写在前面
发表本篇文章的基本目的是为了让更多人看完教程之后克服一种看到陌生的东西之后就觉得自己不可能学会的一种心理。相信这样一定会对遏制一些人科技炒作的行为有一定的效果。关于如何看待科技炒作的现状的文章会在月内完成,敬请期待
正文
序言:我第一次看到特斯拉线圈的时候大概是在初中的时候,那时候只觉得“哇!好神奇啊!”、“啊!好牛X啊!”什么的,然而并没有想去研究的意思,但是我真正开始研究电子技术却是从研究特斯拉线圈开始的……那时学校开始学电学(高中电学,我就不发表评价了,反正……),我正好看到一个做“杀手励磁器”的小视频,我习惯性地想用课本知识去解释,却发现根本解释不通,这就引发了我极大的兴趣。后来我又看到“作死物理小讲堂”那个杀手励磁的视频,我稍微明白了一些后便开始尝试去做……其实,看似神奇的特斯拉线圈并没有看起来的那么复杂,制作一个自己的特斯拉线圈其实也并没有想象中的难。稍微用心研究一下,明白了原理之后就会发现也就那么回事,同时,它是一个涉及面很广的系统,在研究特斯拉线圈的过程中可以学到模电、数电、通信、控制等很多其他方面的电子技术,用一种有趣且自己乐于接受的方式去学习真正有用的技能,何乐而不为呢?
就这样,一个“爱学习”、“专注惜时”的“好学生”彻底地“沦为”一个“不做功课”、“不务正业”的“坏学生”……但我不后悔,我认为这样更值得。
本文为讲义,需要配合视频观看:ac4210447
特斯拉线圈(简称"TC")是串联谐振变换器的一种,并没有明确的定义(至少我没有找到)编者注:特斯拉线圈是一种特殊的升压装置,其原理不同于一般的电磁感应变压器,它的升压原理完全基于线圈本身和分布电容之间的串联谐振,因此可以说不属于变压器的行列 而谐振的原理我们之前在ac4167069也简单的提到过,总之特斯拉线圈是一种靠振荡电路谐振升压的一种装置 注解完毕,按我的理解就是外观和功能(制造“闪电”)和尼古拉特斯拉先生当年做出来的那个线圈类似的设备都叫特斯拉线圈。常见的TC分为SGTC(火花间隙特斯拉线圈,火花变流)和SSTC(固态特斯拉线圈,晶体管变流)两大类,不是SGTC就是SSTC。(其实TC总共有四大类:火花间隙变流、晶体管变流、电子管变流、旋转式变流机变流,但是后面这两种比较罕见,尤其是变流机的,一般的爱好者基本无法接触到。)这两大类中又可分出许多小类,如DRSSTC、PLLSSTC、QCWDRSSTC等(度娘的“特斯拉线圈”词条很详细,这里就不赘述了。)这里展示的几个特斯拉线圈是属于SSTC的“单管自激”。本文只是展示和简介,具体的经验和教程正在连载推出中,敬请关注。
首先展示一个我到2015年12月28日为止自己设计制作的(当然也参考借鉴了别人的经验和设计)最成功的一个音乐特斯拉线圈。(电路图和设计说明将在心得中发布,敬请关注)它的电路其实就是用MOSFET的“单管自激”加了电压调制。
效果视频:ac4210447
视频里这个装置的电路原理图如下:
特斯拉线圈实际上就是靠谐振升压,初级线圈只要产生一个接近电抗器(所谓的次级)自谐振频率的振荡耦合到电抗器就可以升压了。原理很简单,但事实上新手做起来还是很吃力的,我也是做失败了3次才成功的,主要原因还是不懂原理、缺乏技巧、不知道去哪找资料。如果能有一篇面向新手的教程,上手就会非常轻松了,可以避免很多不必要的弯路和无意义的尝试。而我现在就正打算出一系列这样的教程,边操作边讲解并加上易错点分析、结合效果讲原理。总之我的想法就是让没基础的朋友做出自己的“玩具”;让有基础的朋友一次做成、更深入地理解。
