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      [ 電子 ] 固態特斯拉線圈制作教程

      2012-1-4 19:46| 發布者: HYI | 查看: 201754 |原作者: 獵鷹

        固態特斯拉線圈制作教程


        對與大多數玩了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,然后經由兩極線圈,從放電終端放電的設備。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備,制造出了眩目的人工閃電。


        諧振定義:


        在物理學里,有一個概念叫共振:當策動力的頻率和系統的固有頻率相等時,系統受迫振動的振幅最大,這種現象叫共振。電路里的諧振其實也是這個意思:當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到峰值。實際上,共振和諧振表達的是同樣一種現象。這種具有相同實質的現象在不同的領域里有不同的叫法而已。(說個易懂的,當兩個振動頻率相等的物體,一個發生振動時,引起另一個振動的現象叫做共振,在電學中,兩個等頻振蕩電路的共振現象,叫做諧振。)


        電磁振蕩LC回路

        (L:電感,C:電容)

        電磁振蕩LC回路能產生大小和方向都都作周期發生變化的電流叫振蕩電流。能產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、導線),從能量角度看沒有其它形式的能向內能轉化,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振蕩電路在發生電磁振蕩時不向外界空間輻射電磁波,是嚴格意義上的閉合電路,LC電路內部只發生線圈磁場能與電容器電場能之間的相互轉化,即便是電容器內產生的變化電場,線圈內產生的變化磁場也沒有按麥克斯韋的電磁場理論激發相應的磁場和電場,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動產生,只能是由振蕩電路產生。其工作流程為:充電完畢(放電開始):電場能達到最大,磁場能為零,回路中感應電流i=0。放電完畢(充電開始):電場能為零,磁場能達到最大,回路中感應電流達到最大。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化。在振蕩電路中產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系的磁場和電場都發生周期性變化,這種現象叫電磁振蕩。


        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(特斯拉本人發明的那種)

        -分枝:SISGTC(Sidac-IGBT SGTC)=以觸發二極管-IGBT替換火花隙的特斯拉線圈

        SSTC(Solid State Tesla Coil=固態特斯拉線圈(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=戊類功放式固態特斯拉線圈

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

        -分枝:QCWDRSSTC(Quasi Continuous Wave DRSSTC)=準連續波雙諧振


        固態特斯拉線圈

        CWDRSSTC(Continuous Wave DRSSTC)=連續波雙諧振固態特斯拉


        線圈


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


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


        SGTC:傳統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:現代電子愛好者們根據特斯拉線圈的本質原理,發明了固態特斯拉線圈(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展。固態特斯拉線圈不僅可以產生炫目的閃電,還可以利用電弧演奏音樂!因此特斯拉線圈除了應用于高壓領域外,也不失為一件很好的藝術品。


        固態特斯拉線圈的原理是:通過驅動電路,將市電(220VAC 50Hz)轉換為高頻交流電,通過初級線圈轉化為高頻磁場,當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。對于固態特斯拉線圈,他沒有電容組,只有驅動電路、初級線圈、次級線圈和放電端,他是依靠驅動電路來產生高頻電流,送入初級線圈產生高頻磁場;而傳統的火花隙特斯拉線圈則是依靠打火開關接通/斷開,來激發初級線圈和電容組振蕩,產生高頻磁場,這是這兩者的區別!


        總結:SSTC的工作方式是驅動板產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的驅動板可以簡單地看成一個震蕩信號發生器。


        DRSSTC:由于固態特斯拉線圈驅動電路的負載是一個初級線圈,為感性負載,其功率因數低,能量利用率較低,同時初級線圈電流瞬時值也不夠大,所以導致固態特斯拉線圈產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特斯拉線圈(DRSSTC)的模型,以彌補普通固態特斯拉線圈的不足。雙諧振固態特斯拉線圈是在普通特斯拉線圈的基礎上,在初級線圈上串入電容組,并讓驅動電路輸出頻率=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,其負載特性為純阻性,功率因數高,能量利用率也就提高了;2.由于初級部分是諧振的,導致初級電流上升較快,瞬間電流較大,從而使得產生的閃電比較壯觀。因此,雙諧振固態特斯拉線圈更受到廣大愛好者的歡迎!


