Типичной проблемой при работе с паяльником является обгорание жала. Связано это с его большим нагревом. Во время работы паяльные операции требуют неодинаковой мощности, поэтому приходится использовать паяльники с разной мощностью. Для защиты устройства от перегрева и скорости изменения мощности лучше всего применять паяльник с регулировкой температуры. Это позволит за считаные секунды изменить параметры работы и продлить срок эксплуатации устройства.
История происхождения
Паяльник - это инструмент, предназначенный для передачи тепла материалу при соприкосновении с ним. Прямое его назначение - создание неразъемного соединения посредством расплавления припоя.
До начала XX века существовали два типа паяльных приспособлений: газовый и медный. В 1921 году изобретатель из Германии Эрнст Сакс изобрёл и зарегистрировал патент на паяльник, нагрев которого происходил под действием электрического тока. В 1941 году Карл Уэллер запатентовал инструмент трансформаторного вида, напоминающего формой пистолет. Пропуская через свой наконечник ток, он быстро нагревался.
Через двадцать лет этот же изобретатель предложил использовать термоэлемент в паяльнике для контроля температуры нагрева. В конструкцию входили спрессованные друг с другом две металлические пластинки с разным тепловым расширением. С середины 60-х годов из-за развития полупроводниковых технологий паяльный инструмент стал выпускаться импульсного и индукционного типа работы.
Виды паяльников
Основное различие паяльных устройств заключается в их максимальной мощности, от которой зависит и температура нагрева. Кроме этого, электрические паяльники разделяются по значению питающего их напряжения. Они выпускаются как для сети переменного напряжения 220 вольт, так и постоянного его значения разной величины. Разделение паяльников происходит также по виду и принципу действия.
По принципу работы бывают:
- нихромовые;
- керамические;
- импульсные;
- индукционные;
- термовоздушные;
- инфракрасные;
- газовые;
- открытого типа.
По виду они бывают стержневые и молотковые. Первые предназначены для точечного нагрева, а вторые для прогрева определённой площади.
Принцип работы
Большинство приборов в основе работы используют преобразование электрической энергии в тепловую. Для этого во внутренней части устройства располагается нагревательный элемент. Но некоторые типы устройства просто нагреваются на огне или используют подожжённый направленный поток газа.
В нихромовых устройствах используется проволочная спираль, через которую пропускается ток. Спираль располагается на диэлектрике. Нагреваясь, спираль передаёт тепло медному жалу. Температура нагрева регулируется термодатчиком, который при достижении определённого значения нагрева отсоединяет спираль от электрической линии, а при остывании опять подключает её к ней. Термодатчиком является не что иное, как термопара.
В керамических паяльниках в качестве нагревателей используются стержни. Регулировка в них чаще всего осуществляется методом понижения величины напряжения подающегося на керамические стержни.
Индукционное оборудование работает за счёт индуктора. Жало покрывается ферромагнетиком. С помощью катушки наводится магнитное поле и появляются в проводнике токи, приводящие к нагреву жала. При работе наступает такой момент, что жало теряет свои магнитные свойства, нагрев останавливается, а при остывании свойства возвращаются и нагрев восстанавливается.
Работа импульсных паяльников основана на использовании высокочастотного трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора имеет несколько витков, выполненных из толстого провода, концы которого и являются нагревателями. Частотный преобразователь увеличивает частоту входного сигнала, который снижается на трансформаторе. Регулировка нагрева происходит при помощи регулировки мощности.
Термовоздушный паяльник, или, как его называют, термофен, при работе использует горячий воздух, который нагревается при прохождении через спираль, выполненную из нихрома. Температуру в нём можно регулировать как снижением величины напряжения подаваемого на проволоку, так и изменением потока воздуха.
Одним из видов паяльников стали устройства, использующие инфракрасное излучение. В основе их работы лежит процесс нагрева излучением с длиной волны до 10 мкм. Для регулирования применяется сложный узел управления, изменяющий как длину волны, так и её интенсивность.
Газовые представляют собой обычные горелки, вместо жала использующие сопла разного диаметра. Управление температурой практически невозможно, кроме изменения интенсивности выхода газа с помощью заслонки.
Понимая принцип работы паяльника, можно не только осуществить его ремонт своими руками, но и доработать его конструкцию, например, сделать его регулируемым.
Устройства для регулировки
Цена паяльников с регулировкой температуры превышает цену обыкновенных устройств в несколько раз. Поэтому в некоторых случаях есть смысл купить хороший обыкновенный паяльник, а регулятор выполнить самому. Таким образом, управление паяльным оборудованием выполняется двумя способами контроля:
- мощностью;
- температурой.
Контроль температуры позволяет достичь более точных показателей, но реализовать проще управление мощностью. При этом регулятор можно выполнить независимым и подключать к нему различные приборы.
Универсальный стабилизатор
Паяльник с терморегулятором можно изготовить, используя заводского исполнения диммер или сконструировать по его аналогии самостоятельно. Диммер — это регулятор, с помощью которого изменяется мощность, подводимая к паяльнику. В сети 220 вольт протекает ток переменной величины с синусоидальной формой. Если этот сигнал обрезать, то на паяльник будет подаваться уже искажённая синусоида, а значит, изменится и величина мощности. Для этого перед нагрузкой в разрыв включается устройство, которое пропускает ток только в момент достижения сигналом определённой величины.
Диммеры различают по принципу действия. Они могут быть:
- аналоговыми;
- импульсными;
- комбинированными.