这是我做出来的第一个能工作的TC。
电路就是单BJT三极管自激(度娘上搜“杀手励磁器”就可以找到),看起来很简单,但是在没有经验的情况下一些问题很难考虑得到。就比如我做的第一个TC(不能用):
当时我刚刚入坑,电子技术基础也就停留在初三毕业自学单片机时的那点水平,用51单片机做个流水灯什么的还行,但连场效应管的原理什么的都不懂,更别说考虑什么电感量、谐振频率了,更关键的是那时候我根本不知道串联谐振变压器升压原理与普通励磁变压器不同……(具体讲解和心得请另见我的心得)
这是我的第二个TC,老老实实地按最简单的图做了,然而…它虽然起振了,但是并没有任何直观效果……
后来总结了一下,如果起振了但没什么明显效果,要么就是电感量太低频率太高或者反馈不足、要么就是尺寸比例不合适损耗太大。上面这图里的就是电感量太小而且耦合太低。
我知道是线圈的问题之后,我撸了好多管子……试了不同的线径、匝数、直径,总算找到点感觉了,于是,我的第三个TC总算能点灯了。
在“杀手励磁器的基础上”稍微加了一点改动之后,可以半米点灯、隔着桌子点灯,而且效果也好了不少。(具体操作和讲解请另见我的教程)
再加一个合适电容,效果更好了,还能自己喷出一点点电弧
然而,“杀手励磁器”的三极管如果就用BJT,那么不论怎么并管、怎么改,效果都很难更好。其实,只要功率够大,效果怎么都不会差,(有兴趣的话看看山猫的那些大功率的,电弧随随便便都是2、3米)所以我想换成MOSFET。但是对于新手来说,如果不熟悉MOSFET的使用话,还是要费洪荒之力才能弄好的……(具体操作和介绍请另见我的教程)我当时也是炸了一堆管子才研究明白,如果当时能有一个全解式的资料,我肯定就能一次弄成……(编者:因此才有了这个教程吗)
换用MOSFET之后,用12V供电都可以一次点亮4个荧光灯,其中两个接近满亮度。36V供电,CW模式下自己喷弧都可以喷到几十毫米长。
其实串联谐振变压器并没有所谓的“初级”和“次级”,所谓的“次级”其实就是电抗器(一个具有较大寄生电容和较大表面积的电感器)。一般特斯拉线圈的“初级”其实是和电抗器的一小部分耦合形成励磁变压器,而耦合不一定非要用变压器的耦合方式。无论激励源是什么形态的,LCR串联回路只需要给回路一个频率合适的电源就可以实现串联谐振升压。如下图,使用单独的励磁变压器作为高压电源而不使用“初级”,电源是12V6A的开关电源,电路加了2A的自恢复保险丝,拉弧最大长度可达3厘米:
下面这图比较明显,ne555的推挽输出直接连接电抗器,电路供电是12V的电池包,电抗器周围的电压最大值约为6KV:
上面的图全都是工作在CW模式,所以“喷出”的等离子体呈短粗的簇状,而QCW模式下,电晕可逐渐沿之前的电离通道加长,所以电弧成刺状,同功率下的电弧更长。下面这图是我后来因为参赛需要,照着网上的“Class E PLLSSTC”抄的驱动板,用这个线圈供电36V在QCW模式下电弧可以达到8厘米(引弧时最长时可达12厘米)。但是我感觉同条件下的能效比单管自激的低得多。(更多细节请另见我的教程)
第一章完
最后还是提一下山猫说的那个事吧。。。不知何时圈子里开始流行作死,比如给20A的管子上50A,谁炸了谁技术不好,或者给电解电容器超到600V之类的,这里我说一声,生命只有一次作死需谨慎。我们所一样反对此类科技炒作的行为。
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