固態特斯拉線圈

同樣的，在DRSSTC里，如果共振的時間過長，就會導致電壓過高，擊穿開關管。 事實上，除了SGTC，其它類型的特斯拉線圈都是固態的（截至目前）。 由於是低壓驅動，無法形成太大的電流，所以OLTC的電弧是不如SGTC壯觀的。

簡介

特斯拉線圈，是塞爾維亞籍科學家尼古拉·特斯拉於1891年發明，用來演示無線輸電以及高頻高壓交流電特性的裝置。特斯拉生活的年代沒有半導體電晶體，所以他發明的線圈是比較落後的SGTC（火花間隙特斯拉線圈，Spark Gap Tesla Coil），效率較低，且噪音巨大。現代的愛好者們根據特斯拉線圈的本質的原理（LC振盪），發明了固態特斯拉線圈（Solid State Tesla Coil，簡稱sstc）。固態特斯拉線圈有效率高、噪音小、壽命長等優點，而且由於固態特斯拉線圈的結構特點，它可以通過一個電路輸入音頻，使特斯拉線圈的電弧直接推動空氣發聲，這使得特斯拉線圈成為了一件藝術品。而後來的人在SSTC的基礎上，發明了DRSSTC（雙諧振固態特斯拉線圈，Double Resonance Solid State Tesla Coil）。它給初級線圈串聯了MMC（諧振電容），和初級線圈的電流構成了共振，初級線圈內部的電流更大，使電弧效果進大幅提高。

早期的SGTC

SGTC通過一個打火器來控制電路，它的功能相當於一個開關。但是，由於本身結構的原因，打火器在工作時發熱比較嚴重，甚至有時會由於溫度過高融化。
SGTC的工作過程：

SGTC電路

首先，交流電經過升壓變壓器升至2000V以上（可以擊穿空氣），然後經過由四個（或四組）高壓二極體組成的全波整流橋，給主電容（C1）充電。打火器是由兩個光滑表面構成的，它們之間有幾毫米的間距，具體的間距要由高壓輸出端電壓決定。當主電容兩個極板之間的電勢差達到一定程度時，會擊穿打火器處的空氣，和初級線圈（L1，一個電感）構成一個LC振盪迴路。這時，由於LC振盪，會產生一定頻率的高頻電磁波，通常在100kHz到1.5MHz之間。放電頂端（C2）是一個有一定表面積且導電的光滑物體，它和地面形成了一個“對地等效電容”，對地等效電容和次級線圈（L2，一個電感）也會形成一個LC振盪迴路。當初級迴路和次級迴路的LC振盪頻率相等時，在打火器打通的時候，初級線圈發出的電磁波的大部分會被次級的LC振盪迴路吸收。從理論上講，放電頂端和地面的電勢差是無限大的，因此在次級線圈的迴路裡面會產生高壓小電流的高頻交流電（頻率和LC振盪頻率一致），此時放電頂端會和附近接地的物體放出一道電弧。
特斯拉線圈需要達到“諧振”的狀態，才能達到最大的功率。所謂諧振，就是初級部分LC振盪頻率和次級部分LC振盪頻率一致。由於LC振盪頻率僅僅由電容容量和電感的電感量決定，且在公式里它們是相乘的關係，進行諧振計算的公式可以簡化為L1C1=L2C2。其中，L1為初級線圈電感量，C1為主電容容量，L2為次級線圈電感量，C2為頂端對地等效電容容量。
SGTC本身存在壽命短、效率低、噪音大的問題，已經無法滿足眾多愛好者的需要。於是，固態特斯拉線圈應運而生。

固態特斯拉線圈

概況

現代的愛好者們，根據特斯拉線圈由LC振盪接收能量的原理，設計出了極具現代感的SSTC。早期的SSTC玩家大多數都是外國人。

彼得·特倫的SSTC

固態特斯拉線圈，是由晶片振盪代替SGTC的LC振盪並由放大器放大功率後驅動次級線圈部分的特斯拉線圈。它的原理依舊是LC振盪，只是發射端作了改動。
固態特斯拉線圈還可以通過音頻來控制，使電路推動空氣發聲。
固態特斯拉線圈是通過晶片的振盪來產生高頻交流電的。由於固態特斯拉線圈的工作比較好控制，固態特斯拉線圈有兩種：定頻和追頻。定頻，即初級部分只能發射出一個固定的頻率；而追頻，就是初級部分會根據次級部分的LC振盪頻率自動調整發射頻率，從而達到完美的諧振。目前，追頻SSTC已經成為固態特斯拉線圈的主流。定頻