Схема диммера реализуется с использованием различных радиокомпонентов
: тиристоров, симисторов, специализированных микросхем. Самая несложная модель диммера выпускается с механической ручкой регулятора. Принцип действия модели основан на изменении сопротивления в цепи. По сути, это тот же самый реостат. Диммеры на симисторах обрезают передний фронт входного напряжения. Контроллеры используют в своей работе сложную электронную схему понижения напряжения.
Самостоятельно выполнить диммер проще, используя для этого тиристор. Для схемы не понадобятся дефицитные детали , и собирается она простым навесным монтажом.
Работа устройства основана на способности открывания тиристора в моменты времени при подаче сигнала на его управляющий вывод. Входной ток, поступая на конденсатор через цепочку резисторов, заряжает его. При этом динистор открывается и пропускает через себя кратковременно ток, поступающий на управление тиристора. Конденсатор разряжается и тиристор закрывается. При следующем цикле всё повторяется. Изменяя сопротивление цепи, регулируется длительность заряда конденсатора, а значит и время открытого состояния тиристора. Таким образом, устанавливается время, в течение которого паяльник подключается к сети 220 вольт.
Простой терморегулятор
Используя в качестве основы стабилитрон TL431, можно собрать простой терморегулятор своими руками. Такая схема состоит из недорогих радиокомпонентов и практически не нуждается в настройке.
Стабилитрон VD2 TL431 включён по схеме компаратора с одним входом. Величина требуемого напряжения определяется делителем, собранным на резисторах R1-R3. В качестве R3 используется термистор, свойство которого заключается в уменьшении сопротивления при нагреве. С помощью R1 устанавливается значение температуры, при котором устройство отключает паяльник от питания.
При достижении на стабилитроне значения сигнала, превышающего 2,5 вольта, он пробивается, и через него поступает питание на коммутационное реле K1. Реле подаёт сигнал на управляющий вывод симистора и паяльник включается. При нагреве сопротивление термодатчика R3 уменьшается. Напряжение на TL431 опускается ниже сравниваемого и цепь питания симистора разрывается.
Для паяльного инструмента мощностью до 200 Вт симистор можно использовать без радиатора. В качестве реле подойдёт РЭС55А с рабочим напряжением 12 вольт.
Повышение мощности
Случается так, что возникает потребность не только уменьшить мощность паяльного оборудования, но и наоборот, увеличить. Смысл идеи заключается в том, что можно использовать напряжение, возникающее на сетевом конденсаторе, значение которого составляет 310 вольт. Обусловлено это тем, что сетевое напряжение имеет амплитудное значение больше чем его эффективное в 1,41 раза. Из этого напряжения формируются импульсы прямоугольной амплитуды.
Меняя коэффициент заполнения, можно управлять эффективным значением импульсного сигнала от нуля до 1,41 от эффективного значения входного напряжения. Таким образом, мощность нагрева паяльника будет изменяться от нуля до удвоенной номинальной мощности.
Входная часть представляет собой стандартно собранный выпрямитель. Выходной блок выполнен на полевом транзисторе VT1 IRF840 и способен коммутировать паяльник с мощностью 65 Вт. Управление работой транзистора происходит микросхемой с широтно-импульсной модуляцией DD1. Конденсатор С2 стоит в корректирующей цепочке и задаёт частоту генерации. Питание микросхемы осуществляется на радиодеталях R5, VD4, C3. Диод VD5 используется для защиты транзистора.
Паяльная станция
Паяльная станция, это в принципе, тот же самый регулируемый паяльник. Её отличие от него в наличии удобной индикации и дополнительных приспособлениях, помогающих облегчить процесс пайки. Обычно к такому оборудованию подключается электрический паяльник и фен. Если есть опыт радиолюбителя, можно попробовать собрать схему паяльной станции своими руками. В её основе лежит микроконтроллер (МК) ATMEGA328.
Программируется такой МК на программаторе, для этого подойдёт Adruino или самодельное устройство. К микроконтроллеру подключается индикатор, в качестве которого используется жидкокристаллический дисплей LCD1602. Управление станцией простое, для этого используется переменное сопротивление на 10 кОм. Поворотом первого выставляется температура паяльника, второго - фена, а третьим можно уменьшить или увеличить поток воздуха фена.
Полевой транзистор, работающий в ключевом режиме, вместе с симистором устанавливается на радиатор через диэлектрическую прокладку. Светодиоды используются с малым потреблением тока, не более 20 мА. Паяльник и фен, подключаемые к станции, должны иметь встроенную термопару, сигнал с которой обрабатывается МК. Рекомендуемая мощность паяльника 40 Вт, а фена - не более 600 Вт.
Источник питания потребуется на 24 вольта с током не меньше двух ампер. Для питания можно задействовать готовый адаптер от моноблока или ноутбука. Кроме стабилизированного напряжения он содержит различного вида защиту. А можно выполнить и самостоятельно аналоговый типа. Для этого потребуется трансформатор со вторичной обмоткой, рассчитанной на 18–20 вольт, и выпрямительный мост с конденсатором.
После сборки схемы проводится её наладка. Все операции заключаются в подстройке температуры. В первую очередь выставляется температура на паяльнике. Например, на индикаторе выставляем 300 градусов. Затем, прижав термометр к жалу, с помощью регулируемого резистора, устанавливается температура, соответствующая реальным показаниям. Таким же образом калибруется и температура фена.
Все радиоэлементы удобно приобрести в китайских интернет-магазинах. Такое устройство без учёта самодельного корпуса обойдётся порядка ста долларов США со всеми принадлежностями. Прошивку для устройства можно скачать тут: http://x-shoker.ru/lay/pajalnaja_stancija.rar.
Конечно, собрать начинающему радиолюбителю цифровой регулятор температуры своими руками будет сложно. Поэтому можно приобрести готовые модули стабилизации температуры. Они представляют собой платы с распаянными разъёмами и радиодеталями. Понадобится только купить корпус или изготовить его самостоятельно.
