Котушка Тесла представляє собою високочастотний резонансний трансформатор без феромагнітного сердечника, за допомогою якого можна отримати високу напругу на вторинній обмотці. Під дією високої напруги в повітрі відбувається електричний пробій, подібно розряду блискавки. Пристрій винайдено Ніколою Тесла, і носить його ім'я.
За типом комутуючого елемента первинного контуру, котушки Тесла підрозділяються на іскрові (SGTC - Spark gap Tesla coil), лампові (VTTC - Vacuum tube Tesla coil) , Транзисторні (SSTC - Solid state Tesla coil, DRSSTC - Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду розглядати тільки іскрові котушки, які є найпростішими і поширеними. За способом заряду контурного конденсатора, іскрові котушки діляться на 2 типу: ACSGTC - Spark gap Tesla coil, а також DCSGTC - Spark gap Tesla coil. У першому варіанті, заряд конденсатора здійснюється змінною напругою, у другому використовується резонансний заряд з підбиттям постійної напруги.
Сама котушка являє собою конструкцію з двох обмоток і тора. Вторинна обмотка циліндрична, намотується на діелектричній трубі мідним обмотувальним проводом, в один шар виток до витка, і має зазвичай 500-1500 витків. Оптимальне співвідношення діаметра і довжини обмотки дорівнює 1: 3,5 - 1: 6. Для збільшення електричної і механічної міцності, обмотку покривають епоксидним клеєм або поліуретановим лаком. Зазвичай розміри вторинної обмотки визначають виходячи з потужності джерела живлення, тобто високовольтного трансформатора. Визначивши діаметр обмотки, з оптимального співвідношення знаходять довжину. Далі підбирають діаметр обмотувального проводу, так щоб кількість витків приблизно дорівнювало загальноприйнятому значенню. Як діелектричної труби зазвичай застосовують каналізаційні пластикові труби, але можна виготовити і саморобну трубу, за допомогою листів креслярського ватману і епоксидного клею. Тут і далі мова йде про середні котушках, потужністю від 1 кВт і діаметром вторинної обмотки від 10 см.
На верхній кінець труби вторинної обмотки встановлюють порожнистий проводить тор, зазвичай виконаний з алюмінієвої гофрованої труби для відводу гарячих газів. В основному діаметр труби підбирають рівним діаметру вторинної обмотки. Діаметр тора зазвичай становить 0,5-0,9 від довжини вторинної обмотки. Тор має електричну ємність, яка визначається його геометричними розмірами, і виступає в ролі конденсатора.
Первинна обмотка розташовується у нижнього підстави вторинної обмотки, і має спіральну плоску або конічну форму. Зазвичай складається з 5-20 витків товстого мідного або алюмінієвого дроту. В обмотці протікають високочастотні струми, внаслідок чого скін-ефект може мати значний вплив. Через високої частоти струм розподіляється переважно в поверхневому шарі провідника, тим самим зменшується ефективна площа поперечного перерізу провідника, що призводить до збільшення активного опору і зменшення амплітуди електромагнітних коливань. Тому найкращим варіантом для виготовлення первинної обмотки буде порожня мідна трубка, або плоска широка стрічка. Над первинної обмоткою по зовнішньому діаметру іноді встановлюють незамкнуте захисне кільце (Strike Ring) з того ж провідника, і заземлюють. Кільце призначене для запобігання потрапляння розрядів в первинну обмотку. Розрив необхідний для виключення протікання струму по кільцю, інакше магнітне поле, створене індукційним струмом, буде послаблювати магнітне поле первинної і вторинної обмотки. Від захисного кільця можна відмовитися, якщо заземлити один кінець первинної обмотки, при цьому потрапляння розряду не заподіє шкоди компонентам котушки.