        總結: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。但是性能卻遠遠高于SGTC。


        固態特斯拉線圈的結構


        固態特斯拉線圈由三個部分組成:功率電路驅動電路滅弧電路

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        功率電路:


        紅色表示高壓藍色低壓黃色為中間壓。通電時,由于開關管關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

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        當開關管打開,大量的正電荷流向電容的負極,在電流的流動中經過了初級線圈。

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        當另外一個開關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。這種有兩個開關管的我們叫它半橋,它的特點是只要兩個開關管省錢,由于在充電時有兩個電容串聯,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,實現震蕩,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。

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        D3-6是瞬態二極管是用來防止突然來的高壓擊穿開關管。


        C3是吸收電容,由于線路間是存在分布電感的,在高頻開關狀態下,容易產生寄生振蕩和尖峰電壓,從而導致開關管損壞,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管的觸發極和低壓線上并聯30V左右的穩壓二極管,防止驅動信號電壓過高擊穿開關管。

        以上的輸入電源必須是直流電也就是經過整流橋的市電!


        為了產生振蕩的電流我們必須要準確地控制開關,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”驅動電路了(如果這一節沒有看懂也沒有關系,只要記住是發出信號控制開關管就行)壇子里很多人都很熱衷于STEVE的Dr驅動電路,但是仔細的想想,他這個電路的缺陷還真的是不老少。我們先對其進行分析,一遍指出其優略。

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        好的!轟隆隆!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】充電電流到達主槽路使主電容c4于初級線圈L1產生震蕩,同時這個充電脈沖被電流變壓器T1探測到。T1的箍數取決于電橋中設計通過的電流,我們的目的是將電流通過變壓器縮小到適合驅動CMOS元件的大小。你可能會想如果箍數是1:200的話,電壓豈不是會很高?不要擔心,我們有偉大的穩壓管d19&d20~穩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)的穩壓管。當T1上部為正半周時,會有一個上千伏的電壓,此時穩壓管擊穿近似接地,當把電壓放到5.1v時穩壓管截止,由于穩壓管恢復時間慢,我們反串一只快恢復或者肖特基來代替穩壓管成正向導通反向截止的過程,負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】

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        當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,繼續來,R2是限流電位器,依個人情況調試~c1耦合不解釋,4148削掉大于電源電壓的尖峰后進入u1整形,由于hc14是反相施密特觸發器,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在,按理說就已經可以用現在得到的反饋信號來驅動橋了。


        滅弧控制器講解:


        滅弧控制器用于產生滅弧信號,控制DRSSTC的工作參數。


        答:固態特斯拉線圈的滅弧是模仿火花隙特斯拉線圈的工作,即間歇工作。因為火花隙特斯拉線圈是打火才諧振放電,其放電并不是連續的。固態特斯拉線圈的滅弧也是起到讓電路間歇工作的作用。其目的主要有兩個:


        1.增加弧長:實驗證明,連續模式(CW)的固態特斯拉線圈由于功率要是在沒有時間限制情況發揮出來弧并不長,且呈簇狀。用滅弧時首次開啟放電電離部分空氣。然后關斷前一次被電離的空氣還沒散去時再開啟。又于上次被電離的空氣更易導電。固電流順原有點弧軌道到上次的末端放電。以此類推。點弧可在n個周期以后增長的非常長。。但是由于周期很短人察覺不到?此齐娀∫幌伦泳捅l的很長


        2.防止電流過大:因為DRSSTC的初級是諧振的,電流會上升到很大,所以需要在電流振升到一定程度就切斷電路,以保護開關管。


        現在原理基本上懂了就可以講解如何制作了選材:


        次級線圈的骨架:建議用PVC管制作,這個東西在生活中容易得到,可以從當地的建材市場買到。還需要合適的PVC管接頭(方便次級和對地電容的固定)


        漆包線(繞制次級線圈):這個根據設計去買,可從當地的電子市場去買,就是修電機用的那種。他們是按照公斤買的,如果遇到了按照“米”賣的,就別買了,那是宰人呢~~


        一般70-80元一公斤,按米來賣“宰人”的商家一般是0.5-1元一米。(小于1MM)


        我曾經計算過假如100元一公斤

        

      固態特斯拉線圈制作教程

        看完后就知道商家宰人多厲害了吧。


        絕緣漆:保護次級線圈不被擊穿


        對地電容:(次級線圈上面的那個頂端):可以用鋁制通風管去做,普通的五金店都有


        初級線圈:建議用銅管制作,在當地賣制冷設備的地方就有(高頻電流有趨膚效應)。


        如果實在是沒錢只有用便宜的鋁管,不過效果不好,當然不支持。


        初級線圈骨架:用亞克力板制作,塑料菜板,或者用PPR管制作,不過在加工的時候,比較麻煩。


        諧振電容器:(后面單獨講)