Таким образом, используя стабилизатор нагрева паяльника, легко добиться его универсальности. При этом диапазон изменения температуры достигается в пределах от 0 до 140 процентов.
Паяльник с регулировкой температуры позволяет при низкотемпературной пайке и лужении для нагрева деталей, флюса и припоя устанавливать необходимую температуру пайки, в зависимости от используемых материалов, а также эффективно бороться с таким явлением, как перегрев жала. Такой инструмент еще называют регулируемым или с регулятором мощности. При этом мощность колеблется в пределах от 3 до 400 Вт, что позволяет одним и тем же паяльником паять микросхемы, радиокомпоненты, провода, крупные детали, изготовленные из разных металлов и даже не металлов, обеспечивать плотную посадку, устранять пористость и т.д.
Особенности конструкции и преимущества
Производители российские и зарубежные выпускают устройства для паяния с регулятором мощности в 3 исполнениях:
- со встроенным в корпус (инструмент имеет небольшую мощность);
- в виде отдельно расположенного блока с регулированием температуры в широких пределах;
- в составе паяльных станций.
В конструкции маломощного паяльника может присутствовать поворотный диммер (светорегулятор), который позволяет менять величину электрической мощности, то увеличивая ее, то уменьшая. Включается в разрыв питающего кабеля. В этом случае температура нагрева регулируется за счет падения напряжения, что приводит к падению мощности.
Простейший регулятор напряжения имеет всего 2 диапазона регулирования. Может устанавливаться максимальная температура, на которую он рассчитан, для выполнения процесса пайки и минимальная, позволяющая поддерживать температуру нагрева жала.
С помощью паяльной станции регулировка температуры жала инструмента осуществляется с высокой точностью. При этом если станция оснащена термофеном, то это позволяет выполнять пайку без ограничения величины мощности. Блок питания и электронная система управления находятся в отдельном блоке. Правильно подобранная паяльная станция обеспечит высочайшее качество пайки любых компонентов электронных схем.
Преимущество инструмента, оснащенного регулятором мощности:
- при паянии исключается порча чувствительных к температуре паяния деталей и не отслаиваются дорожки на плате;
- на работоспособность не влияет смена марки припоя;
- флюс не дымит;
- не изнашивается жало;
- не перегревается жало;
- экономится потребление электрической энергии;
- продлевается срок эксплуатации инструмента.
Покупные конструкции таких устройств с регулировкой температуры стоят не дешево, цена на них зависит от конструктивных особенностей. Особенно дорого стоят паяльные станции с термофеном. Поэтому при наличии определенных навыков и знаний можно самому изготовить как простейшей, так и более сложной конструкции регулируемый паяльник.
Регулятор мощности для паяльника своими руками можно собрать по схемам примитивным и, задействовав микропроцессор с отображением информации. Это зависит от желания, квалификации и возможностей того, кто хочет сделать такое устройство, ведь конечный результат паяния определяет качество работы любого устройства, где в схеме присутствуют электронные компоненты. Потратив немного времени, можно имеющийся в наличии паяльник сделать регулируемым.
Простейший регулятор мощности из проволочного резистора
Простейший регулятор температуры паяльника своими руками можно создать, применив всего 2 элемента: проволочный резистор мощностью 25 Вт, сопротивлением 1кОм (СП5-30) и ручку поворотного типа. Резистор необходимо заключить в корпус (обязательно выполненный из диэлектрического материала), надежно закрепив его там. Остается на ось резистора надеть ручку и можно плавно регулировать мощность. На корпусе проделываются гнезда для вилки, или подпаиваются провода паяльника, а также устанавливается шкала. Простейшее устройство готово.
Обратите внимание! Мощность такого инструмента не превышает 25 Вт.
Регулятор мощности двухступенчатый
Для изготовления двухступенчатого устройства понадобится 2 элемента: выпрямительный диод 1N4007 на ток от 1 А и выключатель. Регулируют изделие следующим образом: при включении в рабочее положение выключателя на жало подается напряжение, при размыкании оно падает наполовину, что позволяет поддерживать температуру жала в щадящем режиме, т.е. он не перегревается и не остывает. Устройство хорошо себя зарекомендовало в тех случаях, когда приходится делать перерывы в работе.
Детали включаются параллельно друг другу в разрыв питающих проводов. Можно схему дополнить светодиодом, включив его на выход регулятора. По степени яркости свечения определяется выходное напряжение. При этом в схеме обязательно должен присутствовать ограничивающий резистор. Он включается последовательно со светодиодом.
Двухрежимная схема на тиристоре
Прибор, изготовленный по схеме, указанной на рис. ниже, применяется для паяльников мощностью не выше 40 Вт. Потребуется диод с током не более 1 А на напряжение 400 В, тиристор КУ101Г и резистор СП-1. Собирается в корпусе от зарядного устройства, вышедшего из строя, или для этих целей можно применить любую другую коробку из пластика. Можно использовать корпус розетки удлинителя одинарный или тройник.
Для паяльников большой мощности (до 300 Вт) регулятор собирается по схеме, указанной на рис. выше.
Здесь 2 части (силовая и управляющая) выполнены отдельно. Работает такое устройство следующим образом: когда тиристор закрыт (его работой управляют 2 транзистора), на жало подается половина напряжения питания. Резистор R2 регулирует температуру в диапазоне 50 ÷ 100%. Все детали необходимо разместить на плате (см. рис. ниже), которую затем разместить в корпусе розетки-удлинителя или любом другом, у котрого размеры будут подходить.
