特斯拉線圈原理

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，特斯拉線圈是一種升壓裝置，學(xué)名為“分布參數(shù)高頻共振變壓器”。它帶有兩級(jí)升壓線圈，可以把家用的220V電壓升到數(shù)萬(wàn)伏甚至數(shù)十萬(wàn)伏，然后再經(jīng)放電終端放電。由于電壓很高，放電時(shí)產(chǎn)生的火花就像小型閃電。另一方面，特斯拉線圈包含了LC振蕩回路，因此放電終端產(chǎn)生的交流電具有很高的頻率。

以家用工頻50Hz交流電為例，特斯拉線圈的放電終端可以達(dá)到100千赫茲到1.5兆赫茲，即工頻的2000到30000倍。因此特斯拉線圈可以產(chǎn)生超高電壓但低電流、高頻率的交流電。

首先，工頻電源經(jīng)過(guò)升壓變比為2000以上的變壓器升壓，經(jīng)過(guò)整流橋后對(duì)電容C1充電。當(dāng)電容的電壓高到一定程度超過(guò)了打火間隙（SG）的閾值，打火間隙擊穿空氣打火，變壓器初級(jí)線圈的通路形成，能量在電容C1和初級(jí)線圈L1之間振蕩，并通過(guò)耦合傳遞到次級(jí)線圈。次級(jí)線圈也是一個(gè)電感，放頂罩C2和大地之間可以等效為一個(gè)電容，因此也會(huì)發(fā)生LC振蕩。當(dāng)兩級(jí)振蕩頻率一樣發(fā)生諧振的時(shí)候，初級(jí)回路的能量會(huì)涌到次級(jí)，放電端的電壓峰值會(huì)不斷增加，直到放電。

特斯拉線圈工作原理

特斯拉線圈的工作過(guò)程：電源要先給主電容充電，當(dāng)電壓達(dá)到打火器的放電閥值時(shí)，打火器間隙的空氣電離打火，近似導(dǎo)通，建立初級(jí)諧振回路，通過(guò)振蕩向次級(jí)回路傳遞能量。次級(jí)回路隨之振蕩，接收能量，放電頂罩的電壓逐漸增大，并電離附近的空氣，‘尋找’放電路徑，一旦與地面形成‘通路’，‘閃電’也就出現(xiàn)了，如果沒(méi)有‘閃電’，幾個(gè)（次數(shù)主要與耦合系數(shù)有關(guān)）周波后，初級(jí)回路能量釋放完畢。

較大部分的能量都轉(zhuǎn)移到次級(jí)回路上，一部分能量損耗在回路上。次級(jí)回路繼續(xù)振蕩，并反客為主，帶動(dòng)初級(jí)回路振蕩，以相同的方式把剛才得到的能量還給初級(jí)回路。但又一部分能量損耗在回路上，如此反復(fù)（見(jiàn)原理演示圖），直到損耗掉大部分能量。打火器兩端電壓和電流都不足后，打火器等效斷開(kāi)，由外部電源繼續(xù)給主電容充電。充電過(guò)程要比放電過(guò)程長(zhǎng)得多，大概在3~10毫秒左右。所以特斯拉線圈放電頻度都在每秒100次以上，也使肉眼看上去為連續(xù)放電效果。

原理演示圖：

上面這張形象地描述了特斯拉線圈工作時(shí)的能量傳遞過(guò)程，為了更進(jìn)一步了解變化的快慢，下面從波形仿真角度來(lái)看看電壓的變化過(guò)程：

模擬以上波形的各項(xiàng)參數(shù)：

L1=11微亨，C1=230納法;

L2=60毫亨，C2=42皮法;

主電容工作電壓：V=10千伏

耦合系數(shù)：K=0.14;

諧振頻率：f=100千赫茲;