特斯拉线圈（Tesla Coil）是一种依据共振原理运作的变压器，也被称为共振变压器，由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉于 1891 年发明，其主要用途是产生超高电压、较低电流且频率较高的交流电力。特斯拉线圈通常由两组（有时为三组）相互耦合的共振电路组成。由于特斯拉曾在实验中尝试过多种不同的线圈配置，因此很难对特斯拉线圈给出一个绝对统一的定义；在当年的创新实验中，特斯拉利用这些线圈完成了诸多尝试，包括电气照明、荧光光谱、X 射线、高频交流电流现象的研究、电疗、无线电能传输以及无线电信号的发射与接收等。

SGTC（Spark Gap Tesla Coil，火花间隙特斯拉线圈）是特斯拉本人当年发明的“特斯拉线圈”类型。由于 SGTC 的构造和原理都相对简单，目前它也成为了初学者入门特斯拉线圈的首选。

图 1　特斯拉线圈

一、组成与原理

SGTC 由感应圈、变压器、打火器、两个电容器以及一个初级绕组仅绕数圈的互感器共同组成。从本质上讲，它是利用变压器将普通电压升高，再经由两极线圈从放电终端向外放电的设备，通俗地说，它就像一台“人工闪电制造器”。

在放电过程中，尚未打火时能量由变压器传递到电容阵进行储存；当电容阵充电完毕、两极电压达到足以击穿打火器缝隙的程度时，打火器随即打火，此时电容阵与主线圈形成回路、完成 LC 振荡，并将能量持续传递到次级线圈。这种装置能够产生频率很高的高压电流，使用时具有极高的危险性。

虽然特斯拉线圈的线路与原理都较为简单，但要将它调整到与环境形成完美共振并非易事，而特斯拉正是极为擅长这一技艺的人。

二、工作过程

图 2　SGTC 电路结构

首先，交流电经过升压变压器升高至 2000 V 以上（足以击穿空气），随后经过由四个（或四组）高压二极管组成的全波整流桥，向主电容（C1）充电。打火器由两个光滑表面构成，两者之间的间隙只有几毫米，具体间距需依据高压输出端的电压来决定。

当主电容两极板之间的电势差达到一定程度时，会击穿打火器处的空气，并与初级线圈（L1，一个电感）构成 LC 振荡回路；此时由于 LC 振荡的作用会产生一定频率的高频电磁波，频率通常在 100 kHz 到 1.5 MHz 之间。放电顶端（C2）是一个具有一定表面积且导电的光滑物体，它与地面之间形成“对地等效电容”，而对地等效电容与次级线圈（L2，一个电感）同样会构成一个 LC 振荡回路。

当初级回路与次级回路的 LC 振荡频率相等时，在打火器打通的瞬间，初级线圈发出的电磁波大部分会被次级的 LC 振荡回路吸收。从理论上讲，放电顶端与地面的电势差可视为无限大，因此在次级线圈回路中会产生高压、小电流的高频交流电（频率与 LC 振荡频率一致），此时放电顶端便会与附近接地的物体之间释放出一道电弧。