Обратите внимание! Все выводы компонентов должны быть изолированы термоусадочной трубкой, чтобы предотвратить замыкание.
Регулятор мощности с отображением информации
На рисунке выше изображена принципиальная схема терморегулятора на микроконтроллере. С его помощью отображается уровень мощности на индикаторе и осуществляется отключение прибора, если он длительное время не работает. Информация о мощности отображается цифрами от 0 до 9, где ноль означает, что устройство не включено. Цифры от 1 до 9 символизируют уровень освещенности, где 9 свидетельствует о работе на полную мощность. С помощью 2 кнопок можно уменьшать или увеличивать величину напряжения.
Устройство имеет 2 модуля (платы): силовую и цифровую. Собран регулятор для паяльника на широко распространенном микроконтроллере PIC16F628A. Тактирование выполняется встроенным генератором на частоте 4 МГц. Силовая плата имеет элементы без трансформаторного питания и фильтр, служащий для понижения помех. На цифровой плате расположены такие компоненты, как микроконтроллер и индикатор семисегментный.
Переменное сопротивление регулирует длительность импульсов. Можно все элементы схемы расположить и на одной плате, но это сделает устройство громоздким. А так 2 эти платы поместятся в небольшом корпусе, например, пластмассовой мыльнице.
Регулятор мощности с использованием симистора
Симистор – это два тиристора, соединенных вместе. Это позволяет проводить ток в обоих направлениях. С его помощью мощность регулируется от 0 до 100%. В первом случае для создания схемы понадобится всего 7 деталей (2 резистора, конденсатор, диод, динистор, симистор и светодиод), во втором – 11 деталей (5 резисторов, диодный мост, 2 конденсатора, 2 диода и симистор). На схемах указаны их номиналы.
Проверка работоспособности
По какой бы схеме ни было изготовлено устройство своими руками, его работоспособность необходимо проверить. В рабочую цепь должен включаться сам паяльник. Он является нагрузкой.
В конструкциях терморегуляторов для паяльников, где в схемах задействован светодиод, это сделать просто. Изменение яркости свечения говорит о том, что созданная конструкция работает. Для остальных проверку необходимо осуществлять с подключенной к схеме лампой накаливания. При наличии в цепи последовательно расположенного светодиода с резистором проверку осуществляют с помощью индикатора. Если он не будет светиться, то необходимо осуществить регулировку, т.е. подобрать резистор.
Обратите внимание! Для паяльников мощностью 100 Вт и выше в схемах регулятора необходимо симисторы или тиристоры устанавливать на радиаторы.
Регулятор мощности, сделанный собственными руками или купленный в торговой сети, позволит в процессе пайки использовать ту температуру нагрева жала, которая будет качественно соединять необходимые компоненты. Это позволит избежать таких неприятностей, как порча деталей или выход их из строя, улучшит процесс пайки и сэкономит потребление электроэнергии.
Видео
При работе с электрическим паяльником температура его жала должна оставаться постоянной, что является гарантией получения высококачественного паяного соединения.
Однако в реальных условиях этот показатель постоянно меняется, приводя к остыванию или перегреву нагревательного элемента и необходимости устанавливать в цепях питания специальный регулятор мощности для паяльника.
Колебания температуры жала паяльного устройства могут быть объяснены следующими объективными причинами:
- нестабильность входного питающего напряжения;
- большие тепловые потери при пайке объёмных (массивных) деталей и проводников;
- значительные колебания температуры окружающей среды.
Для компенсации воздействия этих факторов промышленностью освоен выпуск ряда устройств, имеющих специальный диммер для паяльника, обеспечивающий поддержание температуры жала в заданных пределах.
Однако при желании сэкономить на обустройстве домашней паяльной станции регулятор мощности вполне может быть изготовлен своими руками. Для этого потребуется знание основ электроники и предельная внимательность при изучении приводимых ниже инструкций.
Принцип работы контролера паяльной станции
Известно множество схем самодельных регуляторов нагрева паяльника, входящих в состав эксплуатируемой в домашних условиях станции. Но все они работают по одному и тому же принципу, заключающемуся в управлении величиной мощности, отдаваемой в нагрузку.
Распространённые варианты самодельных электронных регуляторов могут отличаться по следующим признакам:
- вид электронной схемы;
- элемент, используемый для изменения отдаваемой в нагрузку мощности;
- количество ступеней регулировки и другие параметры.
Независимо от варианта исполнения любой самодельный контроллер паяльной станции представляет собой обычный электронный коммутатор, ограничивающий или увеличивающий полезную мощность в нагревательной спирали нагрузки.
Вследствие этого основным элементом регулятора в составе станции или вне её является мощный питающий узел, обеспечивающий возможность варьирования температуры жала в строго заданных пределах.
Образец классической со встроенным в неё регулируемым модулем питания приводится на фото.
Преобразователи на управляемых диодах
Каждый из возможных вариантов исполнения устройств отличается своей схемой и регулирующим элементом. Существуют схему регуляторов мощности на тиристорах, симисторах и другие варианты.
Тиристорные устройства
По своему схемному решению большинство известных блоков регулировки изготавливаются по тиристорной схеме с управлением от специально формируемого для этих целей напряжения.
Двухрежимная схема регулятора на тиристоре низкой мощности приводится на фото.
Посредством такого прибора удаётся управлять паяльниками, мощность которых не превышает 40 Ватт. Несмотря на небольшие габариты и отсутствие вентиляционного модуля преобразователь практически не греется при любом допустимом режиме работы.
Такое устройство может работать в двух режимах, один из которых соответствует состоянию ожидания. В этой ситуации ручка варьируемого по величине резистора R4 установлена в крайне правое по схеме положение, а тиристор VS2 полностью закрыт.
