火花隙特斯拉线圈制作揭秘之工作原理简析

在进行火花隙特斯拉线圈制作的过程中，无论是按照哪种电路图进行线圈制作和设计，我们都需要事先了解火花隙特斯拉线圈的工作原理，以便于接下来的安全检查和后期维护。在今天的文章中，我们将会为大家分享一种小型火花隙特斯拉线圈的工作原理知识，希望能够对各位物理爱好者们的制作和设计提供帮助。

这种火花隙特斯拉线圈的电路原理图如下图所示：

图1 火花隙特斯拉线圈电路原理图

对于不少想要开始从事火花隙特斯拉线圈制作的物理电子爱好者来说，在刚开始接触相关电路图时应该会接触到这种结构的特斯拉线圈。这种特斯拉线圈主要是通过左边单管自激振荡经高压包给右边的放电系统充电，理解了左边部分振荡电路的工作原理，对后期的设计制作有很大的帮助。图1中左半边的电路图和波形图如下图图2、图3所示：

图2 火花隙特斯拉线圈电路图

图3 火花隙特斯拉线圈波形图

在了解了这种火花隙特斯拉线圈的电路系统设计和波形图之后，接下来我们来看一下它的工作原理。在接电运行时，这种特斯拉线圈的晶体管工作于共发射极方式。集电极电压通过变压器反馈回基级，而变压器绕组的接法实现正反馈。其工作过程根据三极管的工作状态分为三个阶段，即t1、t2、t3，如上图图3所示。此分析过程是在电路稳定震荡后，以一个完整波形周期为例进行分析，即起始Uce=12v。而对于电路刚接通时，工作原理完全相同，只是做波形图时，起始电压Uce=0v。

当这一电路系统正常接入220V电压并开始运行后，便会进入t1阶段，在该阶段中晶体管为饱和状态。在t1的初始阶段，特斯拉线圈电路接通，流过初级线圈的电流不能突变，使得集电极电压Uce急速减小，由于时间很短，在波形中表现为下降沿很陡。而经过线圈耦合，会使基极电压Ube急速增大。此时，三极管工作在饱和状态。基极电流ib失去对集电极电流ic的控制。之后，随着时间增加，Uce会逐渐增加，Ube通过基极与发射机之间的放电而逐渐减少。基极电压Ube下降使得ib减小。

当基极电流ib的数值减小到ic/β的相关数值时，火花隙特斯拉线圈的晶体管又会进入放大状态，依旧是t2阶段。因此，基极电流ib的减小引起集电极电流ic的减小，造成变压器绕组上感应电动势方向的改变，这一改变的趋势进一步引起ib的减小。如此又开始强烈的循环，直到晶体管迅速改变为截止状态。这一过程也很快，对应于脉冲的下降沿。在此过程中，电流强烈的变化趋势使得感应线圈上出现一个很大的感应电动势，Ube变成一个很大的负值。

接下来就是这种火花隙特斯拉线圈所进入的第三个工作阶段，也就是当晶体管截止阶段，也可以称之为t3阶段，此时集电极电流ic=0，Uce经初级线圈逐渐上升到12v，在该阶段中变压器线圈中储存有少量能量，逐渐释放。此时，直流12v电源通过27欧电阻和反馈线圈对基极电压充电，Ube逐渐上升，当Ube上升到0.7v左右时，晶体管重新开始导通，硅管完全导通的电压大约是0.7v。于是下一个周期开始，并开始重复上述各个阶段。其震荡周期T=t1+t2+t3。