“音乐player”特斯拉线圈的研制

袁野　纪恒江　李聪　庄淏旭

摘 要

特斯拉音乐播放器是一种基于共振原理运行的变压器工作的音乐播放器。这款新概念扬声器是依靠电弧激发空气变作等离子体产生的空气振动发声，可以播放手机、电脑音乐，并能保证音质清晰。

关键词

特斯拉线圈;RC振荡电路

中图分类号： P313.1                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.043

0 引言

1877年12月，爱迪生公开表演了留声机，“会说话的机器”诞生的消息，立刻轰动了全世界。外界舆论马上把他誉为“科学界之拿破仑”，留声机也成为19世纪最引人振奋的三大发明之一。

1898年，丹麦的V.波尔森发明了钢丝录音机，从此，以硬磁性材料的剩磁特性将声音信号记录在载体，具有重放、录音功能的磁带录音机开始在家庭里普及。

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们对音色品质的追求越来越高。老式录音机音色简单苍白，已经不能满足人们对音乐品质的更高需求，于是老式录音机逐渐被社会淘汰。取代它的是更清晰、更浑厚音质的播放器CD正式登上舞台。

1982年，世界上第一台CD播放器、同时也是索尼生产的第一台CD播放器诞生了—Sony's CDP-101。CD的出现，依靠完美的音质表现、快捷搜歌、方便携带等功能，风靡了市场10多年之久。直到MP3的出现。世界上最具影响力的MP3是RioPMP300，它最大的优点是可在互联网上下载MP3而不用花一分钱，但是它的缺点是体积大，屏幕小，显示内容少，支持格式少。由于PC和互联网的普及，各种音乐播放软件也层出不穷，音乐播放器的智能时代正式来临。

1 特斯拉线圈音乐播放器的工作原理

特斯拉线圈音乐播放器，包括：音频输入模块、驱动芯片、振荡电路、场效应管和特斯拉线圈;音频输入模块连接驱动芯片的控制信号输入端，用于向驱动芯片输入音频信号;振荡电路连接驱动芯片的内部振荡器的两个引脚，用于调整振荡频率;场效应管的栅极连接驱动芯片的驱动输出端，场效应管的漏极连接特斯拉线圈的初级线圈，用于根据驱动芯片输出的驱动信号导通或截止，从而驱动特斯拉线圈产生声音电弧。如此设置，在驱动芯片的驱动下，特斯拉线圈可以将空气电离，从而能够驱动离子化的空气振动发声，相对于传统的扬声器，由于没有振膜，因此不会产生频谱失真，即能最大限度还原声音的真实音色。

图为特斯拉线圈的一种等效电路示意图。如图所示，充电端输入交流电源，为电容C1充电，当电容器C1两端的电压达到打火器S1的击穿电压时，打火器打火导通，使C1与特斯拉线圈的初级线圈L1组成LC振荡电路，初级LC回路发生串联谐振，谐振频率为f=，给次级线圈提供足够高的励磁功率，使其共振。特斯拉线圈的次级线圈L2的一端接地，另一端与大地之间形成等效电容C2。L2和C2也组成LC振荡电路，并且其振荡频率与初级线圈相同，即次级线圈的电感与分布电容也发生串联谐振，这时放电终端电压最高，于是就能看到电弧。

其中，电弧即高电压造成的气体放电现象。在一般的状态下，空气的分子大部分为中性不带电，但经过高压放电后就成为带电的粒子，这种现象称游离化或电离。剧烈的电离过程会产生电弧放电，电弧的横截面直径（粗细）与电弧中电流大小成正比，粗细程度就是空气膨胀程度不同的表现，（声波的产生需要空气的膨胀和收缩，收缩过程就是电弧电流由大变小时空气膨胀系数也由大变小的过程）通过音频信号控制电弧中电流的大小则产生相应的声波，这就是基于电弧放电发声的原理。

3 特斯拉线圈音乐播放器的电路结构示意图

图所述，特斯拉线圈音乐播放器包括：音频输入模块101、驱动芯片102、振荡电路103、场效应管104和特斯拉线圈105。

音频输入模块101连接驱动芯片102的控制信号输入端，用于向驱动芯片102输入音频信号;振荡电路103连接驱动芯片102的内部振荡器的两个引脚，用于调整振荡频率;场效应管104的栅极连接驱动芯片102的驱动输出端，场效应管104的漏极连接特斯拉线圈105的初级线圈，用于根据驱动芯片102输出的驱动信号导通或截止，从而驱动特斯拉线圈105产生聲音电弧;特斯拉线圈105的次级线圈的一端接地，另一端用于基于增强后的驱动信号产生声音电弧。

4 RC振荡电路原理

输出电压u0经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf作为同相比例电路的输入信号由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用电阻，电容元件组成选频网络，就称为RC振荡器，一般用来产生1Hz-1MHz的低频信号。RC选频网络的选频作用不如LC谐振荡回路，故RC振荡器的波形和稳定度比LC振荡器差。

RC串并联网络振荡电路用以产生低频正弦波信号，是一种使用十分广泛的RC振荡电路。

5 总结

特斯拉线圈与等离子扬声器的结合，并可以用手机连接，播放音乐，产生空气振动，具有较高的经济效益，和观赏美。

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"Tesla coil production"，"tesla coil principle"，"wireless transmission technology principle"，articles from baidu wenku.

[10]《特斯拉线圈》，文章出自百度百科.Tesla coil， article from baidu encyclopedia.