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
Паяльник — это инструмент, без которого домашнему мастеру не обойтись, но устраивает прибор не всегда. Дело в том, что обычный паяльник, не имеющий терморегулятора и нагревающийся вследствие этого до определенной температуры, обладает рядом недостатков.
Схема устройства паяльника.
Если при непродолжительной работе без регулятора температуры вполне возможно обойтись, то у обычного паяльника, длительное время включенного в сеть, его недостатки проявляются в полной мере:
- припой скатывается с чрезмерно нагретого жала, в результате чего пайка оказывается непрочной;
- на жале образуется окалина, которую приходится часто зачищать;
- рабочая поверхность покрывается кратерами, а их необходимо удалять напильником;
- он неэкономичен — в промежутках между сеансами пайки, порой достаточно длительными, продолжает потреблять из сети номинальную мощность.
Терморегулятор для паяльника позволяет оптимизировать его работу:
Рисунок 1. Схема простейшего терморегулятора.
- паяльник не перегревается;
- появляется возможность подобрать значение температуры паяльника, оптимальное для конкретной работы;
- во время перерывов достаточно с помощью регулятора температуры снизить нагрев жала, а затем в нужное время быстро восстановить требуемую степень нагрева.
Конечно, в качестве терморегулятора для паяльника на напряжение 220 В можно применить ЛАТР, а для паяльника на 42 В — блок питания КЭФ-8, но они имеются не у всех. Еще один выход из положения — применение в качестве регулятора температуры промышленного светорегулятора, но они не всегда имеются в продаже.
Регулятор температуры для паяльника своими руками
Вернуться к оглавлению
Простейший терморегулятор
Это устройство состоит всего из двух деталей (рис. 1):
- Кнопочный выключатель SA с размыкающими контактами и фиксацией состояния.
- Полупроводниковый диод VD, рассчитанный на прямой ток порядка 0,2 А и обратное напряжение не ниже 300 В.
Рисунок 2. Схема терморегулятора, работающего на конденсаторах.
Работает этот регулятор температуры следующим образом: в исходном состоянии контакты выключателя SA замкнуты и ток протекает через нагревательный элемент паяльника во время как положительных, так и отрицательных полупериодов (рис. 1а). При нажатии на кнопку SA его контакты размыкаются, но полупроводниковый диод VD пропускает ток лишь во время положительных полупериодов (рис. 1б). В результате мощность, потребляемая нагревателем, уменьшается вдвое.
В первом режиме паяльник быстро прогревается, во втором — его температура несколько снижается, перегрева не наступает. В результате можно паять в довольно комфортных условиях. Выключатель вместе с диодом включают в разрыв питающего провода.
Иногда выключатель SA монтируется на подставке и срабатывает, когда паяльник кладут на нее. В перерывах между пайкой контакты выключателя разомкнуты, мощность нагревателя снижена. Когда паяльник поднимают, потребляемая мощность возрастает и он быстро нагревается до рабочей температуры.
В качестве балластного сопротивления, с помощью которого можно уменьшить мощность, потребляемую нагревателем, можно использовать конденсаторы. Чем меньше их емкость, тем больше сопротивление протеканию переменного тока. Схема простого терморегулятора, работающего на этом принципе, приведена на рис. 2. Он рассчитан на подключение паяльника мощностью 40 Вт.
Когда разомкнуты все выключатели, тока в цепи нет. Комбинируя положение выключателей, можно получить три степени нагрева:
Рисунок 3. Схемы симисторных терморегуляторов.
- Наименьшая степень нагрева соответствует замыканию контактов выключателя SA1. При этом последовательно с нагревателем включается конденсатор С1. Его сопротивление довольно велико, поэтому падение напряжения на нагревателе порядка 150 В.
- Средняя степень нагрева соответствует замкнутым контактам выключателей SA1 и SA2. Конденсаторы С1 и С2 включаются параллельно, общая емкость увеличивается вдвое. Падение напряжения на нагревателе возрастает до 200 В.
- При замыкании выключателя SA3 независимо от состояния SA1 и SA2 на нагреватель подается полное напряжение сети.
Конденсаторы С1 и С2 неполярные, рассчитанные на напряжение не менее 400 В. Для достижения необходимой емкости можно несколько конденсаторов соединить параллельно. Через резисторы R1 и R2 конденсаторы разряжаются после отключения регулятора от сети.