最簡單的SSTC電路

這是一張由555定時器晶片控制的定頻SSTC電路圖，來源不詳（根據推測，有可能是貼吧的 Tesla冬粉 的作品）。
其中，ne555是頻率源，即產生高頻信號的晶片。它通過8、7腳上的電阻和6腳上的電容來控制輸出頻率，對於它的原理，在此不作過多解釋。
555定時器由3腳輸出高頻信號。在此電路圖中，輸出的信號經過3個電晶體的放大，輸入到一個MOSFET（金屬氧化物場效應電晶體）的門極，經過放大，在初級線圈輸出強度較高的高頻電磁波，被次級線圈接收，由於LC振盪，在次級線圈中產生電流，從而產生電弧。
製作定頻SSTC，需要使晶片輸出的頻率和次級部分的LC振盪頻率一致，才能諧振。所以，此電路圖中，7腳上的電阻用一個定值電阻和一個電位器代替，可以比較方便地調節輸出頻率，從而諧振。
特別說明，如果按照這張電路圖的參數製作，輸出的頻率對於一般的SSTC來講有點低了，所以儘量不要按照這張圖的數據來製作。追頻

定頻電路有它本身的缺點，於是追頻電路誕生了。

Steve的追頻SSTC

這是國外愛好者Steve Ward的電路，是追頻電路。
首先，對次級線圈發射一些能量，使它內部有高頻交流電（LC振盪），然後會發射出電磁波。電磁波被天線接收（圖中的Antenna），經過兩個邏輯門成為正電壓的信號，然後輸入兩枚功率放大晶片，再通過GDT（Gate Driver Transformer，門驅動變壓器）輸入到一個半橋（功率放大電路，後面會詳細地講）中，產生強度較高的電磁波，被次級線圈接收。此時次級線圈內再次有了能量，會以電磁波的形式發射出來，輸入天線，於是就這樣循環下去了。
追頻電路是由次級LC振盪迴路直接採集頻率信息，從而發射電磁波，於是可以達到完美的諧振。

功率放大電路

單管

如同上面第一張SSTC電路圖，它是用單個場效應管來進行功率放大的，功率有限且輸出為脈衝直流電。

半橋

半橋是由兩個功率放大管和兩個電容構成的功率放大電路，效果比單管好很多。
“對與大多數玩了SGTC的人來說都想玩更高級的SSTC/DRSSTC，但是許多人在這是就會遇到困難，在這裡我給那些新人們講講功率電路
紅色表示高壓 藍色低壓 黃色為中間壓

半橋1

通電時，由於開關管關閉沒有其他地方能讓電流通過，因此電流就只有給兩個橋臂電容充電。
然後當開關管打開時，大量的正電荷流向電容的負極，在電流的流動中經過了初級線圈。

半橋2

半橋3

當另一個開關管打開時電流的方向與之前是相反的，由此產生了震盪。
這種有兩個開關管的我們叫它半橋，它的特點是只要兩個開關管省錢，由於在充電時有兩個電容串聯，因此放電的電壓只有輸入電壓的一半。 ”全橋

如果用兩個功率管代替兩個電容，就成了全橋。它的功率又高於半橋。

全橋1

全橋2

其中的“Output”接初級線圈。
全橋為4個功率管成對角線打開，電壓為滿電壓，所以效果比半橋好。

雙諧振

在固態特斯拉線圈的基礎上，愛好者們發明了雙諧振固態特斯拉線圈，即DRSSTC，它的初級線圈串聯的電容，而電容和初級線圈構成的LC振盪可以和驅動板輸出的信號構成共振，瞬間的電流很大，這使線圈的電弧更加壯觀。

基本原理

假設一個SSTC的頻率源的頻率是500kHz，這時，我們將一個電容串聯到初級線圈上，然後，經過計算，使電容的容量和初級線圈的電感量構成LC振盪，頻率也是500kHz。
我們不妨做一個有趣的實驗。一個體重很大的人坐在鞦韆上，開始時，他相對於地面靜止。我們假設他在擺動時不會受到任何阻力的影響。這時，一個小孩來推他。我們可以知道，這個小孩的力量很小，每次只能給這個人增加10J的動能。假設這個人有了10J的動能後，向前擺了起來。但是，10J的動能真是太小了，他很快就盪了回來。這個小孩看準時機，在他擺回來後，又剛剛開始向前擺動的時候，推了他一下。這個小孩再次對他做了10J的功，然後他在向前擺動時，就有了20J的動能。如此下去，每一次都會增加10J的動能，一次次下去，這個數字將會是很驚人的。
DRSSTC就是這樣。當電流流過初級線圈時，就會給電容充電。這時，電容的兩個極板有了一定的電勢差。然後由於LC振盪，它立即放出了電流，並很快將電流的方向反轉。就在它反轉的一瞬間，初級線圈的電流沿著和反轉後的電流方向一致的方向流了過來。
如同那個鞦韆。那個鞦韆里的人受到一次次恰到好處的力，一次次地擺回來，和小孩推鞦韆的頻率達成了共振。
現在，初級線圈裡的電流和電容的電流也達成了共振（不過在電路里，這個狀態通常稱為諧振），電壓越來越高，電流越來越大。
在鞦韆實驗裡，如果小孩的做功長時間持續下去，總有一天那個人會飛出去。
同樣的，在DRSSTC里，如果共振的時間過長，就會導致電壓過高，擊穿開關管。由於電路的頻率十分高，開關管將會在不到一秒內炸開。該如何解決這個問題呢？
如果小孩在推到一定程度時，都有一個大力士來把那個鞦韆上的人按住，使他停止擺動，恢復靜止。這樣，他就不會飛出去了。靜止後，小孩可以繼續一次次推的動作，而大力士總會在恰當的時間把鞦韆上的人按住。這樣，就安全了。
沒錯，這就是滅弧電路的原理。當共振開始後，電壓逐漸升高，高到一定程度時，滅弧電路開始發揮作用，它發出一個信號使驅動板輸入GDT的信號終止（如果是單管，就終止輸入到功率管基極或門極的信號，不過很少有人用單管做DRSSTC），共振就停止了。電容開始釋放掉它的能量，從頭再來。事實上，一般的滅弧信號都是發出一個正脈衝，使驅動板工作，當脈衝停止時，就終止信號。由於DRSSTC的電容，這個滅弧頻率必須掌握好，否則只有一個後果：開關管爆炸。一般，滅弧器都是由晶片構成的，很少有人用手來做這個動作。
當然，還有一些比較奇特的滅弧方式。比如科創論壇的圈圈，就曾經使用市電整流不加濾波的方式代替滅弧器。效果應該是還可以的。

