01 實(shí)驗(yàn)套件

在淘寶網(wǎng)站 ?「BD243 迷你特斯拉線圈套件」[1] 購(gòu)買了一套 DIY 特斯拉套件。這種套件屬于在博文「豐富多彩的迷你特斯拉線圈的頻率鎖定電路」中作為基礎(chǔ)的類型。

下面是隨著套件寄送過(guò)來(lái)的安裝說(shuō)明，其中 Q1 的集電極初級(jí)線圈是制作在單路班上的印刷版線圈。

▲ BD243 迷你特斯拉線圈套件

02 測(cè)量特斯拉線圈參數(shù)

下面是套件中的主要器件。其中特斯拉線圈，使用手持 LCR 表測(cè)量的參數(shù)為：

▲ 套件中主要元器件

根據(jù)博文「特斯拉線圈自身諧振現(xiàn)象」[2] 中介紹的方法，對(duì)于這款特斯拉線圈測(cè)量對(duì)應(yīng)的諧振頻譜。

▲ 左：無(wú)特斯拉線圈;中：有特斯拉線圈 1；右：有特斯拉線圈 2

「（1）測(cè)量耦合線圈增益：」

▲ 在沒(méi)有特斯拉線圈的情況下的耦合線圈之間的增益

「（2）放置特斯拉線圈 1：」

▲ 特斯拉線圈 1 的耦合線圈之間的增益

「（3）放置特斯拉線圈 2：」

▲ 特斯拉線圈 2 的耦合線圈之間的增益

「（4）將測(cè)量結(jié)果減去背景數(shù)據(jù)」

將上面兩個(gè)方知有特斯拉線圈的數(shù)據(jù)減去沒(méi)有特斯拉線圈時(shí)的背景數(shù)據(jù)，可以得到由于放置特斯拉線圈所引起的耦合增益變化：

▲ 減去背景數(shù)據(jù)之后的耦合關(guān)系數(shù)據(jù)

另外，對(duì)于特斯拉 1 內(nèi)部具有的諧振頻率的個(gè)數(shù)約等于特斯類內(nèi)部的諧振頻譜的個(gè)數(shù)的「兩倍」。這是否與特斯拉線圈 1 的獨(dú)特的兩層結(jié)構(gòu)有關(guān)系呢？

尋找相應(yīng)峰值頻率的 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]

將套件中的各個(gè)元器件安裝在電路板上，并對(duì)功率管增加大的散熱片。

通電后測(cè)量特斯拉線圈輸出的高壓脈沖信號(hào)，可以點(diǎn)亮氖燈泡。

▲ 通電后使用氖燈測(cè)量發(fā)出的高壓信號(hào)

使用 DSA815 頻譜儀，加上單圈環(huán)形天線接收到的特斯拉線圈工作頻譜對(duì)應(yīng)的頻譜如下。其中諧振諧振頻譜為 6.8225MHz。

▲ 特斯拉線圈工作時(shí)測(cè)量得到的頻譜

「（1）工作電流隨著電壓的變化：」

這個(gè)套件居然在電壓在 1V 的時(shí)候都能夠工作，是在沒(méi)有想到。隨著工作電壓的提高，工作電流也逐步上升。

▲ 工作電流隨著工作電壓的變化

在電壓大約為 8.5V 左右，電流有一個(gè)突變，這與下面顯示的振蕩頻率的突變所對(duì)應(yīng)的工作電壓是一致的。

至于為什么會(huì)出現(xiàn)這個(gè)突變，現(xiàn)在還無(wú)法解釋。猜測(cè)：這可能此時(shí)晶體管的功耗使得它的溫度出現(xiàn)了較大的變化，進(jìn)而影響到了工作的電流與頻率。

「（2）振蕩頻率隨著工作電壓的變化：」

▲ 振蕩頻譜隨著工作電壓的變化

下面顯示了在工作電壓變化的過(guò)程中，使用 DSA815 測(cè)量得到的周圍空間的頻譜，其中峰值對(duì)應(yīng)的振蕩頻率。

▲ 隨著工作電壓變化振蕩輸出頻譜的變化

通過(guò)前面簡(jiǎn)單的測(cè)試，對(duì)于「BD243」迷你特斯拉線圈套件進(jìn)行的初步的試驗(yàn)。初步得到了一些工作的特性。

▲ 隨著電壓增加氖燈泡被點(diǎn)亮

使用耦合線圈方法測(cè)量得到的特斯拉線圈的諧振頻率（6.356MHz）比其工作的頻率（7.14~7.20MHz）要小一些。為什么這之間有區(qū)別？該套件的工作電壓范圍非常大，從 1V~18V 都可以有效的工作。工作電流隨著工作電壓呈現(xiàn)單調(diào)上升的趨勢(shì)。中間出現(xiàn)過(guò)突變的一小段，猜測(cè)是因?yàn)楣β使?BD243 溫度激增引起測(cè)。此有待進(jìn)一步證實(shí)通過(guò)測(cè)量空間頻譜測(cè)量得到振蕩頻率。隨著工作電壓在 1V~18V 的變化，振蕩頻率還是非常穩(wěn)定。但是振蕩頻率隨著工作電壓變化補(bǔ)充單調(diào)的。原因不詳；