Коефіцієнт зв'язку між обмотками залежить від їх взаємного розташування, ніж вони ближче, тим більше коефіцієнт. Для іскрових котушок типове значення коефіцієнта одно K = 0,1-0,3. Від нього залежить напруга на вторинній обмотці, чим більше коефіцієнт зв'язку, тим більша напруга. Але збільшувати коефіцієнт зв'язку вище норми не рекомендується, так як між обмотками почнуть проскакувати розряди, які пошкоджують вторинну обмотку. 
На схемі представлений найпростіший варіант котушки Тесла типу ACSGTC.
Принцип дії котушки Тесла заснований на явищі резонансу двох індуктивно зв'язаних коливальних контурів. Первинний коливальний контур складається з конденсатора С1, первинної обмотки L1, і комутується разрядником, в результаті чого утворюється замкнутий контур. Вторинний коливальний контур утворений вторинною обмоткою L2 і конденсатором С2 (тор володіє ємністю), нижній кінець обмотки обов'язково заземлюється. При збігу власної частоти первинного коливального контуру з частотою вторинного коливального контуру, відбувається різке зростання амплітуди напруги і струму у вторинному ланцюзі. При досить високій напрузі відбувається електричний пробій повітря у вигляді розряду, що виходить із тора. При цьому важливо розуміти, що являє собою замкнутий вторинний контур. Струм вторинного контуру тече по вторинній обмотці L2 і конденсатора С2 (тор), далі по повітрю і землі (так як обмотка заземлена), замкнутий контур можна описати таким чином: земля-обмотка-тор-розряд-земля. Таким чином, захоплюючі електричні розряди являють собою частину контурного струму. При великому опорі заземлення розряди, які виходять із тора битимуть прямо по вторинній обмотці, що не є добре, тому потрібно робити якісне заземлення.
Після того як розміри вторинної обмотки і тора визначені, можна порахувати власну частоту коливань вторинного контуру. Тут треба враховувати, що вторинна обмотка крім індуктивності володіє деякою ємністю через чималих розмірів, яку треба враховувати при розрахунку, ємність обмотки необхідно скласти з ємністю тора. Далі треба прикинути параметри котушки L1і конденсатора C1первічного контуру, так щоб власна частота первинного контуру була близька до частоті вторинного контуру. Ємність конденсатора первинного контуру зазвичай становить 25-100 нФ, виходячи з цього, розраховують кількість витків первинної обмотки, в середньому повинно вийти 5-20 витків. При виготовленні обмотки необхідно збільшити кількість витків, в порівнянні з розрахунковим значенням, для подальшої настройки котушки в резонанс. Розрахувати всі ці параметри можна за стандартними формулами з підручника фізики, також в мережі є книги з розрахунку індуктивності різних котушок. Існують і спеціальні програми калькулятори для розрахунку всіх параметрів майбутньої котушки Тесла.
Налаштування здійснюється шляхом зміни індуктивності первинної обмотки, тобто один кінець обмотки приєднаний до схеми, а інший нікуди не підключається. Другий контакт виконують у вигляді затиску, який можна перекидати з одного витка на інший, тим самим використовується не вся обмотка, а тільки її частину, відповідно змінюється індуктивність, і власна частота первинного контуру. Налаштування виконують під час попередніх запусків котушки, про резонанс судять по довжині видаються розрядів. Існує також метод холодної настройки резонансу за допомогою ВЧ генератора і осцилографа або ВЧ вольтметра, при цьому котушку запускати не треба. Необхідно взяти на замітку, що електричний розряд має ємність, внаслідок чого власна частота вторинного контуру може трохи зменшуватися під час роботи котушки. Заземлення також може надавати невеликий вплив на частоту вторинного контуру.
Розрядник є коммутирующим елементом в первинному коливальному контурі. При електричному пробої розрядника під дією високої напруги, в ньому утворюється дуга, яка замикає ланцюг первинного контуру, і в ньому виникають високочастотні затухаючі коливання, протягом яких напруга на конденсаторі С1 поступово зменшується. Після того як дуга гасне, контурний конденсатор С1 знову починає заряджатися від джерела живлення, при наступному пробої розрядника починається новий цикл коливань.
