电磁震荡偶合原理！
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我也想玩.

特斯拉线圈是利用电路谐振进行能量变换的高压发生装置。它的工作原理与普通变压器有较大不同。普通变压器的耦合系数K一般接近于1，所以初级和次级电压基本成比例关系;而特斯拉线圈的耦合系数一般都小于0.3，工作时，两级电压比例是随时间变化而变化的，不成线性关系。下面先来看看特斯拉线圈的主体结构：


    
    



       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：
              



      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;

特斯拉线圈由来
      

       特斯拉线圈（teslacoil）也叫泰斯拉线圈 ，是一种结构简单拉弧能力超强的高压发生器，由美国著名物理学家和发明家特斯拉（NikolaTesla ）发明。

       特斯拉在1856年诞生于南斯拉夫克罗地亚的斯密良的一个牧师家庭．  

　　特斯拉从小由研究过变态心理学的母亲进行启蒙教育．他非常喜欢动手制作一些小玩具．据说他五岁的时候，就用竹子做了一个喷水枪．后来他又制造了一个水轮，当他看到水轮能在小河里产生动力的时候激动万分．1863年特斯拉随全家迁往戈斯皮契市，转到城里上小学．1870年从大学预科毕业后，考入布拉格大学．  

　　在大学里，特斯拉对电学仪器特别爱好，对电话有极浓厚的兴趣．大学毕业后，他到布达佩斯的一个电话实验室工作．负责在布拉格和布达佩斯之间建立了一条电话线，实现了两地之间的第一次通话．1882年特斯拉进入设在巴黎的欧洲大陆爱迪生公司工作．两年后前往美国，在爱迪生手下工作，因为怀才不遇，于1888年到美国发明家威斯廷豪斯（1846—1914）门下进行电气研究，发明累累，取得不少专利．不久和威斯廷豪斯一起开设特斯拉电气公司，专门研究交流电．1889年特斯拉加人美国籍，在科罗拉多定居．  

　　19世纪末期，在爱迪生的主持下，直流电已经有了相当广泛的应用．不过在实用中，直流电有很大的缺点，不仅耗费大量的铜线，而且不能作远距离输电，每平方英里地区需要配备一个独立的发电机来供电，很不经济．特斯拉考虑采用交流电系统来代替直流电．
        
　　交流电系统使用高电压、小电流供电，然后再用变压器调节电流、电压，来适合用户需要．它的突出优点是可以用细导线实现远距离电力输送．  

　　然而，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对．出于竞争的需要，爱迪生不择手段地声称，采用交流电比采用直流电危险得多．  

　　为了打破爱迪生的技术垄断，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”，它由一个感应圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成．这种装置可以产生频率很高的高压电流，不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应．特斯拉在一次记者招待会上，用这种装置使电流通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线，使在场的记者一个个惊讶得目瞪口呆，取得了极大的宣传效果，当然特斯拉也获得了最终的胜利，然而，现在众多爱好者所制作的特斯拉线圈目的已完全改变，不再是证明什么交流电的安全性了，而是完全冲着它独具魅力的闪电效果来着，这样，特斯拉线圈也慢慢地成为一种观赏性装置

特斯拉线圈种类[原]



    特斯拉线圈从诞生到现在，已有100多年的发展历史，为更好了解它，下面将从功率大小和开关类型角度对其做个简单分类。

    按功率大小来分：超小功率型（<50W）、小功率型（50~500W）、中等功率型（500~5000W）、大功率型（5~50KW）、超大功率型（>50KW）。
    超小功率型：理论上讲电弧长度可以达到30厘米，但好象网上做出来的都在10厘米左右，而且成品的外形比例较难把握，不好看，所以观赏性不高。

    小功率型：这个类型比较适合初学者入门研究用，体积不大，用料不多，报废了也不可惜，呵呵。
  
    中等功率型：如果你要想做一个具有真正意义且具备观赏价值的特斯拉线圈，这个类型最合适，既能得到美丽的电弧，又能得到极具纪念价值的陈列品，它的尺寸既不幼稚也不夸张，放在家中也比较适合。

