
對于很多剛剛著手進行特斯拉線圈制作工作的物理愛好者們來說,面對紛雜的特斯拉線圈種類,基礎的火花隙特斯拉線圈往往是最好的選擇。為了方便各位物理愛好者們進行設計參考,今天我們將會為大家分享一種小型火花隙特斯拉線圈制作的全過程,下面就讓我們一起來看看牛人是怎么完成這種特斯拉線圈的設計和制作吧。
工欲善其事必先利其器,我們在進行這種特斯拉線圈制作之前,首先需要了解一下小型火花隙特斯拉線圈的內部結構。下圖圖1展示的是一臺小型特斯拉線圈的結構示意圖,這里我們就以該圖為本次的制作對象,進行介紹。
圖1
在這種小型火花隙特斯拉線圈的結構中,我們所設計的充電部分主要使用高壓直流電源;主電容用電磁爐電容10個串聯一組,多組并聯。打火器為兩個金屬物體靠近距離在3-5mm。初級線圈用粗電線在直徑10cmPVC管子繞5-10圈。次級線圈用漆包線在直徑50-75mmPVC管上繞1000-1500圈。放電頂端用鋁質排風管彎成環形,或者其他金屬物如不銹鋼盆、空心金屬球等均可。
下面我們就依據本次的小型火花隙特斯拉線圈制作要求,來準備相應的制作材料,具體的制作材料可以歸結如下:漆包線,直徑0.2-0.3都可以,半斤左右,視次級線圈大小而定,電子市場可以買到,市場價格一般在20-30元左右。PVC管一根,50-75mm,長度30-50cm,一根直徑100mm,長10-20cm,總價10元。鋁質排風管一個,作為放電頂端,長度一米,直徑80mm左右,價格15元左右。以上兩種材料在五金店或者建材市場能夠買到。電磁爐電容也需要準備10-30個,其規格為1200V、0.3UF,單個價格約1.5元一個。
除了上面所提到的幾種材料之外,高壓電源也同樣是在進行小型特斯拉線圈制作過程中,不可或缺的重要組成元件。這里我們可以用NE555、TL494等芯片驅動電視機高壓包,產生20000V以上的高壓,但是更好的方法是使用一臺ZVS驅動器,因為這種驅動器的工作功率比較大,運行時發熱少,工作穩定可靠。下圖為ZVS電路圖,對于新手來說,購買一個成品要方便一些,建議直接購買成品驅動器。
圖2
低壓直流電源也同樣是不可或缺的,它可以用來給ZVS驅動器供電。這里我們不妨選擇電腦電源,可以持續供電,比較穩定,而且從成本的角度出發,買一臺舊的電腦電源只要不到20元,非常劃算。打火器的制作就比較簡單了,找兩塊大一些的金屬,螺栓、銅鼻子、鐵塊都可以。粗電線需要準備5米左右,用來制作初級線圈。
接下來就是結合線路圖和手中的材料,進行這種小型火花隙特斯拉線圈的制作工作了。首先我們需要繞制次級線圈,在該階段中,我們需要用漆包線在直徑50-75mmPVC管上繞1000-1500圈,如下圖所示:
圖3
接下來的工作是制作這種小型火花隙特斯拉線圈的放電頂端。和大型的特斯拉線圈一樣,小型線圈的放電頂端也同樣如下圖圖4所示,用鋁質排風管制作。為了方便固定,我們可將兩只不銹鋼碗一上一下將鋁管夾緊,中間打孔用螺絲固定。也可以用鋁盆、不銹鋼空心球、不銹鋼碗、盤子、易拉罐以及其他具有較大表面積的金屬物體作為放電頂端,需要注意的是,放電頂端要與次級線圈上端的漆包線連接在一起。
圖4
接下來需要來完成這種小型火花隙特斯拉線圈的初級線圈制作。我們首先需要將粗電線繞在10cm直徑的PVC管子上,為了方便調試,也可以將單芯銅線扒皮后如下圖所示固定在管子上,注意要每一匝質檢都要留有空隙。完成后的效果如下圖圖5所示。
圖5
然后我們需要來制作這種特斯拉線圈的初級電容陣。按照圖紙要求,在本次的設計過程中,我們選擇將每10個電容串聯為一組,根據需要多組并聯,安全起見每個電容都要并聯一個1M的電阻。完成后的效果如圖6所示。
圖6
相比較上面幾個步驟,火花隙特斯拉線圈的打火器制作就要顯得簡單很多了。在進行打火器的制作時,我們只需要將兩個金屬物體固定在絕緣體上,間距3-5mm即可。為了達到最佳散熱效果,可以多用幾組串聯。完成后的效果如下圖圖7所示。
圖7
接下來就是最關鍵的一步了,那就是諧振調整。特斯拉線圈制作過程中的關鍵一步,就是要諧振,頁就是我們所設計的初級LC頻率要和次級LC頻率相等,即L1C1=L2C2。對于不規則形狀的放電頂端可以根據表面積估算。手工計算比較繁瑣,需要工程師特別細心。需要注意的是,在計算過程中,電感的單位H=1000mH=1000000uH。電容的單位F=1000000uF=1000000000000pF。此時,經過計算我們就會發現一個問題,那就是L1C1≠L2C2,這是你需要調節初級線圈的匝數,使之得到需要的電感值。
在小型火花隙特斯拉線圈制作的整個計算過程中,我們所設計的初級線圈的匝數不宜過少。當調節匝數不能滿足諧振條件時,可以通過增減電容組粗調,再調節初級線圈,確定了大概的匝數后,把電路連接好,通電觀察放電效果,然后斷電,微調調節初級的匝數(比如5.7、8.2圈)直到電弧最長。最后要提醒各位電子愛好者的是,特斯拉線圈屬于高壓設備,在放電時,嚴謹在通電時觸摸電路的任何部分,否則很容易受到電擊傷害。
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