Питание поступает на паяльник через цепочку с диодом VD4, на котором величина напряжения снижается примерно до 110 Вольт.
Во втором режиме работы регулятор напряжения (R4) выводится из крайне правой позиции; причём в среднем его положении тиристор VS2 немного приоткрывается и начинает пропускать переменный ток.
Переход в это состояние сопровождается зажиганием индикатора VD6, срабатывающего при выходном питающем напряжении порядка 150 Вольт.
Путём дальнейшего вращения ручки регулятора R4 можно будет плавно увеличивать мощность на выходе, поднимая его выходной уровень до максимальной величины (220 Вольт).
Симисторные преобразователи
Ещё один способ организации управления паяльником предполагает применение электронной схемы, построенной на симисторе и также рассчитанной на нагрузку небольшой мощности.
Эта схема работает по принципу снижения эффективного значения напряжения на полупроводниковом выпрямителе, к которому подключается полезная нагрузка (паяльник).
Состояние регулировочного симистора зависит от положения «движка» переменного резистора R1, меняющего потенциал на его управляющем входе. При полностью открытом полупроводниковом приборе поступающая в паяльник мощность снижается примерно в два раза.
Простейший вариант управления
Самый простой регулятор напряжения, являющийся «усечённым» вариантом двух рассмотренных выше схем, предполагает механическое управление мощностью в паяльнике.
Такой регулятор мощности востребован в условиях, когда предполагаются длительные перерывы в работе и не имеет смысла держать паяльник всё время включённым.
В разомкнутом положении выключателя на него поступает небольшое по амплитуде напряжение (примерно 110 Вольт), обеспечивающее невысокую температуру нагрева жала.
Для приведения устройства в рабочее состояние достаточно включить тумблер S1, после чего наконечник паяльника быстро нагревается до требуемой температуры, и можно будет продолжить пайку.
Такой терморегулятор для паяльника позволяет в промежутках между пайками снижать температуру жала до минимального значения. Эта возможность обеспечивает замедление окислительных процессов в материале наконечника и заметно продлевает срок его эксплуатации.
На микроконтроллере
В том случае, когда исполнитель полностью уверен в своих силах, ему можно будет взяться за изготовление термостабилизатора для паяльника, работающего на микроконтроллере.
Этот вариант регулятора мощности выполняется в виде полноценной паяльной станции, имеющей два рабочих выхода с напряжениями 12 и 220 Вольт.
Первое из них имеет фиксированную величину и предназначается для питания миниатюрных слаботочных паяльников. Эта часть устройства собирается по обычной трансформаторной схеме, которую из-за её простоты можно не рассматривать.
На втором выходе собранного своими руками регулятора для паяльника действует переменное напряжение, амплитуда которого может меняться в диапазоне от 0 до 220 Вольт.
Схема этой части регулятора, совмещённая с контроллером типа PIC16F628A и цифровым индикатором выходного напряжения, приводится так же на фото.
Для безопасной эксплуатации оборудования с двумя отличающимися по величине выходными напряжениями самодельный регулятор должен иметь различные по конструкции (несовместимые между собой) розетки.
Подобная предусмотрительность исключает возможность ошибки при подключении паяльников, рассчитанных на разные напряжения.
Силовая часть такой схемы выполнена на симисторе марки ВТ 136 600, а регулировка мощности в нагрузке осуществляется посредством коммутатора кнопочного типа с десятью положениями.
Переключением кнопочного регулятора можно изменять уровень мощности в нагрузке, обозначаемый цифрами от 0 до 9-ти (эти значения выводятся на табло встроенного в устройство индикатора).
В качестве примера такого регулятора, собранного по схеме с контроллером SMT32, может быть рассмотрена станция, рассчитанная на подключение паяльников с жалами марки Т12.
Этот промышленный образец устройства, управляющего режимом нагрева подключаемого к нему паяльника, способен регулировать температуру жала в диапазоне от 9-ти до 99-ти градусов.
С его помощью также возможен автоматический переход в режим ожидания, при котором температура наконечника паяльника снижается до установленного инструкцией значения. Причём длительность этого состояния может регулироваться в интервале от 1 до 60-ти минут.
Добавим к этому, что в этом устройстве также предусмотрен режим плавного снижения температуры жала в течение того же регулируемого промежутка времени (1-60 минут).
В завершении обзора регуляторов мощности паяльных устройств отметим, что их изготовление в домашних условиях не является чем-то совсем недоступным для рядового пользователя.
При наличии определённого опыта работы с электронными схемами и после внимательного изучения приведённого здесь материала любой желающий может справиться с этой задачей вполне самостоятельно.
При работе с паяльником часто возникает необходимость регулировки его мощности. Это необходимо при выборе оптимальной температуры жала паяльника, так как при слишком низкой температуре плохо плавится припой, а при слишком высокой температуре происходит перегрев жала и его разрушение, а пайка оказывается некачественной.
Кроме того, любителю часто приходится выполнять при помощи пайки различные работы, для которых требуется разная мощность паяльника.
Для регулировки мощности используется большое количество различных схем. Примерами могут служить такие:
- с переменным резистором;
- с резистором и диодом;
- с микросхемой и полевым транзистором;
- с тиристором.
Самым простым регулятором мощности для паяльника является схема с переменным резистором . В таком варианте последовательно с паяльником включается переменный резистор. Недостатком такой схемы является то, что на элемента рассеивается большая мощность, которая уходит в тепло. Кроме того, переменный резистор большой мощности – это довольно дефицитный элемент.