    大功率型：对于超级发烧友而言，非大功率型是很难满足胃口的。虽然5米长的电弧看起来很满足，但是前提条件是：你时间够多，腰包够鼓，地盘够大......。

    超大功率型：这种庞然大物一般是由一些组织或团队制作完成的，一个人力量远远不够，它的电弧可以达到十几米，功率也大得吓人，那个号称是世界上最大的特斯拉线圈的功率居然达到了140KW。  


    按开关类型来分的话有机械开关（间隙放电）和电子开关两种；

    1.机械开关型；    
    优点：功率大，最大可达100KW以上，结构简单；
    缺点：效率低，放电间隙的声光污染严重。
    机械开关型的特征部件是打火器，它是利用空气在电离后电阻迅速下降的特性来实现开关的，打火器算是传统型特斯拉线圈的核心部件。打火器有被动放电与主动放电两种形式；被动放电式的放电间隙宽度是固定的，当触点间电压达到击穿阀值后自动放电。一般2KW以下可采用这种方式。主动放电式的放电间隙宽度是不断变化的，触点接近时放电，远离时断电，且带灭弧作用，所以，功率大点的大都采用这种方式。


被动放电式：                                                                  主动放电式：
                              


    2 .电子开关型；    
    优点：效率高，无声光（放电间隙）污染，直接使用市电而无需高压电源；
    缺点：功率偏小，一般都在5KW以下。
    电子开关型特斯拉线圈英文简称SSTC，它的特征部件主要由电子管或晶体管组成，并取代了原来的打火器，这是现代电子科技发展的必然趋势，所以现在越来越多的特斯拉线圈爱好者都开始往这方面发展。到目前为止，就我所知，电子开关型已衍生出三种：VTTC、OLTC、DRSSTC，下面是三者的原理图。



VTTC原理图：
                  


OLTC原理图：





DRSSTC原理图：
    
                          



注:   SSTC :      Solid State Tesla Coil ;
       VTTC :     Vacuum Tube Tesla Coil;  
       OLTC :     Off Line Tesla Coil;
       DRSSTC : Double Resonant Solid State Tesla Coi

下面将把该特斯拉线圈分解成五部分来介绍：放电终端、次级线圈、初级线圈、初级电容阵列，打火器。
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1.特斯拉线圈放电终端的制作

在这部分的制作比较简单和随意,我这里介绍一种比较成熟和简易的制作方法,也就是最常见的环型放电终端。

主要材料:
1.  4寸直径的燃气热水器通风管,(就是那种全金属的可弯管,家里有燃气热水器的一看便知)如图
        



2.      7寸直径的平底金属盘(用来做派的),其他类似金属物也可,关键1.平底 2.金属    如图:


3.      包裹金币巧克力的那种较厚的铝箔

首先将平底金属盘底对底用螺丝固定如上图,接着将铝管盘成圈状,使其正好能卡在平底金属盘制作的骨架上如图:





铝管的接口处用铝箔封口如图:



接线点定位图:


组装好的成品如图:



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2.特斯拉线圈次级线圈的制作

特斯拉线圈中的次级线圈是整个特斯拉线圈中制作最耗时耗神的部分.
需要如下材料:

1.高质量漆包线,线的直径从以下选择:

