特斯拉线圈原理

特斯拉线圈

"Tesla"，特斯拉线圈就是从这个英文词音译过来的。特斯拉线圈又叫泰斯拉线圈，特斯拉线圈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

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。

特斯拉线圈工作过程

首先，交流电经过升压变压器升至2000V以上（可以击穿空气），然后经过由四个（或四组）高压二极管组成的全波整流桥，给主电容（C1）充电。打火器是由两个光滑表面构成的，它们之间有几毫米的间距，具体的间距要由高压输出端电压决定。当主电容两个极板之间的电势差达到一定程度时，会击穿打火器处的空气，和初级线圈（L1，一个电感）构成一个LC振荡回路。这时，由于LC振荡，会产生一定频率的高频电磁波，通常在100kHz到1.5MHz之间。放电顶端（C2）是一个有一定表面积且导电的光滑物体，它和地面形成了一个“对地等效电容”，对地等效电容和次级线圈（L2，一个电感）也会形成一个LC振荡回路。当初级回路和次级回路的LC振荡频率相等时，在打火器打通的时候，初级线圈发出的电磁波的大部分会被次级的LC振荡回路吸收。从理论上讲，放电顶端和地面的电势差是无限大的，因此在次级线圈的回路里面会产生高压小电流的高频交流电（频率和LC振荡频率一致），此时放电顶端会和附近接地的物体放出一道电弧。 　　

尽管从理论上讲，放电顶端和地面的电势差为无限大，但是在实际上电弧的长度不会无限大，它受到供电电源（升压变压器）的功率限制，计算方式为：电弧长度（单位：厘米）=4.318×根号下P（单位：W），前提是初级LC振荡回路和次级LC振荡回路的LC振荡频率完全一致（即所谓的“谐振”状态，此时电弧长度会达到最长且效率最高）。如果不谐振（初级和次级频率不相等），电弧长度将无法达到公式计算的结果。 　　判断是否谐振的方法：1.L1C1=L2C2；2.初级LC振荡频率=次级LC振荡频率。达到两个情况中的任意一种，即为谐振。事实上，这两种情况的实质是一样的，即，符合条件1的时候，一定会符合条件2。

图1 特斯拉线圈电路

特斯拉线圈常见分类
　　
SGTC=火花间隙特斯拉线圈 　　
尼古拉·特斯拉先生本人当年发明的“特斯拉线圈”就属于SGTC。由于构造、原理较为简单，所以也是现阶段初学者入门特斯拉线圈。
SSTC=固态特斯拉线圈 　　
VTTC=真空管特斯拉线圈 　　
DRSSTC=双谐振特斯拉线圈 　　
OLTC=离线式特斯拉线圈 　　
SISGTC=触发二极管-IGBT-火花间隙特斯拉线圈  Jacobs Ladder作品

特斯拉线圈原理说明

特斯拉线圈是一种使用共振原理运作的变压器，是美国科学家尼古拉·特斯拉在1891年发明的。特斯拉当时发明这种线圈当然不是用来制造闪电，而是希望用这种线圈进行一些实用性实验，比如用它来开发高亮度照明器、产生荧光光谱和X射线的仪器、电疗仪器、无线电力传输等。

特斯拉线圈的主体部分是盘成蚊香状的主线圈和一根柱状的二极管圈，顶端有一个球状的放电装置。闪电制造者身穿特殊制造的绝缘防护服，就可以避免闪电对自己的危害了。特斯拉线圈除了可以在人体表面放电外，一些物品经过特殊防护后也可以放电。一些艺术家为了人造闪电的照片呈现节日烟花般的绚丽效果，特意在照相机上方安装了一个滤色转盘，让人造闪电呈现出不同的颜色。如果利用超长曝光的摄影技术，可以在同一张照片中展示长达十几秒的闪电叠加出来的效果。　

特斯拉线圈的制造需要深厚的电工基础，而且需要合适的防护措施，最好是有专业人士的指导，否则将十分危险，因为这种装置可以轻易将普通电压升至几十万伏高压，如果不小心触电，实验者连同周围的人很可能会在瞬间烧焦成灰。因此，对于这种危险度极高的游戏，特斯拉线圈爱好者常常警告观众：“敬请欣赏，严禁模仿！”我们也希望家长对孩子进行正确引导，让孩子在看过有关“闪电男孩”的节目之后不要贸然地去制造人造闪电。　　
 

在特斯拉线圈的各种可能的实际用途中，被人们最看好的是无线电力传输，因为这种线圈不但可以无线发射电力，也可以无线接收电力。因此，“闪电男孩”的一个愿望是将来能够利用特斯拉线圈来接收来自天空中的闪电，并把这些闪电的能量转化为电力传输给千家万户。　　

闪电中蕴含的能量十分惊人，一次闪电的功率就可能达到几十万瓦。但是，为什么至今人们还没有利用闪电来提供能源，这是因为闪电发生时间短至几十毫秒，电压则高达数百万伏，可以说很难捕捉。而特斯拉线圈则是捕捉闪电的可能性工具之一。虽然“闪电男孩”的愿望实现起来比较难，但也并非完全不可能。我们期盼着他获得成功的那一天。
 
图2 特斯拉线圈原理