Есть еще один вариант простого регулятора, который по надежности и качеству работы не уступает электронным. Для этого последовательно с нагревателем включается переменный проволочный резистор СП5-30 или какой-нибудь иной, имеющий подходящую мощность. Например, для 40-ваттного паяльника подойдет резистор, рассчитанный на мощность 25 Вт и имеющий сопротивление порядка 1 кОм.
Вернуться к оглавлению
Тиристорный и симисторный терморегулятор
Работа схемы, приведенной на рис. 3а, очень похожа работу разобранной ранее схемы на рис. 1. Полупроводниковый диод VD1 пропускает отрицательные полупериоды, а во время положительных полупериодов ток проходит через тиристор VS1. Доля положительного полупериода, в течение которого тиристор VS1 открыт, зависит в конечном счете от положения движка переменного резистора R1, регулирующего ток управляющего электрода и, следовательно, угол отпирания.
Рисунок 4. Схема симисторного терморегулятора.
В одном крайнем положении тиристор открыт в течение всего положительного полупериода, во втором — полностью закрыт. Соответственно, мощность, рассеиваемая на нагревателе, меняется от 100% до 50%. Если отключить диод VD1, то мощность будет меняться от 50% до 0.
На схеме, приведенной на рис. 3б, тиристор с регулируемым углом отпирания VS1 включен в диагональ диодного моста VD1-VD4. Вследствие этого регулировка напряжения, при котором отпирается тиристор, происходит как во время положительного, так и в течение отрицательного полупериода. Мощность, рассеиваемая на нагревателе, меняется при повороте движка переменного резистора R1 от 100% до 0. Можно обойтись и без диодного моста, если в качестве регулирующего элемента применить не тиристор, а симистор (рис. 4а).
При всей привлекательности терморегулятор с тиристором или симистором в качестве регулирующего элемента обладает следующими недостатками:
- при скачкообразном нарастании тока в нагрузке возникают сильные импульсные помехи, проникающие затем в осветительную сеть и эфир;
- искажение формы сетевого напряжения за счет внесения в сеть нелинейных искажений;
- снижение коэффициента мощности (cos ϕ) за счет внесения реактивной составляющей.
Для сведения к минимуму импульсных помех и нелинейных искажений желательна установка сетевых фильтров. Самое простое решение — ферритовый фильтр, представляющий собой несколько витков провода, намотанных на ферритовое кольцо. Такие фильтры применяют в большинстве импульсных блоков питания электронных устройств.
Ферритовое кольцо можно взять из проводов, соединяющих системный блок компьютера с периферийными устройствами (например, с монитором). Обычно на них есть цилиндрическое утолщение, внутри которого находится ферритовый фильтр. Устройство фильтра показано на рис. 4б. Чем больше витков, тем выше качество фильтра. Размещать ферритовый фильтр следует как можно ближе к источнику помех — тиристору или симистору.
В устройствах с плавным изменением мощности следует откалибровать движок регулятора и отметить маркером его положения. При настройке и установке следует отключить устройство от сети.
Схемы всех приведенных устройств достаточно просты и их в состоянии повторить человек, обладающий минимальными навыками в сборке электронных устройств.
Регулятор мощности для паяльника — это устройство, которое позволяет контролировать процесс пайки. Качество данного процесса можно значительно увеличить, если взять под контроль основные параметры. Паяльник — это необходимый инструмент в домашнем хозяйстве для человека, который любит все делать своими руками.
Главной характеристикой пайки является максимальная температура на жале паяльника. Регулятор мощности для паяльника обеспечивает изменение ее в нужном режиме. Это позволяет не только улучшить качество соединения металлов, но и увеличить срок службы самого аппарата.
Для чего нужен регулятор?
Пайка металлов производится за счет того, что расплавленный припой заполняет пространство между соединяемыми заготовками и частично проникает в их материал. Прочность соединительного шва во многом зависит от качества расплава, т.е. от температуры его разогрева. Если жало паяльника имеет недостаточную температуру, то приходится увеличивать время разогрева, что может разрушить материал деталей и ведет к преждевременному выходу из строя самого прибора. Избыточный прогрев присадочного металла приводит к образованию продуктов термического разложения, что заметно снижает качество шва.