Розрядник підрозділяється на два типи: статичний і обертається. Статичний розрядник являє собою два близько розташованих електрода, відстань між якими регулюють так щоб електричний пробій між ними відбувався в той час, коли конденсатор С1 заряджений до найбільшої напруги, або трохи менше максимуму. Орієнтовна відстань між електродами визначають виходячи з електричної міцності повітря, яка становить близько 3 кВ / мм при стандартних умовах навколишнього середовища, а також залежить від форми електродів. Для змінного напруги, частота спрацьовувань статичного розрядника (BPS - beats per second) складе 100 Гц.
Обертається розрядник (RSG - Rotary spark gap) виконується на основі електродвигуна, на вал якого насаджений диск з електродами, з кожного боку диска встановлюються статичні електроди, таким чином, при обертанні диска, між статичними електродами будуть пролітати все електроди диска. Відстань між електродами роблять мінімальним. У такому варіанті можна регулювати частоту комутацій в широких межах керуючи електродвигуном, що дає більше можливостей по налаштуванню і управлінню котушкою. Корпус двигуна необхідно заземлити, для захисту обмотки двигуна від пробою, при попаданні високовольтного розряду.
Як контурного конденсатора С1 застосовують конденсаторні збірки (MMC - Multi Mini Capacitor) з послідовно і паралельно з'єднаних високовольтних високочастотних конденсаторів. Зазвичай застосовують керамічні конденсатори типу КВІ-3, а також плівкові К78-2. Останнім часом намічений перехід на паперові конденсатори типу К75-25, які непогано показали себе в роботі. Номінальна напруга конденсаторної збірки для надійності має бути в 1,5-2 рази більше амплітудного напруги джерела живлення. Для захисту конденсаторів від перенапруги (високочастотні імпульси) встановлюють повітряний розрядник паралельно всій збірці. Розрядник може являти собою два невеликих електрода.
В якості джерела живлення для зарядки конденсаторів використовується високовольтний трансформатор Т1, або кілька послідовно або паралельно з'єднаних трансформаторів. В основному початківці тесластроітелі використовують трансформатор з мікрохвильової печі (MOT - Microwave Oven Transformer), вихідна змінна напруга якого складає ~ 2,2 кВ, потужність близько 800 Вт. Залежно від номінальної напруги контурного конденсатора, марнотрати з'єднують послідовно від 2 до 4 штук. Застосування тільки одного трансформатора не доцільно, так як через невелику вихідної напруги зазор в розряднику буде дуже малим, підсумком будуть нестабільні результати роботи котушки. Моти мають недоліки у вигляді слабкої електропрочності, не розраховані для роботи в тривалому режимі, сильно гріються при великому навантаженні, тому часто виходять з ладу. Більш розумно використовувати спеціальні масляні трансформатори типу ОМ, ОМП, ОМГ, які мають вихідну напругу 6,3 кВ, 10 кВ, і потужність 4 кВт, 10 кВт. Можна також виготовити саморобний високовольтний трансформатор. При роботі з високовольтними трансформаторами не слід забувати про техніку безпеки, висока напруга небезпечна для життя, корпус трансформатора необхідно заземлити. При необхідності послідовно з первинної обмоткою трансформатора можна встановити автотрансформатор, для регулювання напруги зарядки контурного конденсатора. Потужність автотрансформатора повинна бути не менше потужності трансформатора T1.
Дросель Lд в ланцюзі харчування необхідний для обмеження струму короткого замикання трансформатора при пробої розрядника. Найчастіше дросель знаходиться в колі вторинної обмотки трансформатора T1. Внаслідок високої напруги, необхідна індуктивність дроселя може приймати великі значення від одиниць до десятків Генрі. У такому варіанті він повинен мати достатню електропрочностью. З таким же успіхом дросель можна встановити послідовно з первинної обмоткою трансформатора, відповідно тут не потрібна висока електропрочность, необхідна індуктивність на порядок нижче, і становить десятки, сотні міллігенрі. Діаметр обмотувального дроту повинен бути не менше діаметра дроту первинної обмотки трансформатора. Індуктивність дроселя розраховують з формули залежності індуктивного опору від частоти змінного струму.
