(电路设计)迷你特斯拉线圈+全波整流电路【优秀范文】

下面是小编为大家整理的(电路设计)迷你特斯拉线圈+全波整流电路【优秀范文】,供大家参考。

　

　可能我们在高中就有见过特斯拉线圈这样的趣味项目。特斯拉线圈是一种简单的线圈，在 9V 的低电压输入下也可以生成高压电场，电场强度足以亮起灯泡。该原理由特斯拉发明，所以也因此得名。

　 迷你特斯拉线圈电路非常简单，只需在 9V 电池和少许元器件的帮助下就能正常运作，所以搭建起来还是挺容易的。许多人可能已经尝试过这个项目，但是失败了；这主要因为几处常出现的错误。所以如果你曾经在这个项目上失败过或是新接触特斯拉线圈，本文会教你如何用 9V 电池做出一个简单的特斯拉线圈，同时无线传输能量。

　 警告：这是一个高压项目，所以千万要注意安全。电压虽然不足以致命，但若是直接触电的话可能会引发神经或组织损伤。

　所需材料

　磁导线（漆包线 22kΩ电阻 2N2222 三极管 LED 任何不导电的圆柱物体 9V 电池（或者 5V 电源）

　特斯拉线圈的原理

　制作特斯拉线圈之前，我们得理解其工作原理才能成功除错。特斯拉线圈基于电磁感应。一个导体处于变化的磁场中时，导体

　中会产生一股小电流。对特斯拉线圈来说，这个导体被称为次级线圈，而变化磁场则由初级线圈上的振荡电流产生。这可能有些难以理解，但是我们用电路图就更容易理解了。

　电路图

　以下迷你特斯拉线圈的电路图很简单。所以让我们理解其原理及制作方式。电路主要部分为次级线圈（金色线圈），是由磁导线绕在不导电物体上制成的。

　 2N2222 这样的大电流高频三极管则通过初级线圈（紫色线圈）供电。整个电路由 9V 电池供电。电池正极通过初级线圈后与三极管的集极相连，射极接地。这意味着一旦三极管导通，电流就会经过初级线圈。LED 二极管则位于次级线圈的一端，同时与三极管的基极相连从而使得电路发生振荡，三极管会发送振荡电流进入初级线圈。如果你想深入了解电流振荡的话，可以百度一下“杀手励磁器电路”。

　所以这样的组合下，初级线圈上有了振荡电流，因此会在周围产生磁通量。同时该线圈也缠扰在次级线圈上，所以根据电磁

　感应次级线圈上会产生感应电压。由于次级线圈的匝数远远大于初级线圈，所以该电压值会很大，而且线圈有着很强的电通量所以足以使得 CFL 的荧光灯发亮，并将其用于无线电源传输中。

　次级线圈的绕线

　很重要的一步就是次级线圈的绕线。这是一个耗费时间的过程，所以不需要急功近利。首先你需要一个磁感线圈，也被称为漆包线。这些线可以在继电器，变压器甚至电机中找到。你可以循环利用或是直接买新的。线圈越细，效果越好。

　 一旦磁感线圈准备好后，你需要一个绝缘的圆柱体，你可以选择 PVC 管，纸盒或是把 A4 纸卷起来。其直径需要处于 5cm到 10cm 间，长度至少 10cm。越长就越能容纳更多匝数。

　 以上两个材料准备好后就可以开始绕线了，建议绕一段后可以用胶条固定住。以下是绕线时的 3 条建议。

　绕线时每条线要尽可能靠近。

　不要把某匝线圈缠扰在另一匝上。

　至少需要 150 匝，300 匝可以获得比较好的结果。

　将交流转换为直流的过程就是我们常说的整流。任何隔离式电源都有着整流模块，可以将壁式插座中的交流转为高压直流，或是降压交流转换为低压直流。进一步的过程还有滤波，DC-DC转换等等。所以，本文我们将来探讨全波整流的工作。与半波整流相比，全波整流的效率更高。