Более сложным является метод с использованием резистора и выпрямляющего диода . В такой схеме имеется три режима работы. В максимальном режиме паяльник подключается непосредственно к сети. В рабочем режиме последовательно с инструментом включается резистор, определяющий оптимальный режим работы.
При включении в дежурном режиме паяльник питается через диод, который отсекает один полупериод переменного тока сети. В результате этого мощность паяльника уменьшается в два раза.
При использовании микросхемы и полевого транзистора предусмотрена регулировка мощности паяльника не только в меньшую, но и в большую сторону. При этом в схеме задействован выпрямительный мост, на выходе которого напряжение может достигать 300 В. Последовательно с , в комплектацию включен мощный полевой транзистор типа КП707В2.
Кроме регулятора температуры, из подручных деталей собирают и сам инструмент для пайки. , научиться не сложно. Необходимо лишь найти все составные элементы и следовать определенному порядку сборки.
Одним из самых распространенных инструментов для домашних работ, связанных с электричеством, является . Пользоваться ей умеет каждый, но существуют некоторые нюансы при эксплуатации у разных видов таких отверток.
Управление мощностью паяльника производится широтно-импульсным методом . Для этого на затвор подаются импульсы со средней частотой в 30 кГц, вырабатываемые с помощью мультивибратора, собранного на микросхеме типа К561ЛА7. Меняя частоту генерации, можно регулировать напряжение на паяльнике от десяти до 300 В. В результате изменяется ток инструмента и температура его нагрева.
Наиболее распространенным вариантом, используемым для регулировки мощности паяльника, является схема с использованием тиристора .
Состоит из небольшого числа недефицитных элементов, что дает возможность выполнить конструкцию такого регулятора в очень малых габаритах.
Особенности наиболее оптимального регулятора — с тиристором
В состав типовой схемы на тиристоре входят элементы, приведенные в таблице.
Силовой диод VD2 и тиристор VS1 в схеме включены последовательно с нагрузкой — паяльником. Напряжение одного полупериода прямо поступает на нагрузку. Второй полупериод регулируется с помощью тиристора, на электрод которого поступает управляющий сигнал.
На транзисторах VT1, VT2, конденсаторе С1, резисторах R1, R2 реализована схема пилообразного напряжения, которое подается на управляющий электрод тиристора. В зависимости от положения величины сопротивления регулировочного резистора R2 меняется время открытия тиристора для прохождения второго полупериода переменного напряжения.
В результате этого происходит изменение среднего напряжения за период, а, следовательно, и мощности.
Резистор R5 гасит лишнее напряжение, а стабилитрон VD1 предназначен для обеспечения питания схемы управления. Остальные компоненты предназначены для обеспечения режимов работы элементов конструкции. Для чтения характеристик таких устройств служит .
Конструкция устройства для сборки своими руками
Как следует из рассмотрения схемы, она состоит из силовой части, которую следует выполнять с помощью навесного монтажа, и схемы управления на печатной плате.
Создание печатной платы
включает изготовление рисунка платы. Для этого в бытовых условиях обычно используется так называемая ЛУТ, что означает лазерно-утюжная технология. Метод изготовления печатной платы включает следующие этапы:
- создание рисунка;
- перенос рисунка на заготовку платы;
- травление;
- очистка;
- сверление отверстий;
- лужение проводников.
Для создания изображения платы чаще всего используется программа Sprint Layout. После получения с помощью лазерного принтера рисунка, он переносится на фольгированный гетинакс с помощью нагретого утюга. Затем производится травление лишней фольги с помощью хлорного железа и очистка рисунка. В нужных местах сверлятся отверстия, и делается лужение проводников. На плату размещаются элементы схемы управления и производится их распайка (существуют определенные рекомендации — ).
Сборка силовой части схемы включает подсоединение к тиристору резисторов R5, R6 и диода VD2.
Последний этап сборки – размещение силовой части и платы схемы управления в корпусе. Порядок размещения в корпусе зависит от его типа.
В случае монтажа открытой проводки, чтобы не отвлекаться на дополнительные приобретения в магазине, можно изготовить . Разница между такими устройствами лишь в функциональной составляющей — схеме включения освещения.
Более подробно об особенностях проходных выключателей можно прочитать в . Кроме того, все большую популярность в современных системах управления освещения набирают другие типы выключателей — например, .
Поскольку размеры элементов невелики и их немного, то в качестве корпуса можно использовать, например, пластмассовую розетку. Наибольшее место там занимает переменный резистор регулировки и мощный тиристор. Тем не менее, как показывает опыт, все элементы схемы вместе с печатной платой умещаются в такой корпус.
Проверка и регулировка схемы
Для проверки схемы на ее выход подключается паяльник и мультиметр. Вращая ручку регулятора, необходимо проверить плавность изменения выходного напряжения.
Дополнительным элементом регулятора может стать светодиод.
Включив светодиод на выход регулятора можно визуально определять увеличение и уменьшение выходного напряжения по яркости свечения. При этом последовательно с источником света необходимо установить ограничивающий резистор.
Выводы :
- В процессе работы с паяльником часто требуется регулировка его мощности.
- Существует многочисленные схемы регулировки мощности паяльника с резистором, транзистором, тиристором.
- Регулировочная схема мощности паяльника с тиристором проста, имеет малые габариты и может быть легко собрана своими руками.
Видео с советами по сборке регулятора температуры паяльника своими руками
Чтобы пайка была красивой и качественной, необходимо правильно выбрать мощность паяльника, обеспечить температуру жала. Все это зависит от марки припоя. На ваш выбор предоставляю несколько схем тиристорных регуляторов регулирования температуры паяльника, которые можно изготовить в домашних условиях. Они просты легко заменят промышленные аналоги, к тому же цена и сложность будет отличаться.
