现代的爱好者们,根据特斯拉线圈由LC振荡接收能量的原理,设计出了极具现代感的SSTC 。早期的SSTC玩家大多数都是外国人。
固态特斯拉线圈,是由芯片振荡代替SGTC的LC振荡并由放大器放大功率后驱动次级线圈部分的特斯拉线圈。它的原理依旧是LC振荡,只是发射端作了改动。

固态特斯拉线圈还可以通过音频来控制,使电弧推动空气发声。
固态特斯拉线圈是通过芯片的振荡来产生高频交流电的。由于固态特斯拉线圈的工作比较好控制,固态特斯拉线圈有两种:定频和追频。定频,即初级部分只能发射出一个固定的频率;而追频,就是初级部分会根据次级部分的LC振荡频率自动调整发射频率,从而达到完美的谐振。所以,追频SSTC已经成为固态特斯拉线圈的主流。
这是一张由555定时器芯片控制的定频SSTC电路图,来源不详(根据推测,有可能是贴吧的 Tesla粉丝 的作品)。
其中,NE555是频率源,即产生高频信号的芯片。它通过8、7脚上的电阻和6脚上的电容来控制输出频率,对于它的原理,在此不作过多解释。
555定时器由3脚输出高频信号。在此电路图中,输出的信号经过3个晶体管的放大,输入到一个MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)的门极,经过放大,在初级线圈输出强度较高的高频电磁波,被次级线圈接收,由于LC振荡,在次级线圈中产生电流,从而产生电弧。
制作定频SSTC,需要使芯片输出的频率和次级部分的LC振荡频率一致,才能谐振。所以,此电路图中,7脚上的电阻用一个定值电阻和一个电位器代替,可以比较方便地调节输出频率,从而谐振。
特别说明,如果按照这张电路图的参数制作,输出的频率对于一般的SSTC来讲有点低了,所以尽量不要按照这张图的数据来制作。 定频电路有它本身的缺点,于是追频电路诞生了。
Steve的追频SSTC
这是国外爱好者Steve Ward的电路,是追频电路。
首先,对次级线圈发射一些能量,使它内部有高频交流电(LC振荡),然后会发射出电磁波。电磁波被天线接收(图中的Antenna),经过两个逻辑门成为正电压的信号,然后输入两枚功率放大芯片,再通过GDT(Gate Driver Transformer,门驱动变压器)输入到一个半桥(功率放大电路,后面会详细地讲)中,产生强度较高的电磁波,被次级线圈接收。此时次级线圈内再次有了能量,会以电磁波的形式发射出来,输入天线,于是就这样循环下去了,这种反馈方式叫天线反馈。
除了上述的反馈方式,磁环反馈是另一种反馈方式,在一个大小合适的磁环上面绕上30到50匝的导线,将导线的两端接到图中的反馈处,然后将次级的地线穿过磁环绕一匝再接地就可以了。
天线反馈的优点是制作简单,原理是利用电磁波遇到金属会产生感生电流的特性;缺点是驱动电路也要接地,有时候会出现起振困难的状况。磁环反馈则正好与天线反馈相反。
追频电路是由次级LC振荡回路直接采集频率信息,从而发射电磁波,于是可以达到完美的谐振。
信不信由你,特斯拉线圈不只能够保护你的笔记本电脑、弹奏美妙的乐曲,还可以让一群人一起欢呼,一同流口水唷!
这场在加州圣马刁 Maker Faire 2008 会场内的表演,炫丽的闪光不仅让旁观的观众惊呼连连,而在嘶嘶作响的闪光声中,隐约还能听到啧啧的口水声。不过这可不是观众被闪电电到脸部抽筋所至乱喷口水,而是由于在这两座线圈中挂有成打的热狗,当闪电刷过的时候,阵阵的香味也就跟着飘了出来。
SGTC(Spark Gap Tesla Coil)=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。
SISGTC(Sidac-IGBT SGTC)=触发二极管特斯拉线圈

由触发二极管--IGBT管组成的电路组代替传统火花间隙工作,达到消除打火噪音的目的。
SSTC(Solid State Tesla Coil)=固态特斯拉线圈
说通俗些是个单谐振的电子开关特斯拉线圈,初级不发生串联谐振,只给次级提供可以满足次级LC发生串联谐振的频率,让次级线圈发生串联谐振,初级电流为激励源电压除以交流阻抗。
优点:具有低噪音、高效率、寿命长的特点,因而得到了很好的发展。
缺点:初级线圈给次级线圈提供的励磁功率有限,电弧不长。
ISSTC(Interrupted SSTC)=带灭弧固态特斯拉线圈
同输出功率下,SSTC的电弧成簇状,且明显不如SGTC壮观。这时,可以加上一个灭弧器来模仿SGTC的工作,电弧可以长一些,还可以利用音频信号灭弧信号来演奏音乐。
DRSSTC(Dual Resonant SSTC)=双谐振特斯拉线圈
DRSSTC本质属于一个串联谐振逆变器,相对于SSTC来说,由于初级线圈发生了串联谐振,初级线圈电感两端的电压为激励源电压的Q倍,谐振阻抗Z(R)因子很低,因此初级的谐振电流很大(谐振电压除以谐振阻抗等于谐振电流),此时给次级提供的励磁功率也会很大,和SSTC可不是一个数量级的。相比SSTC来说,SSTC的初级线圈给次级线圈无法提供足够大的励磁功率,所以导致SSTC产生的闪电壮观程度不及同功率等级的火花隙特斯拉线圈。
DRSSTC的初级线圈不仅满足了次级线圈的电感和分布电容发生串联谐振的条件,也能够给次级线圈提供足够大的励磁功率,所以DRSSTC的电弧长度会很长。
优点:相比SGTC来说,没有火花间隙的声光污染,可控性强,可以放音乐,效率高,寿命长。
QCWDRSSTC(Quasi Continuous Wave DRSSTC)=准连续波双谐振固态特斯拉线圈
CWDRSSTC(Continuous Wave DRSSTC)=连续波双谐振固态特斯拉
实验证明,连续模式(CW)的特斯拉线圈由于功率要是在没有时间限制情况发挥出来弧并不长,且呈簇状。
VTTC(Vacuum Tube Tesla Coil)=真空管特斯拉线圈
当电子管逐渐退出我们的视野时,一群电子管发烧友用它们做出了VTTC。电子管本身有高频性能好等等优点,所以做出的VTTC效果十分独特。但是,不可否认,电子管本身有造价高、寿命低、效率低、发热严重以及极易损坏等缺点,VTTC未能大范围流行。
基本原理,类似于晶体管的自激。
SSVC(Solid State Valve Coil)=固态-真空管特斯拉线圈

OLTC(Off Line Tesla coil)=离线式特斯拉线圈
当我们把SGTC的打火器去掉,换成一个MOSFET或者IGBT来代替,并在用一个二极管反向并联在D极和S极(如果是IGBT,就是C极和E极)上,并用一个固态的电路来控制这个开关管,再加以低压驱动,就成了OLTC。
它的本质原理依然是LC振荡,且和SGTC几乎相同,不同的地方,就是把打火器换成了固态开关,并使用了低压驱动。其它地方没有太多区别。
由于是低压驱动,无法形成太大的电流,所以OLTC的电弧是不如SGTC壮观的。