        電路板:可以自己照著圖制作,但是建議到科創論壇買專門的套件(價格不高,基本上在50-100元一張驅動,性能很好,美觀度高,體積小,),畢竟自己去印板子費用很高,印制電路板打樣的費用80-150元一張,有時買套件的費用會比用洞洞板的還低,畢竟焊錫的價格很高。磁環:用于繞制互感器用氧鐵體的根據功率的大小選擇,一般價格2-5元一個(大小不同價格有差異)。


        電線:(這等于說廢話,不過也害怕有的朋友把這個最重要的忘記了)


        整流橋堆和濾波電容:交流電轉化為穩定的直流電作為電源。


        變壓器:

        和SGTC的主變壓器不同,這里的變壓器是小功率的低壓變壓器,是給驅動電路板供電,電壓根據驅動電路板的設計來定。

        (如果有條件還建議買一臺調壓器給功率電路供電,畢竟在調試時如果用220V的高壓很容易損壞開關管,就需要降低低壓來減小總功率。)


        其他材料:木板,亞克力板,有機玻璃,以及其他的材料(根據你的構思決定,這些東西是用來固定裝置部件用的)。


        所需工具:手鉗子,螺絲刀,鋼鋸,鉆頭(建議買電動工具,畢竟要方便很多,當你在制作的時候就會體會到電動工具的好處了),,等等~(有條件的朋友,最好買個示波器,,信號發生器,用于測出諧振頻率和電路的調試,經濟稍差點的朋友可以買電容電感表,測量初級,次級的電感量,電容量)


        設計&制作:

        文中涉及到的參數均為與圖片匹配的參考數據,不要仿制!


        設計次級線圈:


        先在自己的大腦里大概想象一下,打算做的特斯拉線圈次級體積多大(次級的直徑和高度,PVC管常見直徑有5厘米,7.5厘米,10厘米,15厘米,20厘米,25厘米,31厘米的幾種規格),選用漆包線規格0.23mm,0.31mm,0.41mm,0.51mm(漆包線規很挺多,在這里就不一一列舉了),一般次級線圈在1500~1800匝左右。

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      會員評論

      • 引用 空人心 2018-1-3 15:16
        厲害
      • 引用 模塊葉子 2017-10-29 00:00
        教科書級別的教程!
      • 引用 模塊葉子 2017-10-28 23:28
        emmm看著電路圖就能做一個,感謝樓主分享
      • 引用 易團俊 2013-6-15 22:54
        這是個好東西啊
      • 引用 ///// 2012-6-1 17:32
        驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝驚訝 ...
      • 引用 Systemroot 2012-5-29 14:18
        Steve 的DR1驅動電路的起振脈沖不是來自橋電路,而是滅弧脈沖!
      • 引用 蟑螂餓霸 2012-5-19 10:05
        樓主你太有才了
      • 引用 woaifamin 2012-3-31 16:13
        好吸引,好刺激
      • 引用 youngman 2012-3-29 15:49
        實際線路不是很清晰,如果能再清楚一點就好了。
      • 引用 種子 2012-3-24 17:21
        童鞋對外出售不???????????
      • 引用 ︷青爭→□ 2012-3-21 18:10
        腦殼大了
      • 引用 spark1976 2012-1-25 05:50
        成本很高啊
      • 引用 游客 2012-1-24 15:13
        這個很好,就快成功了   ^_^
      • 引用 ωǒ種下愛ャ 2012-1-24 03:27
        好專業啊,看不懂!
      • 引用 shampo 2012-1-23 20:51
        一個字:暈
      • 引用 ㄣ藍銫格調_ 2012-1-20 17:22
        這是10班人玩的呀!
      • 引用 游客 2012-1-16 15:34
        縮嘎
      • 引用 游客 2012-1-16 15:33
        eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee ...
      • 引用 游客 2012-1-16 11:11
        我是一個不愛穿褲衣服,褲子,內褲的女孩,試過不穿褲衣服,褲子,內褲去走路
      • 引用 swf54330182 2012-1-16 10:36
        有這么多講究
        .

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