1. 研究目的与意义
特斯拉线圈（Tesla Coil）是一种使用共振原理运作的变压器（共振变压器），由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉特斯拉在1891年发明，主要用来生产超高电压但低电流、高频率的交流电力。特斯拉线圈由两组（有时用三组）耦合的共振电路组成。特斯拉线圈难以界定，尼古拉特斯拉试行了大量的各种线圈的配置。特斯拉利用这些线圈进行创新实验，如电气照明，荧光光谱，X射线，高频率的交流电流现象，电疗和无线电能传输，发射、接收无线电电信号。
在1889年科学家特斯拉(Nikola Tesla)研究的「特斯拉线圈」(Tesla Coil)，当时他对磁场的认识可算是亘古未有，后人更以磁力线密度单位：1 Tesla(特斯拉)=10000 Gause(高斯)以表扬他在磁力学的贡献。在不断的研究中他发现了「共震现象」，原来在特定的环境下，一个机械系统震动的震幅，不论是声学的或是电学的都有相当高的震幅。而特斯拉则利用了此原理所出现的「磁力共震现象」，而制造出一个变压器，名为「特斯拉线圈」，它能够产生极高的「高压电流」。他其中一个命名为「沃登克里弗计划」(Wardendyffe Project)的构思就是在美国长岛(Long Island)建设一座足可输出100万匹「交流电流」的「特斯拉线圈」。
特斯拉线圈不仅仅是被用在游戏或艺术方面，更可贵的是它拥有重大意义的用途，比如利用特斯拉线圈可以实现电能的无线传输，且该方式传输效率高、对生态破坏性小，但是实际应用中还存在诸多困难和障碍，还无法将其应用到实际电力输送中.
2. 课题关键问题和重难点
特斯拉线圈是一种分布参数高频共振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。特斯拉线圈的原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈，从放电终端放电的设备。通俗一点说，它是一个人工闪电制造器，也可运用于远程输电。
但由于特斯拉线圈种类繁多，电路复杂，导致不知道如何下手，而且平时常见的特斯拉线圈只可产生电弧，不能随音频同时产生电弧。在进行了相关资料的查阅和调查后总结了以下问题：
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特斯拉线圈种类繁多，具体应该制作哪种类型；
剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！3. 国内外研究现状（文献综述）
特斯拉线圈(Tesla Coil)是一种使用共振原理运作的变压器(共振变压器)，由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉特斯拉在1891年发明，主要用来生产超高电压但低电流、高频率的交流电力。特斯拉线圈由两组(有时用三组)耦合的共振电路组成。特斯拉线圈难以界定，尼古拉特斯拉试行了大量的各种线圈的配置。特斯拉利用这些线圈进行创新实验，如电气照明，荧光光谱，X射线，高频率的交流电流现象，电疗和无线电能传输，发射、接收无线电[2]电信号。
特斯拉线圈又叫泰斯拉线圈，因为这是从\'Tesla\'这个英文名直接音译过来的。特斯拉线圈是由一个感应圈、变压器、打火器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。这是一种分布参数高频共振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。特斯拉线圈的原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈，从放电终端放电的设备。通俗一点说，它是一个人工闪电制造器，也可运用于远程输电。
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在制作特斯拉线圈前，要确定大致尺寸就得进行理论计算，相关公式如下：
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电弧长度：电弧长度L（单位：英寸）；变压器功率P（单位：瓦特）；L=1.7*sqrt（P）