Осторожно! Прикосновение к элементам тиристорной схемы может привести к получению травмы опасной для жизни!
Чтоб регулировать температуру жала паяльника используются паяльные станции, которые в автоматическом и ручном режимах поддерживает заданную температуру. Доступность паяльной станции ограничивается размером кошелька. Я решил эту проблему, изготовив ручной регулятор температура, имеющий плавную регулировку. Схема легко дорабатывается до автоматического поддержания заданного режима температуры. Но я сделал вывод, что ручной регулировки достаточно, так как температура помещения и ток сети стабильны.
Классическая тиристорная схема регулятора
Классическая схема регулятора была плоха тем, что имела излучающие помехи, издаваемые в эфир и сеть. Радиолюбителям эти помехи мешают при работе. Если доработать схему, включив в нее фильтр, размеры конструкции значительно увеличатся. Но это схема может использоваться и в других случаях, например, если необходимо отрегулировать яркость ламп накаливания или нагревательных приборов, мощность которых 20-60 Вт. Поэтому я представляю эту схему.
Чтобы понять, как это работает, рассмотрим принцип работы тиристора. Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор закрытого или открытого типа. Чтоб открыть его, на управляющий электрод подается напряжение равное 2-5 В. Оно зависит от выбранного тиристора, относительно катода (буква k на схеме). Тиристор открылся, между катодом и анодом образовалось напряжение равное нулю. Через электрод его невозможно закрыть. Он будет открыт до того времени, пока значение напряжения катода (k) и анода (a) не будет близко к нулю. Вот такой принцип. Схема работает следующим образом: через нагрузку (обмотка паяльника или лампа накаливания) подается напряжение на диодный мост выпрямителя, выполненный диодами VD1-VD4. Он служит для преобразования переменного тока в постоянный, который меняется по синусоидальному закону (1 диаграмма). В крайнем левом положении сопротивление среднего вывода резистора равно 0. При увеличении напряжения происходит зарядка конденсатора С1. Когда напряжение С1 будет равно 2-5 В, на VS1 пойдет ток через R2. При этом произойдет открытие тиристора, закорачивание диодного моста, максимальный ток пройдет через нагрузку (диаграмма сверху). Если повернуть ручку резистора R1, произойдет увеличение сопротивления, конденсатор С1 будет заряжаться дольше. Следовательно, открытие резистора произойдет не сразу. Чем мощнее R1, тем больше времени уйдет на заряд С1. Вращая ручку вправо или влево, можно регулировать температуру нагрева жала паяльника.
На фото выше предоставлена схема регулятора, собранная на тиристоре КУ202Н. Чтоб управлять этим тиристором (в паспорте указан ток 100мА, реально – 20 мА), необходимо уменьшить номиналы резисторов R1, R2, R3 исключаем, емкость конденсатора увеличиваем. Емкость С1 необходимо повысить до 20 мкФ.
Простейшая тиристорная схема регулятора
Вот еще один вариант схемы, только упрощенный, деталей минимум. 4 диода заменены одним VD1. Отличие данной схемы заключается в том, что регулировка происходит при положительном периоде сети. Отрицательный период, проходя через диод VD1, остается без изменений, мощность можно регулировать от 50% до 100%. Если исключить VD1 из схемы, мощность можно будет регулировать в диапазоне от 0% до 50%.
Если применить динистор КН102А в разрыв от R1 и R2, придется заменить С1 на конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Для этой схемы подойдут такие номиналы тиристоров: КУ201Л (К), КУ202К (Н,М,Л), КУ103В, напряжением для них более 300 В. Диоды любые, обратное напряжение которых не меньше, чем 300 В.
Выше упомянутые схемы успешно подойдут для регулировки ламп накаливания в светильниках. Регулировать светодиодные и энергосберегающие лампы не удастся, так как они имеют электронные схемы управления. Это приведет к миганию или работе лампы на полную мощность, что в конечном итоге выведет ее из строя.
Если вы хотите применить регуляторы для работы в сети 24,36 В, придется уменьшить номиналы резисторов и заменить тиристор на соответствующий. Если мощность паяльника 40 Вт, напряжение сети 36 В, он будет потреблять 1,1 А.
Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи
Эта схема отличается от предыдущей полным отсутствием изучаемых радиопомех, так как процессы протекают в тот момент, когда напряжение сети равно 0. Приступая к созданию регулятора, я исходил из следующих соображений: комплектующие должны иметь низкую цену, высокую надежность, малые габариты, сама схема должна быть проста, легко повторяемая, КПД должен быть близким к 100%, помехи должны отсутствовать. Схема должна иметь возможность модернизации.
Принцип работы схемы следующий. VD1-VD4 выпрямляют напряжение сети. Получающееся постоянное напряжение изменяется по амплитуде равной половине синусоиды частотой 100 Гц (1 диаграмма). Ток, проходя через R1 на VD6 — стабилитрон, 9В (2 диаграмма), имеет другую форму. Через VD5 импульсы заряжают С1, создавая 9 В напряжения для микросхем DD1, DD2. Для защиты применяется R2. Он служит для ограничения напряжения, поступаемого на VD5, VD6 до 22 В и формирует тактовый импульс для работы схемы. R1 передает сигнал на 5, 6 вывод элемента 2 либо не логическую цифровую микросхему DD1.1, которая в свою очередь инвертирует сигнал и преобразует его в короткий прямоугольный импульс (3 диаграмма). Импульс исходит с 4-го вывода DD1 и приходит на вывод D №8 триггера DD2.1, который работает в RS режиме. Принцип работы DD2.1 такой же и, как и DD1.1 (4 диаграмма). Рассмотрев диаграммы №2 и 4, можно сделать выводы, что отличия практически нет. Получается, что с R1 можно подать сигнал на вывод №5 DD2.1. Но это не так, R1 имеет множество помех. Придется устанавливать фильтр, что не целесообразно. Без двойного формирования схемы стабильной работы не будет.
