特斯拉线圈的工作原理

特斯拉线圈的 特斯拉线圈是利用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： 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; 实物参照图：