　 全波整流可以由以下两种方式实现。

　 1.中央抽头全波整流 2.桥式整流（使用 4 个二极管）

　中央抽头全波整流电路

　桥式全波整流电路 如果一个电路的两支与第三支相连从而组成一个循环，则该网络被称为桥式电路。以上两者最常用的为使用 4 个二极管的桥

　式整流电路，因为使用两个二极管的需要一个中央抽头的变压器，而且与桥式相比并不可靠。二极管桥也可以以单一封装的元件实现，比如 DB102，GBJ1504，KBU1001 等等。

　 在输出为同样滤波电路的情况下，让纹波系数减少还是桥式整流电路可靠一些。日常交流电的频率为 50/60Hz，且都是正弦波。波形如下图所示。

　全波整流的工作原理

　现在让我们来看低幅度交流电压的整流，比如 15V 有效值的交流电压（21V 峰峰值电压）用二极管桥整流为直流电压。交流源的波形可以被分为正半周和负半周。所有的电压，电流都有数字万用表测出有效值。仿真图如下。

　仿真图

　正半周时，D2 和 D3 会导通，而负半周时，D4 和 D1 会导通。因此，整流后的输出波形如下。

　输入和输出波形 为了减少波形上的纹波，或为了让波形更加连续，我们需要在输出加入一个电容滤波器。电容与负载并联，从而保证输出端电压的稳定性。这样，输出端的纹波就会减少。

　加入一个 1uF 的电容作为滤波器

　 全波整流电路加入电容滤波器的仿真图 1uF 电容对输出的滤波有限，因为 1uF 所能存储的能量很少。以下是滤波波形。

　 输入与输出波形 考虑到输出仍存在纹波，所以我们打算以不同容值的电容来测试输出。以下是不同容值电容测试出的纹波减少波形。

　输入与输出波形 输出波形：绿色-1uF 蓝色-4.7uF 芥绿色-10uF 深绿色-47uF 有电容下的电路运作方式

　在信号的正半周和负半周，二极管都会导通电容充电的同时，负载也会获得供电。而向电容内存储能量的瞬时电压间隔要高于电容向外部供电的瞬时电压间隔。电容存储的能量越多，则输出波形上的纹波越少。

　纹波系数的理论计算公式如下，纹波系数=Idc/（2 x R x f x Cout x Idc）

　 我们带入以下参数并与以上波形对比：R=1kΩ f=100Hz

　Cout=1uF Idc=15mA 因此，纹波系数为 5V

　 纹波系数的差异可以用高容值的电容来补偿。全波整流的效率在 80%以上，也就是半波整流的两倍。

　桥式全波整流电路所需元器件

　220V/15V 的交流降压变压器 1N4007 二极管 x 4 电阻 电容 MIC RB156 此处，15V 的有效电压的峰值电压为 21V。所以所有器件的额定电压应该在 25V 以上。

　电路的工作原理

　器 降压变压器

　 降压变压器由叠片铁芯上的初级线圈和次级线圈组成。初级线圈的匝数高于次级线圈。每个线圈的角色都相当于单独的电感。当初级线圈通交流电时，就会产生磁通量。次级线圈在磁通量的变化下产生感应电动势。这股感应电动势流入与其相接的外部电路。匝数比和线圈的电感决定了初级线圈产生的磁通量和次级线圈产生的感应电动势。

　 插座里传来的 220V 交流电在该变压器的运作下降至 15V 交流电。这股交流电随后通入下面的整流电路。

　路 无滤波器的全波整流电路

　 对应的负载电压为 12.43V，因为这是有间断波形的平均输出电压。

　加入滤波器的全波整流电路

　1.当 CL=4.7uF 时，纹波减少所以平均电压提升至 15.78V。

　2.当 CL=10uF，纹波进一步减少，平均电压为 17.5V。

　 3.当 CL=47uF 时，平均电压为 18.92V。

　4.当 CL=100uF 时，增加电容阻值已经影响不大，波形已逐渐平缓而且纹波已经很低，平均电压为 19.01V.

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