Схема управления регулятора собрана на базе триггера DD2.2, работает она по следующему принципу. C вывода №13 триггера DD2.1 поступают импульсы на 3 вывод DD2.2, перезапись уровня которых происходит на выводе №1 DD2.2, которые на данном этапе находятся на D входе микросхемы (5 вывод). Противоположный уровень сигнала находится на 2 выводе. Предлагаю рассмотреть принцип работы DD2.2. Предположим, что на 2 выводе, логическая единица. С2 заряжается до необходимого напряжения через R4, R5. Когда появится первый импульс с положительным перепадом на 2 выводе образуется 0, через VD7 произойдет разрядка С2. Последующий перепад на 3 выводе установит на 2 выводе логическую единицу, С2 начнет накапливать емкость через R4, R5. Время зарядки зависит от R5. Чем оно больше, тем дольше будет происходить зарядка С2. Пока конденсатор С2 не накопит 1\2 емкости, на 5 выводе будет 0. Перепад импульсов на 3 входе не будет влиять на изменение логического уровня на 2 выводе. При достижении полного заряда конденсатора, произойдет повторение процесса. Количество импульсов, заданных резистором R5, будет поступать на DD2.2. Перепад импульсов будет происходить только в те моменты, когда напряжение сети будет переходить через 0. Вот почему отсутствуют помехи на данном регуляторе. С 1 вывода DD2.2 на DD1.2 подаются импульсы. DD1.2 исключает влияние VS1 (тиристор) на DD2.2. R6 установлен для ограничения тока управления VS1. На паяльник подается напряжение за счет открытия тиристора. Это происходит из-за того, что на тиристор поступает положительный потенциал с управляющего электрода VS1. Этот регулятор позволяет производить регулировку мощности в диапазоне 50-99%. Хоть резистор R5 – переменный, за счет включенного DD2.2 регулировка паяльника осуществляется ступенчатым образом. Когда R5 = 0, происходит подача 50% мощности (5 диаграмма), если повернуть на определенный угол, будет 66% (6 диаграмма), затем 75% (7 диаграмма). Чем ближе к рассчитанной мощности паяльника, тем плавне работа регулятора. Допустим, имеется паяльник на 40 Вт, его мощность можно регулировать в районе 20-40 Вт.
Конструкция и детали регулятора температуры
Детали регулятора располагаются на стеклотекстолитовой печатной плате. Плата помещена в пластиковый корпус от бывшего адаптера, имеющего электрическую вилку. Ручка из пластика надета на ось резистора R5. На корпусе регулятора имеются отметки с цифрами, позволяющие понимать, какой температурный режим выбран.
Шнур паяльника припаян к плате. Подключение паяльника к регулятору можно сделать разъемным, чтобы иметь возможность подключить другие объекты. Схема потребляет ток не превышающий 2мА. Это даже меньше, чем потребление светодиода в подсветке выключателя. Специальные меры по обеспечению режим работы устройства не требуются.
При напряжении 300 В и токе 0,5 А применяются микросхемы DD1, DD2 и серии 176 либо 561; диоды любые VD1-VD4. VD5, VD7 — импульсные, любые; VD6 — маломощный стабилитрон с напряжением 9 В. Конденсаторы любые, резисторе тоже. Мощность R1 должна быть 0,5 Вт. Дополнительной настройки регулятора не потребуется. Если детали исправны и при подключении не возникало ошибок, он заработает сразу.
Схема была разработана давно, когда лазерных принтеров и компьютеров не было. По этой причине печатная плата изготавливалась по дедовскому методу, использовалась диаграммная бумага, шаг сетки которой 2,5 мм. Далее чертеж приклеивался «Моментом» на бумагу по плотнее, а сама бумага на фольгированный стеклотекстолит. Зачем сверлились отверстия, дорожки проводников и контактных площадок вычерчивались вручную.
У меня сохранился чертеж регулятора. На фото показан. Изначально применялся диодный мост номиналом КЦ407 (VD1-VD4). Их разрывало пару раз, пришлось заменить 4 диодами типа КД209.
Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов мощности
Чтоб уменьшить помехи, излучаемые тиристорным регулятором, применяют ферритовые фильтры. Они представляют собой ферритовое кольцо, имеющее обмотку. Эти фильтры встречаются в импульсных блоках питания телевизоров, компьютеров и других изделий. Любой тиристорный регулятор можно оснастить фильтром, который будет эффективно подавлять помехи. Для этого необходимо пропустить через ферритовое кольцо сетевой провод.
Ферритовый фильтр следует устанавливать вблизи источников, издающих помехи, непосредственно в месте установки тиристора. Фильтр может быть расположен как снаружи корпуса, так и внутри. Чем больше количество витков, тем качественней фильтр будет подавлять помехи, но и достаточно продеть провод, идущий к розетке, через кольцо.
Кольцо можно изъять из интерфейсных проводов компьютерной периферии, принтеров, мониторов, сканеров. Если посмотреть на провод, который соединяет монитор или принтер с системным блоком, можно заметить цилиндрическое утолщение на нем. Именно в этом месте расположен ферритовый фильтр, служащий для защиты от высокочастотных помех.
Берем нож, разрезаем изоляцию и извлекаем ферритовое кольцо. Наверняка у ваших друзей или у вас завалялся старый интерфейсный кабель од кинескопного монитора или струйного принтера.