Фільтр низьких частот (ФНЧ) призначений для виключення проникнення високочастотних імпульсів первинного контуру в ланцюг дроселя і вторинної обмотки трансформатора, тобто для їх захисту. Фільтр може бути Г-образним або П-образним. Частоту зрізу фільтра вибирають на порядок менше резонансної частоти коливальних контурів котушки, але при цьому частота зрізу повинна бути набагато більше частоти спрацьовування розрядника. 
При резонансному заряді контурного конденсатора (тип котушки - DCSGTC), використовують постійну напругу, на відміну від ACSGTC. Напруга вторинної обмотки трансформатора T1 випрямляють за допомогою діодного моста і згладжують конденсатором Св. Ємність конденсатора повинна бути на порядок більше ємності контурного конденсатора С1, для зменшення пульсацій постійної напруги. Величина ємності зазвичай становить 1-5 мкФ, номінальну напругу для надійності вибирають в 1,5-2 рази більше амплітудного випрямленої напруги. Замість одного конденсатора можна використовувати конденсаторні збірки, бажано не забуваючи про вирівнюють резистори при послідовному з'єднанні декількох конденсаторів.
Як діодів моста застосовують послідовно з'єднані високовольтні діодні стовпи типу КЦ201 і ін. Номінальний струм діодних стовпів повинен бути більше номінального струму вторинної обмотки трансформатора. Зворотна напруга діодних стовпів залежить від схеми випрямлення, з міркувань надійності зворотна напруга діодів повинно бути в 2 рази більше амплітудного значення напруги. Можливо виготовлення саморобних діодних стовпів шляхом послідовного з'єднання звичайних випрямних діодів (наприклад 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), із застосуванням вирівнюють резисторів.
Замість стандартної схеми випрямлення і згладжування можна зібрати подвоювач напруги з двох діодних стовпів і двох конденсаторів.
Принцип роботи схеми резонансного заряду заснований на явищі самоіндукції дроселя Lд, а також застосування діода відсічення VDо. У момент часу, коли конденсатор C1 розряджений, через дросель починає текти струм, зростаючи за синусоїдальним законом, при цьому в дроселі накопичується енергія у вигляді магнітного поля, а конденсатор при цьому заряджається, накопичуючи енергію у вигляді електричного поля. Напруга на конденсаторі зростає до напруги джерела живлення, при цьому через дросель тече максимальний струм, і падіння напруги на ньому дорівнює нулю. При цьому струм не може припинитися миттєво, і продовжує текти в тому ж напрямку через наявність самоіндукції дроселя. Зарядка конденсатора триває до подвоєного значення напруги джерела живлення. Діод відсічення необхідний для запобігання перетікання енергії від конденсатора назад в джерело живлення, так як між конденсатором і джерелом живлення з'являється різниця потенціалів рівна напрузі джерела живлення. Насправді напруга на конденсаторі не досягає подвоєного значення, через наявність падіння напруги на діодному стовпі.
Застосування резонансного заряду дозволяє більш ефективно і рівномірно передавати енергію на первинний контур, при цьому для отримання однакового результату (по довжині розряду), для DCSGTC потрібна менша потужність джерела живлення (трансформатор Т1), ніж для ACSGTC. Розряди набувають характерного плавний вигин, внаслідок стабільного напруги живлення, на відміну від ACSGTC, де чергове зближення електродів в RSG може припадати по часу на будь-яку ділянку синусоїдальної напруги, включаючи потрапляння на нульове або низька напруга і як наслідок змінна довжина розряду (рваний розряд).
Нижче на зображенні представлені формули для розрахунку параметрів котушки Тесла: 
Пропоную ознайомитися з моїм досвідом побудови котушки Тесла своїми руками .