sqrt为开方
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电容阵列相关参数：变压器输出电压（交流）E（单位：伏特）；变压器输出电流I（单位：毫安）；电容阵最大容量C（单位：微法）；交流频率F（单位：赫兹）C=（10^6）/（6.2832*（E/I）*F）S 电容的大小涉及到与变压器功率的一个匹配问题，当电容过大时在交流上升到顶点时（即sqrt（2）*V时，电容电压过低无法击穿打火器的空气缝则打火器无法启动就无法工作，整个系统也就无从启动）]
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电容阵的计算：电容阵列是由图定参数的电容组成的，而且都是简单的串并联。阵列总耐压最 好不低于变压器高压端的峰值电压，但也没必要取太大，事实的实际耐压要比标称耐压高2倍以上，所以，加上电容品质的最后考量后，取值在100%~150%之间便可。
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线圈电感的计算：初级线圈相关计算，如下图：
次级线圈相关计算，如下图：
放电终端相关计算，如下图：
顶端的均压环采用直径110mm的排烟筒在直径110mm的PVC管上绕一圈，计算得出其容值约为14.358pF。次级线圈骨架采用直径110mm的PVC管，用0.21mm直径的漆包线绕1100匝，高度约为28.6cm，通过计算得出其谐振频率约为202kHz。初级线圈骨架采用直径160mm的PVC管，用4平方的线绕初级线圈骨架6匝，计算其谐振频率为204.8kHz，初级谐振频率等于次级谐振频率。
灭弧（信号产生部分）电源部分以及信号产生电路的制作，采用3.7V锂电池供电，通过升压芯片升至9V给IC供电，用稳压芯片降压至5V给蓝牙模块供电，用NE555制作产生方波信号。
驱动部分的电路设计，将灭弧的信号通过光纤接收，然后通过一些列与或关系得出最终的小信号，然后通过推挽电路输出具有一定功率的互补方波信号。
栅极驱动变压器（GDT）的制作，用一个铁氧体磁环，5根细导线同相同时绕15匝，其中一根接驱动部分的输出，另外四根接功率部分IGBT的栅极和发射极，注意同名端对应的相序。
互感线圈的制作，取4个铁氧体绿色磁环，用细线分别单独绕33匝，然后每两个磁环为一组，将第一个磁环上的线最后一匝通过第二个磁环后短接做好绝缘，第二个磁环电线的两端作为互感器的输出部分，第二组磁环同理，从而将初级线圈的线穿过这两个封闭磁环，一组磁环测电流，一组磁环测电压。
功率部分的电路设计，先将AC220V的电通过整流桥和滤波电容变为DC310V左右作为母线电压给H桥供电，用8个IGBT，每两个并联一起，然后四组做出一个H桥电路，H桥输出接谐振电容组和初级线圈。
软启动电路的设计，用两个带常闭触点的接触器和两个时间继电器（接触器要做成互锁），首先上电延时2S启动，接触器1吸合，接触器2断开，通过一个限流电阻给功率部分供电，等2S后，时间继电器再次动作，接触器1断开，接触器2闭合，将限流电阻短接，功率部分不再限流，正常通AC220V工作。
以及最终整体外部形状的组装,取两个正方形的木板，将所有元器件摆放好位置，用铅笔标出固定点，然后钻孔上螺丝螺母固定好，将线接好便组装完成。
5. 工作计划
2022年12月：查阅特斯拉线圈的相关资料，了解其学习NE555的矩形波产生电路，学习74HC08、74HC14、74HC74的具体用法。
2023年1月-2月：设计特斯拉线圈骨架，裁剪35cm高直径为110mm的PVC管作为次级骨架，裁剪10cm高直径为160mm的PVC管作为初级骨架，然后用0.21mm线径的漆包线在次级骨架上单层紧密缠绕28.6cm高，然后用导线引出漆包线两端并固定到PVC管道边缘，然后用绝缘漆将次级线圈最外层刷4层并晾晒干；用4平方多股导线在初级骨架缠绕6匝然后用胶带固定不脱落。设计灭弧、驱动、功率电路，设计原理图和绘制PCB并打样测试。设计功率部分软启动电路。
2023年3月：调试整体电路，改变初级线圈匝数，调谐调至最佳，然后用50cm*50cm将全部电路固定到里面并组装再次调试好。
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