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01 實驗套件
在淘寶網(wǎng)站 ?「BD243 迷你特斯拉線圈套件」[1] 購買了一套 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來的安裝說明，其中 Q1 的集電極初級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 測量特斯拉線圈參數(shù)
1. 特斯拉線圈低頻參數(shù)
下面是套件中的主要器件。其中特斯拉線圈，使用手持 LCR 表測量的參數(shù)為：
▲ 套件中主要元器件
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2. 特斯拉線圈諧振參數(shù)
根據(jù)博文 「特斯拉線圈自身諧振現(xiàn)象」[2] 中介紹的方法，對于這款特斯拉線圈測量對應(yīng)的諧振頻譜。
▲ 左：無特斯拉線圈;中：有特斯拉線圈 1；右：有特斯拉線圈 2
「（1）測量耦合線圈增益：」
▲ 在沒有特斯拉線圈的情況下的耦合線圈之間的增益
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「（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
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「（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
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「（4）將測量結(jié)果減去背景數(shù)據(jù)」
將上面兩個方知有特斯拉線圈的數(shù)據(jù)減去沒有特斯拉線圈時的背景數(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)
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- 特斯拉 1 的峰值對應(yīng)的頻率為：5.97MHz。特斯拉 2 的峰值對應(yīng)的頻率為：6.356MHz
另外，對于特斯拉 1 內(nèi)部具有的諧振頻率的個數(shù)約等于特斯類內(nèi)部的諧振頻譜的個數(shù)的「兩倍」。這是否與特斯拉線圈 1 的獨特的兩層結(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]
03 組裝迷你特斯拉線圈
1. 組裝之后電路板靜態(tài)測試
將套件中的各個元器件安裝在電路板上，并對功率管增加大的散熱片。
通電后測量特斯拉線圈輸出的高壓脈沖信號，可以點亮氖燈泡。
▲ 通電后使用氖燈測量發(fā)出的高壓信號
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2. 振蕩波形和頻譜
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。
▲ 特斯拉線圈工作時測量得到的頻譜
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3. 工作電壓對工作參數(shù)影響
「（1）工作電流隨著電壓的變化：」
這個套件居然在電壓在 1V 的時候都能夠工作，是在沒有想到。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，電流有一個突變，這與下面顯示的振蕩頻率的突變所對應(yīng)的工作電壓是一致的。
至于為什么會出現(xiàn)這個突變，現(xiàn)在還無法解釋。猜測：這可能此時晶體管的功耗使得它的溫度出現(xiàn)了較大的變化，進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程中，使用 DSA815 測量得到的周圍空間的頻譜，其中峰值對應(yīng)的振蕩頻率。
▲ 隨著工作電壓變化振蕩輸出頻譜的變化
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04 結(jié)論
通過前面簡單的測試，對于「BD243」迷你特斯拉線圈套件進行的初步的試驗。初步得到了一些工作的特性。
▲ 隨著電壓增加氖燈泡被點亮
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- 使用耦合線圈方法測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。中間出現(xiàn)過突變的一小段，猜測是因為功率管 BD243 溫度激增引起測。此有待進一步證實通過測量空間頻譜測量得到振蕩頻率。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充單調(diào)的。原因不詳；
Reference
[1]「BD243 迷你特斯拉線圈套件」: https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.1b2f2e8d2ysp2o&id=614703679573&_u=invskcd1823
[2]「特斯拉線圈自身諧振現(xiàn)象」: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/106122200