獨特的初級線圈反饋

如果採用定頻的方式，可能不能保證電容和驅動板的信號完美諧振。Steve Ward發明了初級反饋的方式，使得DRSSTC的初級部分可以完美地諧振。具體方式和追頻SSTC的次級反饋類似，不過反饋的來源換成了初級線圈。
它用一個互感器將初級線圈和驅動板相連，直接採集初級線圈和電容的LC振盪頻率作為發出高頻電的信號。這樣，保證了初級電容和驅動板的共振。
但這樣也有缺點，在調整好初級的諧振後，就要調整初級和次級之間的諧振了，這是個麻煩的過程。但是，當你耗費精力做好一個DRSSTC，一切塵埃落定，按下開關，看到沒有SGTC的噪音卻有SGTC的壯觀程度的電弧，你會發現，這一切努力都是值得的。

其它類型的固態特斯拉線圈

事實上，除了SGTC，其它類型的特斯拉線圈都是固態的（截至目前）。
除了SGTC、SSTC、DRSSTC，還有VTTC和OLTC。

真空管特斯拉線圈

真空管特斯拉線圈，Vacuum Tube Tesla Coil，簡稱VTTC。
當電子管逐漸退出我們的視野時，一群電子管發燒友用它們做出了VTTC。電子管本身有高頻性能好等等優點，所以做出的VTTC效果十分獨特。但是，不可否認，電子管本身有造價高、壽命低、效率低、發熱嚴重以及極易損壞等缺點，VTTC未能大範圍流行。
基本原理，類似於電晶體的自激。
VTTC的效果很奇特，電弧很直，像利劍一樣。有時候，電弧四處散開，如同禮花彈一般。

離線式特斯拉線圈

離線式特斯拉線圈，Off Line Tesla Coil，簡稱OLTC。
當我們把SGTC的打火器去掉，換成一個MOSFET或者IGBT來代替，並在用一個二極體反向並聯在D極和S極（如果是IGBT，就是C極和E極）上，並用一個固態的電路來控制這個開關管，再加以低壓驅動，就成了OLTC。
它的本質原理依然是LC振盪，且和SGTC幾乎相同，不同的地方，就是把打火器換成了固態開關，並使用了低壓驅動。其它地方沒有太多區別。
由於是低壓驅動，無法形成太大的電流，所以OLTC的電弧是不如SGTC壯觀的。

總結

固態特斯拉線圈，修正了傳統的SGTC的很多缺點，又增加了很多新功能，比如音樂滅弧等。不過，由於固態特斯拉線圈需要功率管進行放大信號，所以功率管的功率直接影響到線圈的功率，而功率管的功率是和價格成正比的。
SSTC也有缺點，比如，同輸出功率下，SSTC的電弧成簇狀，且明顯不如SGTC壯觀。這時，可以加上一個滅弧器來模仿SGTC的工作，電弧可以長一些。而DRSSTC由於有了諧振電容，兼具了SSTC噪音小、壽命長和SGTC電弧壯觀的優點，受到大量愛好者的推崇。
SSTC容易將人的皮膚燒傷。儘管有高頻電的趨膚效應，但是高壓電擊穿空氣產生的高溫不可忽視。如果功率較小，SGTC的電弧是可以直接用手接觸的（注意！一般不要這樣做），我曾親自試過幾次。而同功率的SSTC卻可以把人的皮膚燒傷，這也是我的親身經歷（燒傷不嚴重，只是手上燒出一個小小的黑點）。而DRSSTC的電弧也是很危險的，據說可以電死老鼠（未經過實驗證明，但這是有可能的）。
無論如何，無論是何種的特斯拉線圈，大家都要特別注意安全。畢竟是高壓電。