迷你特斯拉线圈工作特性

01 实验套件

在淘宝网站「BD243 迷你特斯拉线圈套件」[1] 购买了一套 DIY 特斯拉套件。这种套件属于在博文「丰富多彩的迷你特斯拉线圈的频率锁定电路」中作为基础的类型。

下面是随着套件寄送过来的安装说明，其中 Q1 的集电极初级线圈是制作在单路班上的印刷版线圈。

▲ BD243 迷你特斯拉线圈套件

下面是套件中的主要器件。其中特斯拉线圈，使用手持 LCR 表测量的参数为：

▲ 套件中主要元器件

根据博文「特斯拉线圈自身谐振现象」[2] 中介绍的方法，对于这款特斯拉线圈测量对应的谐振频谱。

▲ 左：无特斯拉线圈;中：有特斯拉线圈 1；右：有特斯拉线圈 2

「（1）测量耦合线圈增益：」

▲ 在没有特斯拉线圈的情况下的耦合线圈之间的增益

「（2）放置特斯拉线圈 1：」

▲ 特斯拉线圈 1 的耦合线圈之间的增益

「（3）放置特斯拉线圈 2：」

▲ 特斯拉线圈 2 的耦合线圈之间的增益

「（4）将测量结果减去背景数据」

将上面两个方知有特斯拉线圈的数据减去没有特斯拉线圈时的背景数据，可以得到由于放置特斯拉线圈所引起的耦合增益变化：

▲ 减去背景数据之后的耦合关系数据

另外，对于特斯拉 1 内部具有的谐振频率的个数约等于特斯类内部的谐振频谱的个数的「两倍」。这是否与特斯拉线圈 1 的独特的两层结构有关系呢？

寻找相应峰值频率的 Python 程序如下：

def peakfreq(f, d):    d = list(d)    id = d.index(max(d))    return id * (f[-1] - f[0]) / len(f) + f[0]

将套件中的各个元器件安装在电路板上，并对功率管增加大的散热片。

通电后测量特斯拉线圈输出的高压脉冲信号，可以点亮氖灯泡。

▲ 通电后使用氖灯测量发出的高压信号

使用 DSA815 频谱仪，加上单圈环形天线接收到的特斯拉线圈工作频谱对应的频谱如下。其中谐振谐振频谱为 6.8225MHz。

▲ 特斯拉线圈工作时测量得到的频谱

「（1）工作电流随着电压的变化：」

这个套件居然在电压在 1V 的时候都能够工作，是在没有想到。随着工作电压的提高，工作电流也逐步上升。

▲ 工作电流随着工作电压的变化

在电压大约为 8.5V 左右，电流有一个突变，这与下面显示的振荡频率的突变所对应的工作电压是一致的。

至于为什么会出现这个突变，现在还无法解释。猜测：这可能此时晶体管的功耗使得它的温度出现了较大的变化，进而影响到了工作的电流与频率。

「（2）振荡频率随着工作电压的变化：」

▲ 振荡频谱随着工作电压的变化

下面显示了在工作电压变化的过程中，使用 DSA815 测量得到的周围空间的频谱，其中峰值对应的振荡频率。

▲ 随着工作电压变化振荡输出频谱的变化

通过前面简单的测试，对于「BD243」迷你特斯拉线圈套件进行的初步的试验。初步得到了一些工作的特性。

▲ 随着电压增加氖灯泡被点亮

使用耦合线圈方法测量得到的特斯拉线圈的谐振频率（6.356MHz）比其工作的频率（7.14~7.20MHz）要小一些。为什么这之间有区别？该套件的工作电压范围非常大，从 1V~18V 都可以有效的工作。工作电流随着工作电压呈现单调上升的趋势。中间出现过突变的一小段，猜测是因为功率管 BD243 温度激增引起测。此有待进一步证实通过测量空间频谱测量得到振荡频率。随着工作电压在 1V~18V 的变化，振荡频率还是非常稳定。但是振荡频率随着工作电压变化补充单调的。原因不详；