鑒于傳統(tǒng)特斯拉線圈的種種弊端，我在挑戰(zhàn)杯項目中提出了一種創(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)過設(shè)計、計算，采用如下方法制作了次級線圈：在直徑 10cm 的有機玻璃管上，用直徑 0.23mm，絕緣層厚度 0.02mm 的漆包線密繞約 1500 匝。

實際測量得到：電感量 46.2mH，電阻 183Ω，和理論值相比小一些可能是因為繞制不是絕對緊密，匝數(shù)比 1500 匝少一些。此外還用測諧振頻點的方法確定了其寄生電容約 5pF。

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

驅(qū)動電路的目標是給初級 LC 諧振回路諧振頻率相同的交流激勵，它的核心是一個反饋追頻的逆變?nèi)珮颍瑸榱朔乐构β使軗p壞，需要添加過流保護、并通過一個滅弧信號讓其間歇工作，同時全橋需要實現(xiàn)零電流關(guān)斷來減小發(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 來實現(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。

通過大量的實驗，我發(fā)現(xiàn)，通過一些優(yōu)化可以使電弧的發(fā)音明顯改善。由于當放電電極兩端固定后，產(chǎn)生的電弧長度就固定了，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。

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

疑問： 關(guān)于電磁信號檢測的問題，看到技術(shù)報告都是 L 和 C 進行并聯(lián)，但是有的說是串聯(lián)諧振有的說是并聯(lián)諧振來進行選頻。感覺串聯(lián)諧振通過的電流最大，而并聯(lián)諧振不管什么時候都會有不小的電壓吧?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)生的電動勢角度來看，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檢波放大;

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

總之，通過諧振電路，形成了對 20kHz 正弦信號的選擇，而將其它的干擾信號濾除。

疑問： 那個 rda5807 輸出的是一個正弦信號，AD 采集不到負值，現(xiàn)在需要加一個直流偏執(zhí)電路，但是我感覺這個信號電路也是一個高頻的電路了直接加偏執(zhí)電路的話會不會有影響啊?

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

審核編輯：湯梓紅