圈 DRSSTC(Dual Resonant SSTC)=双谐振固态特斯拉线圈 -分枝: QCWDRSSTC(Quasi Continuous Wave DRSSTC)=准连续波双谐振 固态特斯拉线圈 CWDRSSTC(Continuous Wave DRSSTC)=连续波双谐振固态特斯拉 线圈 VTTC(Vacuum Tube Tesla Coil)=真空管特斯拉线圈 -分枝:SSVC(Solid State Valve Coil)=固态-真空管特斯拉线圈
7、SGTCSGTC：传统的火花隙特斯拉线圈，噪音大，效率低，寿命短，这里就不做过多介绍。 SSTCSSTC：现代电子爱好者们根据特斯拉线圈的本质原理，发明了固态特斯拉线圈（SSTC）， 它具有低噪音、高效率、寿命长的特点，因而得到了很好的发展。固态特斯拉线圈不仅可以 产生炫目的闪电，还可以利用电弧演奏音乐！因此特斯拉线圈除了应用于高压领域外，也不 失为一件很好的艺术品。 固态特斯拉线圈的原理是：通过驱动电路，将市电（220VAC 50Hz）转换为高频交流电，通 过初级线圈转化为高频磁场，当磁场振荡频率和由一端接地的次级线圈和放电端形成的 LC 体系的固有频率一致时，发生谐振，此时次级线圈将大量电
8、荷送入放电端，使得放电端电压 升的很高， 从而形成闪电。 对于固态特斯拉线圈， 他没有电容组， 只有驱动电路、 初级线圈、 次级线圈和放电端，他是依靠驱动电路来产生高频电流，送入初级线圈产生高频磁场；而传 统的火花隙特斯拉线圈则是依靠打火开关接通/断开，来激发初级线圈和电容组振荡，产生 高频磁场，这是这两者的区别！ 总结总结：SSTC 的工作方式是驱动板产生一个震荡电流与次级线圈相同这是就会谐振通过初级 耦合将能量传递给次级。因此 sstc 的驱动板可以简单地看成一个震荡信号发生器。 DRSSTCDRSSTC：由于固态特斯拉线圈驱动电路的负载是一个初级线圈，为感性负载，其功率因 数低，能量利用
9、率较低，同时初级线圈电流瞬时值也不够大，所以导致固态特斯拉线圈产生 的闪电壮观程度不及同等级的火花隙特斯拉线圈。 为此， 有爱好者提出了双谐振固态特斯拉 线圈（DRSSTC）的模型，以弥补普通固态特斯拉线圈的不足。双谐振固态特斯拉线圈是在普 通特斯拉线圈的基础上，在初级线圈上串入电容组，并让驱动电路输出频率=初级 LC 固有 频率=次级 LC 固有频率，这样做的好处是：1.初级部分处于谐振状态，其负载特性为纯阻 性，功率因数高，能量利用率也就提高了；2.由于初级部分是谐振的，导致初级电流上升较 快，瞬间电流较大，从而使得产生的闪电比较壮观。因此，双谐振固态特斯拉线圈更受到广 大爱好者的欢迎！
10、总结：总结：DRSSTC 和 SSTC 差不多只不过是多了谐振电容，SSTC 的初级线圈只是起耦合的作用 不会起产生震荡的作用，而 DRSSTC 的初级也是一个 LC 震荡回路。因此 DRSSTC 我们可以看 做是 SGTC 的一种升级，取消了变压器和打火器。但是性能却远远高于 SGTC。 固态特斯拉线圈固态特斯拉线圈的结构的结构 固态特斯拉线圈由三个部分组成：功率电路 驱动电路 灭弧电路 DRSSTC DRSSTC 画图：画图：ry7740kptvry7740kptv SSTCSSTC 画图：画图：blackblack 功率电路：功率电路： 讲解：讲解：猎鹰猎鹰 红色表示高压 蓝色低压 黄
11、色为中间压。 通电时，由于 开关管关闭没 有其他地方能 让电流通过， 因此电流就只 有给两个桥臂 电容充电 当开 关管 打开 时， 大 量的 正电 荷流 向电 容的 负极， 在电 流的 流动 中经 过了 初级 线圈。 当另外一个开关管打开时电流从相反的方向流过， 因此平滑的直流电就变成了高频振荡的交 流电。这种有两个开关管的我们叫它半桥，它的特点是只要两个开关管省钱，由于在充电时 有两个电容串联，因此放电的电压只有输入电压的一半。 由于半桥的电压小于是就有人提出了全桥， 像这种用了四个开关管的叫全桥， 它的功率管是 成对角线打开通过对角线的两个功率管同时开关，实现震荡 ，中间的接线处是通往初级
