音樂(lè)特斯拉線圈

卓老師您好！我是電子系無(wú)85班的劉晰鳴，今天在您公眾號(hào)上看到了一些和特斯拉線圈相關(guān)的研究，我也是一個(gè)特斯拉線圈的愛(ài)好者，看到這些內(nèi)容感到很興奮。其實(shí)特斯拉線圈的種類比較多，目前比較流行的是雙諧振的特斯拉線圈。

一些愛(ài)好者看到您的文章后表示如果可能的話，您可以研究一下雙諧振的特斯拉線圈，里面有更多有意思的內(nèi)容。我本人今年也做了一個(gè)關(guān)于雙諧振特斯拉線圈的挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目，附件中有一個(gè)粗略的說(shuō)明文檔和視頻。

雙諧振特斯拉線圈制作還是比較麻煩的，如果您感興趣的話我可以幫您做一臺(tái)供您研究。

鑒于傳統(tǒng)特斯拉線圈的種種弊端，我在挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目中提出了一種創(chuàng)新性的解決方案，利用了新式的器件，如STM32微控制器、CPLD等構(gòu)建了一種能在室內(nèi)方便使用、安全可靠、功能齊全的雙諧振固態(tài)特斯拉線圈。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、計(jì)算，采用如下方法制作了次級(jí)線圈：在直徑10cm的有機(jī)玻璃管上，用直徑0.23mm，絕緣層厚度0.02mm的漆包線密繞約1500匝。

實(shí)際測(cè)量得到：電感量46.2mH，電阻183Ω，和理論值相比小一些可能是因?yàn)槔@制不是絕對(duì)緊密，匝數(shù)比1500匝少一些。此外還用測(cè)諧振頻點(diǎn)的方法確定了其寄生電容約5pF。

在固定了次級(jí)的電感和電容后，根據(jù)串聯(lián)諧振條件選取了初級(jí)線圈和電容，考慮到初級(jí)回路的大電流特性，最終使用了5nF的高壓薄膜電容，用10AWG的線材繞制初級(jí)線圈，計(jì)算得到初級(jí)線圈電感量約為9nH，對(duì)應(yīng)于在15cm直徑的骨架上繞約6匝。

驅(qū)動(dòng)電路的目標(biāo)是給初級(jí)LC諧振回路諧振頻率相同的交流激勵(lì)，它的核心是一個(gè)反饋?zhàn)奉l的逆變?nèi)珮颍瑸榱朔乐构β使軗p壞，需要添加過(guò)流保護(hù)、并通過(guò)一個(gè)滅弧信號(hào)讓其間歇工作，同時(shí)全橋需要實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷來(lái)減小發(fā)熱。

在原理上，我采用了Steven Ward在2008年給出的經(jīng)典電路方案。

使用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)其中的數(shù)字邏輯部分，這樣提升了集成度和穩(wěn)定性，電路也可以做得更小。CPLD多余的內(nèi)部資源還可以用于其他功能。

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一些優(yōu)化可以使電弧的發(fā)音明顯改善。由于當(dāng)放電電極兩端固定后，產(chǎn)生的電弧長(zhǎng)度就固定了，這樣在發(fā)音的穩(wěn)定性上相比傳統(tǒng)特斯拉線圈擁有巨大優(yōu)勢(shì)。

我們基于電弧本身的性質(zhì)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)，進(jìn)行了高低音占空比補(bǔ)償，將最初的噪聲轉(zhuǎn)化為了非常悅耳的音樂(lè)。

未優(yōu)化前的效果

優(yōu)化后的音樂(lè)效果

公眾號(hào)留言

卓晴大大 小白問(wèn)一個(gè)關(guān)于電磁信號(hào)檢測(cè)的問(wèn)題，看到技術(shù)報(bào)告都是L和C進(jìn)行并聯(lián)，但是有的說(shuō)是串聯(lián)諧振有的說(shuō)是并聯(lián)諧振來(lái)進(jìn)行選頻。我疑惑了，感覺(jué)串聯(lián)諧振通過(guò)的電流最大，而并聯(lián)諧振不管什么時(shí)候都會(huì)有不小的電壓吧？但是電路圖他們都是并聯(lián)的。

回復(fù)：如果從電感中的所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)角度來(lái)看，環(huán)路中的電感L和電容C形成了串聯(lián)諧振，于是在C上產(chǎn)生了更高的諧振電壓被后級(jí)檢波放大；

如果從后級(jí)輸入端口來(lái)看，LC形成了并聯(lián)諧振，形成了一個(gè)選頻帶通電路，它只對(duì)電感中感應(yīng)到的諧振頻率的信號(hào)產(chǎn)生較大的輸出，其他的信號(hào)則被濾除了。

總之，通過(guò)諧振電路，形成了對(duì)20kHz正弦信號(hào)的選擇，而將其它的干擾信號(hào)濾除。

卓大大，那個(gè)rda5807輸出的是一個(gè)正弦信號(hào)，AD采集不到負(fù)值，現(xiàn)在需要加一個(gè)直流偏執(zhí)電路，但是我感覺(jué)這個(gè)信號(hào)電路也是一個(gè)高頻的電路了直接加偏執(zhí)電路的話會(huì)不會(huì)有影響??？

回復(fù)：這個(gè)電路只是將RDA5807輸出的信號(hào)中的交流成分重新偏置到單片機(jī)AD輸入電壓范圍的中點(diǎn)電壓，這樣就保證接收到的Chirp音頻信號(hào)始終處在AD轉(zhuǎn)換電壓范圍內(nèi)。由于其中包括有隔直電容，所以不會(huì)對(duì)前級(jí)的電路產(chǎn)生影響。

老師，今天接到一個(gè)有點(diǎn)難過(guò)的消息，我們老師說(shuō)今年我們學(xué)校非畢業(yè)生極大可能不開學(xué)了，說(shuō)我們學(xué)?？赡軛壻?，但是我們不愿意就這么放棄，隊(duì)員們?cè)诩彝獍?xiàng)目、做微商，連漆包線的錢都攢夠了，哪怕是在家鋪賽道，我們也想?yún)⒓咏衲甑谋荣?，懇?qǐng)卓大大能否讓不能到達(dá)賽場(chǎng)的同學(xué)們郵寄車模，哪怕不能到達(dá)賽場(chǎng)，我們也不愿意就這么放棄。老師，如果我們學(xué)校今年不參賽，不給我們參賽的文件，我們能自費(fèi)參加嗎？

回復(fù)：按照傳統(tǒng)的比賽報(bào)名的模式，參加比賽的隊(duì)伍還都必須以學(xué)校為單位組織比賽。