Для выполнения различных электромонтажных работ, сборки электронных схем очень часто используется такой инструмент, как электропаяльник. Простейший его вид, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине, имеет, как правило, элементарную конструкцию.
В нее входят нагревательный элемент, жало, рукоятка, чаще деревянная, и питающий кабель или шнур. В некоторых вариантах паяльник может комплектоваться несколькими сменными жалами.
Мощность такого паяльника фиксированная, чаще всего 40 или 60 Ватт. Но удобнее пользоваться инструментом с возможностью регулировки мощности. Такие модели тоже выпускают, хотя стоят они дороже.
Для чего повышать мощность
Чтобы выполнять паяльные работы, требуются инструменты с различными параметрами. При этом иметь несколько паяльников с разной мощностью и, соответственно, с разной температурой нагрева жала, нецелесообразно.
При монтаже компонентов на плату требуется температура жала, достаточная для прогрева выводов и плавления припоя. Увеличенные значения температуры могут привести к сгоранию отдельных элементов, отклеиванию токопроводящих дорожек от платы, повреждению изоляции проводов.
В то же время использование паяльника с меньшей мощностью, а значит и с меньшей температурой нагрева жала, позволяющей достигнуть заданного значения, принуждает увеличивать время воздействия на детали и припой.
В результате от длительного нагрева компоненты выходят из строя, а изоляция может со временем растрескиваться из-за потери механических свойств.
Вывод: при пайке, если требуется прогрев больших площадей и массивных деталей, необходимо повышать не температуру, а мощность паяльника, сократив до возможного минимума время контакта жала с выводами детали.
При этом припой должен расплавиться и обеспечить надежный контакт с деталью, которая при таком режиме не подвергнется перегреву.
Управление нагревом
Чтобы нагреть массивную деталь до нужной температуры, необходимо и такое же массивное жало паяльника, чтобы скорость нагрева была выше скорости теплоотвода детали.
Инструментом, который справится одновременно с поставленными выше задачами, является достаточно мощный паяльник с регулировкой температуры.
То есть максимальной мощности паяльника должно быть достаточно для разогрева крупных выводов, а температура должна регулироваться в некоторых пределах и выбираться в соответствии с условиями работ.
Тогда массивное жало будет обладать большей тепловой инерцией и нагреет деталь до необходимой степени, без риска ее перегрева.
Существует несколько способов регулировки температуры паяльника:
- максимальный-минимальный нагрев (простейший переключатель);
- регулировка диммером;
- применение управляющих микросхем в рукоятке прибора;
- внешний блок управления;
- применение фена.
Используя паяльник с регулировкой помимо преимуществ, описанных выше, можно значительно сэкономить на потребляемой электроэнергии при больших объемах выполняемых работ, продлить срок службы прибора, благодаря меньшему времени работы его на максимальной мощности, уменьшить количество вредных веществ, выделяемых при пайке с высокой температурой.
Переключатели и диммеры
Простейшая регулировка температуры применена в паяльниках с переключателем, допускающим всего два положения, а соответственно и два значения температуры.
При минимальном значении паяльник, установленный на подставке, просто поддерживает жало в нагретом состоянии, а при нажатии на клавишу или кнопку, жало нагревается до максимальной температуры, при которой и производится пайка.
Очевидно, что из преимуществ, описанных выше, такой паяльник обладает только возможностью экономить электроэнергию. Главная же задача регулировки – производство качественного и безопасного монтажа компонентов – остается невыполнимой.
Вторая разновидность паяльников с регулировкой – диммируемые. Их конструкция предполагает включение в разрыв питающего кабеля диммера – устройства, ограничивающего потребление электроэнергии паяльником.
При этом действительно появляется возможность регулировки температуры жала, но делается это за счет падения напряжения в диммере.
Соответственно, ни о какой экономичности такой схемы не может быть и речи. Но цена таких устройств довольно низкая и может сыграть решающую роль при выборе.
Пять способов регулировки температуры паяльника
Для выполнения различных электромонтажных работ, сборки электронных схем очень часто используется такой инструмент, как электропаяльник. Простейший его вид, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине, имеет, как правило, элементарную конструкцию.
В нее входят нагревательный элемент, жало, рукоятка, чаще деревянная, и питающий кабель или шнур. В некоторых вариантах паяльник может комплектоваться несколькими сменными жалами.
Мощность такого паяльника фиксированная, чаще всего 40 или 60 Ватт. Но удобнее пользоваться инструментом с возможностью регулировки мощности. Такие модели тоже выпускают, хотя стоят они дороже.
Блоки управления
Следующим видом паяльников являются уже более сложные устройства с блоком питания, в которых регулирование происходит при помощи блока из полупроводников и микросхем. Такой блок компактен и может находиться в корпусе рукоятки паяльника, что очень удобно.
Регулятор также может находиться на рукоятке. При достаточно скромной цене это вполне приемлемый вариант, позволяющий производить качественную пайку.
Еще одной разновидностью паяльников с регулировкой являются инструменты с внешним блоком питания. Благодаря наличию этих блоков возможна работа прибора на выпрямленном постоянном токе со стабильными значениями напряжения.
Такой блок питания одновременно служит и стабилизатором температуры паяльника, которая останется неизменной независимо от того, насколько будет изменяться напряжение в сети. Многие радиодетали требовательны именно к такому режиму пайки.
Недостатком моделей можно посчитать громоздкость, низкую мобильность, но если принять во внимание, что качественный монтаж можно произвести только в оборудованной мастерской, а не «на коленке», как принято говорить в таких случаях, то можно закрыть на это глаза.
Наиболее точной регулировки и настройки можно добиться только при помощи паяльной станции, где в помощь обычному паяльнику предусмотрен фен, которым предварительно подогревают плату или припой.
Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи
Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.
Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.
Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).
Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.
На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.
Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.
Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.
С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служит для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.
Конструкция и детали регулятора температуры
Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.
Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.
Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.
Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.
Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.
Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.