12、线 圈的。 由于不用给桥臂电容充电由此放电的电压是半桥的两倍，为输入电压。 由于电压高 可以拥有更强大的功率，因此大功率的特斯拉线圈都会使用全桥。 D3-6 是瞬态二极管是用来防止突然来的高压击穿开关管。 C3 是吸收电容，由于线路间是存在分布电感的，在高频开关状态下，容易产生寄生振荡和 尖峰电压，从而导致开关管损坏，这个电容是起到一个缓冲作用因此必须要加。 这个图有一个问题就是需要在开关管的触发极和低压线上并联 30V 左右的稳压二极管， 防止 驱动信号电压过高击穿开关管。 以上的输入电源必须是直流电也就是经过整流桥的市电! 为了产生振荡的电流我们必须要准确地控制开关， 在几百 KHZ 的频
13、率下人去控制肯定是不行 的这时就要交给我们的大哥大，也就是“整个 TC 的心脏”驱动电路了（如果这一节没有看 懂也没有关系，只要记住是发出信号控制开关管就行） 讲解：任某人 坛子里很多人都很热衷于 STEVE 的 Dr 驱动电路，但是仔细的想想，他这个电路的缺陷还真 的是不老少。我们先对其进行分析，一遍指出其优略。 好的！轰隆隆！电路开始上电运行了！电路靠桥式电路中电容充电电流启动【全桥中的吸收 电容，此图中是储能桥臂电容 c11,c12】充电电流到达主槽路使主电容 c4 于初级线圈 L1 产 生震荡，同时这个充电脉冲被电流变压器 T1 探测到。T1 的箍数取决于电桥中设计通过的电 流，我们的
14、目的是将电流通过变压器缩小到适合驱动 CMOS 元件的大小。你可能会想如果箍 数是 1:200 的话，电压岂不是会很高？不要担心，我们有伟大的稳压管 d19场效应管驱动功率很小，开关速度快，但导 通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。 总的来说就是，只需要小的功率就能驱动较大的功率，而且内阻小发热小。 可控硅 （晶闸管） ： 是靠电压控制， 优点价格低， 电流大。 缺点一旦打开就不能关闭， 直到没有电流通过。因此是制作电磁炮的首选。 三极管：靠电流的大小进行控制。 使用方法： 三极管是 2.控制电流。1.负极 3.接正极 如果是 IGBT MOS 等
15、 1.控制 2.正极 3.负极 二极管 整流二极管：将交流电转化为直流电（只允许电流一个方向流动） 由于恢复速度不同，还分为快恢复、超快恢复、肖特基。 开关二极管：利用单方向性起开关作用 稳压二极管：当电压过高时会击穿，这时就相当于短路，起到降压的作用，从而保护 其它元件。用法是并联在需要保护的元件上。 发光二极管：发光作用 集成电路（IC）：把大量元件做在一起，成为一个有控制作用的个体。（一个多为黑 色的小方块） 稳压块：（和上图一样）1.输入 2.负极 3.输出（长相和 IGBT 差不多） 电阻： 定值电阻：起到阻碍电流流动的作用 可调电阻（电位器）：阻值可以改变 电容：起储存电荷的作用，
16、工作的特点是不允许两端的电压突变，如果电压突变电容就会 放出电流使两端电压相等。 （并联在电路中起滤波作用）。由于电容中间是绝缘的因此直流 电无法通过，由于交流电的方向在不断变化，所以交流电能通过电容。 （串联在电路中起隔 直作用。 电感：当通入不断变化的电流进入后，会感应出相反的电动势，因此会产生感抗而阻碍 电流的前进，如果是高频输入由于变化极快，因此感抗更强。由于直流电不会变化，所以电 感的特点是通直流，阻交流（频率越高，阻碍越强）。电感还不允许通过的电流发生改变， 如果发生了改变，就会升高电压来使电流不变。 （就是这个原因，所以功率电路的设计要求 较高，不然会击穿） 变压器： 电源变压器：改变电源电压（不能调整，电压是初级和初级的匝数比） 调压器：可以根据自己的需要改变电压。 隔离变压器（互感器）：有时一个部分出现故障会导致其他部分出故障，就会影响到 另一部分，这时就用它来保护。在功率电路上还用来使两个开关管轮流工作。 来