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                                             漆包线规格表
-----------------------------------------------------------------------------------------------------    
标称直径(mm)    美规(AWG)   英规(SWG)    每米电阻(Ro/Ω*m-1)    每米重量(g)  
0.250                     30                 33               0.3345                     0.4367
0.280                     29                 32               0.2676                     0.5477
0.315                     28                 30               0.2121                     0.6932
0.355                     27                 29               0.1674                     0.8805
0.400                     26                 27               0.1316                     0.9825
0.450                     25                 26               0.1042                     1.4148
0.500                     24                 25               0.0846                     1.7466
0.560                     23                 24               0.0673                     2.1910
0.630                     22                 23               0.0534                     2.7729
0.710                     21                 22               0.0420                     3.5219
0.800                     20                 21               0.0331                     4.4714    
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2. 聚氯乙烯管材,直径15厘米,最少2米,普通的五金店都有的卖,但都比较长，一根都4米以上的。
厚度的话，自己感觉结实就好。
3.要用木头制作一个绕线架.还要制作两个圆片用来穿在圆筒两边,再在圆片中间打眼,穿入中心轴,架到线架子里面就可以绕线了,本系统大约绕900~1000匝就适合了.总线长大约在500m左右,但市面上大多是论斤卖,所以你得先把它换算成重量后再出门买~.

聚氯乙烯管材:


优质漆包线:


固定圆桶所制作的圆盘:


安装到绕线架上的次级线圈:


次级线圈下接头(接地线):


次级线圈上接头(接放电终端):


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3.特斯拉线圈初级线圈的制作


在本特斯拉线圈的设计中初级线圈采用铜管绕制成蚊香状.铜管是用于汽车,供热,中央空调中的那种管壁较厚的承压铜管.直径8毫米大约绕制9-10匝(大约需要9米)

铜管如下图(要尽可能选择外表光滑无锈无伤的):


铜管盘成如下图:



这样盘成的主线圈可以适用于6英寸到8英寸的次级线圈。

初级线圈支架用5毫米厚的软塑料板(非脆性塑料)做,例如塑料刀板。


将其按等距离打眼，大小要依铜管直径而定，如图:



底座选用普通中密度板就可以了,这个底座还有用,将来底下要放其它东西.也尽可能加工好。

接下来把铜管和塑料支架穿起来如图:


内圈接头部分,将中密度底版在相应地方开孔引出一个接头如图:
从上看：


从下看


再找一截铜管做为接地保险,注意,不可闭合!如图安装:


找个保险丝座，做成滑动接头，调试时非常好用，如下图：


顺便提一下，主线圈不一定都是那种形状，还有其他的，例如：



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4.特斯拉线圈初级电容阵列的制作


在特斯拉线圈中,有一个好的电容是非常重要,因为所有电弧的能量都是由电容直接提供。
在诸多电容中，高压电容可以说是最理想的，但一般很难买到,价格也贵,所以只能将就着使用普通无极性电容了。为了达到所需的耐压和容量必须将其进行串联和并联。

需要准备的材料:
1.无极性电容,(聚乙烯,聚丙烯,CBB电容 等)一般常见高压电容规格主要有:1600v- 0.047uf  , 1600v- 0.068uf两种;电阻 10兆欧 ， 如下图:



2.有机玻璃板

3.塑料螺丝

步骤:1.首先计算所需要的电容个数和排列方式根据以前提到的变压器匹配计算得到电容量为0.0318uf    10kv
手头电容规格为1600v-   0.047uf(此处注意:电容的耐压标示都是制 直流 ,而且电容器交流耐压与电容材质等多种因素有关,不能简单认为只要将直流耐压值除以1.414 就得到交流耐压值.)

从寿命和安全性角度出发,建议将每电容分压值定为450v~
则得到整个电容阵构成为:22串一链,共14链并联,一共308支电容电阻
电阻的用途是为了当停止使用时对电容中的残留电荷进行放电,使用方法就是每支电容都要并联一支10兆的电阻(1/4~1/2w)**安全提示**若没有放电电阻,则电容阵中储备的能量将可能存在很久而对人身造成伤害!

下图显示了一个电容链,它是蛇行排布的:



注意!电容之间不要紧密接触!要留有一定空隙如图:


层与层之间要用4mm厚的有机玻璃隔离,每层包含两个链;
固定使用塑料螺丝(一般都叫尼龙螺丝),如图:



每层都有各自的接口使之成为独立可使用的单元如图:



说实话，这样的电容陈列做起来太烦琐了，建议有条件的朋友选用高压电容来做，那样就简洁多了:




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5.特斯拉线圈打火器的制作


制作打火需要以下材料:
1.200mm直径pvc管材,长400mm

2.90mm长,直径20mm铜管若干

3.双头螺丝 若干(是铜管数目两倍)




打火器其实相当于一个开关器,未打火时能量由变压器传递到电容阵,当电容阵充电完毕时两极电压达到击穿打火中的缝隙的电压时,打火器打火,此时电容阵与主线圈形成回路,完成L/C振荡进而将能量传递到次级线圈.

