特斯拉線(xiàn)圈原理揭秘解讀

 特斯拉線(xiàn)圈原理揭秘解讀

特斯拉線(xiàn)圈是一種射頻 振蕩器，可驅動(dòng)空芯雙調諧振變壓器，在低電流時(shí)產(chǎn)生高壓。特斯拉的原始電路以及大多數現代線(xiàn)圈使用簡(jiǎn)單的火花隙來(lái)激發(fā)調諧變壓器中的振蕩。更復雜的設計使用晶體管或晶閘管開(kāi)關(guān)或真空管 電子振蕩器來(lái)驅動(dòng)諧振變壓器。
特斯拉線(xiàn)圈可以為大線(xiàn)圈產(chǎn)生50 千伏到幾百伏的輸出電壓  。交流電輸出處于低射頻范圍，通常在50 kHz和1 MHz之間。雖然一些振蕩器驅動(dòng)的線(xiàn)圈產(chǎn)生連續的交流電，但大多數特斯拉線(xiàn)圈都有脈沖輸出; 高壓由一串快速的射頻交流電脈沖組成。

如下所示，常見(jiàn)的火花激發(fā)特斯拉線(xiàn)圈電路由以下部分組成：

高壓電源變壓器 （T），用于將交流電源電壓提升到足夠高的電壓以跳過(guò)火花隙。典型電壓在5到30千伏（kV）之間。
甲電容器 （C1） ，其形成一個(gè)調諧電路與所述初級繞組 L1特斯拉變壓器的
甲火花隙 （SG）充當在初級電路中的開(kāi)關(guān)
特斯拉線(xiàn)圈（L1，L2），一種空芯雙調諧諧振變壓器，可產(chǎn)生高輸出電壓。
可選地，平滑金屬球或環(huán)面形式的電容電極（頂部負載）（E）連接到線(xiàn)圈的次級端子。其較大的表面積可抑制過(guò)早的空氣擊穿和電弧放電，從而增加Q因子和輸出電壓。

諧振變壓器


單極特斯拉線(xiàn)圈原理電路。C2不是實(shí)際的電容器，而是表示次級繞組L2的寄生電容，加上環(huán)形電極E的對地電容。

次級的更詳細的等效電路顯示了各種雜散電容的貢獻。
特斯拉線(xiàn)圈電路中使用的專(zhuān)用變壓器，稱(chēng)為諧振變壓器，振蕩變壓器或射頻（RF）變壓器，其功能與交流電源電路中使用的普通變壓器不同。雖然普通變壓器設計用于有效地將能量從初級繞組傳輸到次級繞組，但諧振變壓器也設計用于臨時(shí)存儲電能。每個(gè)繞組都有一個(gè)電容，用作LC電路（諧振電路，調諧電路），存儲振蕩電能，類(lèi)似于音叉。由相對較少匝的重銅線(xiàn)或管組成的初級線(xiàn)圈 （L1）通過(guò)火花隙（SG）連接到電容器 （C1 ）。[15] [16]所述的二次線(xiàn)圈（L2）包括許多匝初級內部中空的圓筒形狀上細金屬絲的（數百至數千）的。二次未連接到一個(gè)實(shí)際的電容器，但它也用作LC電路，的電感（L2）與雜散電容諧振（C2） ，雜散的總和寄生電容 在線(xiàn)圈的繞組之間，以及連接到高壓端子的環(huán)形金屬電極的電容。調節初級和次級電路，使它們以相同的頻率諧振，它們具有相同的諧振頻率。這允許它們交換能量，因此振蕩電流在初級和次級線(xiàn)圈之間來(lái)回交替。
線(xiàn)圈的獨特設計取決于在高頻下實(shí)現低電阻能量損耗（高Q因數）的需要，這導致最大的二次電壓：

普通的電力變壓器具有鐵芯以增加線(xiàn)圈之間的磁耦合。然而，在高頻時(shí)，鐵芯會(huì )因渦流和磁滯而導致能量損失，因此不會(huì )在特斯拉線(xiàn)圈中使用。
普通變壓器設計為“緊密耦合”。由于鐵芯和繞組的緊密接近，它們具有高互感 （M），耦合系數接近于0.95-1.0的單位，這意味著(zhù)初級繞組的幾乎所有磁場(chǎng)都通過(guò)次級繞組。相比之下，特斯拉變壓器“松散耦合”，初級繞組直徑較大，與次級繞組間隔開(kāi)，因此互感較低，耦合系數較小僅為0.05至0.2。[24]這意味著(zhù)當初級線(xiàn)圈的開(kāi)路時(shí)，只有5％到20％的初級線(xiàn)圈的磁場(chǎng)通過(guò)次級線(xiàn)圈。[15] [20]松耦合減慢了初級和次級線(xiàn)圈之間的能量交換，這使得振蕩能量在返回到初級線(xiàn)圈之前更長(cháng)時(shí)間地停留在次級線(xiàn)路中并開(kāi)始在火花中消散。
每個(gè)繞組也​​限于單層導線(xiàn)，這減少了鄰近效應損失。初級帶有非常高的電流。由于高頻電流主要由于趨膚效應而在導體表面上流動(dòng)，因此通常由銅管或具有大表面積的條帶制成以減小電阻，并且其匝間隔開(kāi)，這減少了鄰近效應損失和轉彎之間的電弧放電。

輸出電路可以有兩種形式：

單極 - 次級繞組的一端連接到單個(gè)高壓端子，另一端接地。這種類(lèi)型用于為娛樂(lè )而設計的現代線(xiàn)圈。初級繞組位于次級的底部低電位端附近，以最小化繞組之間的電弧。由于地（地球）用作高壓的返回路徑，因此來(lái)自終端的拖纜弧傾向于跳到任何附近的接地物體。
雙極性 - 次級繞組的兩端都沒(méi)有接地，兩者都被帶到高壓端子。初級繞組位于次級線(xiàn)圈的中心，在兩個(gè)高電位端子之間等距，以阻止電弧放電。

操作周期
電路以快速，重復的周期運行，其中電源變壓器（T）向主電容器（C1 ）充電，然后通過(guò)火花隙以火花放電，在初級電路中產(chǎn)生短暫的振蕩電流脈沖，激勵次級上的高振蕩電壓：

來(lái)自電源變壓器（T）的電流將電容器（C1）充電至高電壓。
當電容器兩端的電壓達到火花隙（SG）的擊穿電壓時(shí)，火花開(kāi)始，將火花隙電阻降低到非常低的值。這樣就完成了初級電路，來(lái)自電容器的電流流過(guò)初級線(xiàn)圈（L1）。電流通過(guò)線(xiàn)圈在電容器的極板之間快速地來(lái)回流動(dòng)，在電路的諧振頻率下在初級電路中產(chǎn)生射頻振蕩電流。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持