制作步骤:
1.先将铜管打眼,如图:



2.再在pvc管上打眼后,将铜管固定在pvc管内部如图:




3.组装后:


    为了根据需要调整放电间隙,每相邻螺栓代表1mm的放电缝隙(螺栓即为接线柱)，这样安装只要变换接线柱就可以很方便的根据你的设计电压进行调整了.
    打火器工作时发热很严重,每30秒就得停5分钟，故需加装风扇。打火器中间还要找个东西堵一下，以改善风道。最后，弄个盒子把低部封好，如下图：

内部：
  
整装后：



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以上介绍仅供参考，祝各位成功。

特斯拉线圈的计算与调试

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(下面公式,已做成软件：特斯拉线圈设计程序 )


   在制作特斯拉线圈前，要确定大致尺寸就得进行理论计算，相关公式如下：

1.电弧长度:   电弧长度 L(单位:英寸);   变压器功率  P (单位 瓦特);    L=1.7*sqrt(P)   sqrt为开方

2.电容阵列相关参数: 变压器输出电压(交流)E(单位 伏特); 变压器输出电流 I(单位  毫安);   电容阵最大容量C(单位 微法)   交流频率F(单位赫兹)    C=(10^6)/(6.2832*(E/I)*F)                

      [P.S   电容的大小涉及到与变压器功率的一个匹配问题,当电容过大时在交流上升到顶点时(既
sqrt (2)*V时,电容电压过低无法击穿打火器的空气缝则打火器无法启动就无法工作,整个系统也就无从启动 ]

3.电容阵的计算：电容阵列是由固定参数的电容组成的，而且都是简单串并联,相关计算初中就学过,
    在此就不提了。阵列总耐压最好不低于变压器高压端的峰值电压，但也没必要取太大，事实上电容
    的实际耐压要比标称耐压高2倍以上，所以，加上电容品质的考量后，取值在100%~150%之间便可。
                                                  

4.线圈电感的计算:    

        初级线圈相关计算 如下图：
                            


       次级线圈相关计算如下图：      
                            



       放电终端相关计算如下图：
                
      
    注：以上公式中：N为匝数，PI为圆周率；振荡频率: F= 1/(2*Pi*sqrt(L*C))  ；
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      以上公式计算的结果可能与实物参数有出入，但确定实物的大概尺寸是足够了。要想获取最终的准确数值，可能还得进行实测，但对普通爱好者而言，拥有完备的测量仪器是件极度奢侈的事情。有万用表的算是小康，还有电容电感表(以下简称电感表)的便算是小资了。我就是用电感表（借的）测的，初级电容和次级电感都可以靠它准确测出，虽然初级线圈电感和终端电容也能测，但误差都在10%左右，如想出最佳效果，各个参数误差最好控制在2%以内，所以另外两个参数只能通过计算得出了，我的做法是：
    先用电感表测出初级电容和次级电感，再用信号发生器驱动谐振回路，调出谐振频率（谐振时，电容或电感两端的电压最高，主回路输入电流最大），最后代入公式f = 1/(2*Pi*sqrt(L*C))算出对应的电感和电容。
    实在没仪表的朋友 就只能通过实验来调出最佳效果了，这个方法更简单实惠，但前提是你的理论计算要准确，偏差太离谱，就失去调节的方向了。

抄别人的，哈哈

额，06年问的，08年才回答，正解在09年

[s:254]，我全看不了图

他本来就没发图，我也看不了

太太太太太太太太太太太太经典了。。。。。。。。。。。。。。。。。
原谅我的灌水