Температура рабочей зоны жала паяльника и время ее набора зависят от мощности нагревательного элемента. Плавное изменение напряжения позволяет подобрать оптимальный режим работы нагревателя. Следовательно, главная задача, которую должен решить регулятор мощности для паяльника, это установка нужной величины электрического напряжения и поддержание ее в процессе пайки.
Вернуться к оглавлению
Простейшие схемы
Самая простая схема регулятора мощности для паяльника приведена на рис.1. Такая схема известна уже более 30 лет и прекрасно показала себя в домашних условиях. Она позволяет паять детали при регулировании мощности в пределах 50-100%.
Такая элементарная схема собрана на выводных концах переменного резистора R1 и объединяется четырьмя точками спаивания. Положительный вывод конденсатора С1, ножку резистора R2 и управляющий электрод тиристора VD2 спаивают вместе. Корпус тиристора исполняет роль анода, поэтому его следует изолировать. Вся схема имеет небольшие размеры и помещается в корпус от ненужного блока питания любого прибора.
На стенке корпуса сверлится отверстие диаметром 10 мм, в котором закрепляется переменный резистор своей резьбовой ножкой. В качестве нагрузки можно использовать любую лампочку мощностью 20-40 Вт. Патрон с лампочкой закрепляется в корпусе, а верх лампочки выводится в отверстие, для того чтобы работу устройства можно было контролировать по ее свечению.
Детали, которые следует использовать в рекомендованной схеме: диод 1N4007 (можно любой аналогичный на ток 1 А и напряжение до 600 В); тиристор КУ101Г; конденсатор электролитический емкостью 4,7 мкФ на напряжение 100 В; резистор 27-33 кОм мощностью до 0,5 Вт; переменный резистор СП-1 сопротивлением до 47 кОм. Регулятор мощности паяльника с такой схемой показал себя надежно с паяльниками типа ЭПСН.
Простая, но более современная схема может основываться на замене тиристора и диода симистором, а в качестве нагрузки также может использоваться неоновая лампочка типа МН3 или МН4. Рекомендуются следующие детали: симистор КУ208Г; электролитический конденсатор 0,1 мкФ; переменный резистор до 220 кОм; два резистора сопротивлением 1 кОм и 300 Ом.
Вернуться к оглавлению
Усовершенствование конструкции
Регулятор мощности, собранный на базе простейшей схемы, дает возможность поддержания режима пайки, но не гарантирует полной стабильности процесса. Существует ряд достаточно простых конструкций, позволяющих обеспечить стабильное поддержание и регулирование температуры на жале паяльника.
Электрическую часть прибора можно условно разделить на силовой участок и схему управления. Силовая функция определяется тиристором VS1. Напряжение от электрической сети (220 В) подается в схему регулирования с анода этого тиристора.
Управление работой силового тиристора осуществляется на базе транзисторов VT1 и VT2. Питание управляющей системы обеспечивается параметрическим стабилизатором, включающим в себя сопротивление R5 (для устранения избыточного напряжении) и стабилитрон VD1 (для ограничения увеличения напряжения). Переменный резистор R2 обеспечивает ручное регулирование напряжения на выходе прибора.
Сборка регулятора с монтажа силового участка схемы происходит так. К выводам тиристора подпаиваются ножки диода VD2. Ножки сопротивления R6 присоединяются к управляющему электроду и катоду тиристора, а одна ножка сопротивления R5 — к аноду тиристора, вторая ножка — к катоду стабилитрона VD1. Управляющий электрод соединяется с блоком управления путем присоединения к эмиттеру транзистора VT1.
Основу блока управления составляют кремниевые транзисторы КТ315 и КТ361. С их помощью задается величина напряжения, создающегося на управляющем электроде тиристора. Тиристор пропускает ток только в том случае, если на его управляющий электрод подается отпирающее напряжение, причем его величина определяет силу пропускаемого тока.
Вся схема регулятора имеет малогабаритное исполнение и легко помещается в корпус накладной розетки. Следует подбирать пластмассовый корпус для упрощения сверления отверстий. Силовую часть и блок управления целесообразно собирать на разных панельках, а затем соединить тремя проводами. Самый оптимальный вариант — это сборка панелей на текстолите с покрытием фольгой, но на практике все соединения можно произвести тонкими проводами и собрать панели на любой изоляционной пластине (даже на плотном картоне).
Вернуться к оглавлению
Сборка регулятора мощности своими руками
Сборка устройства производится внутри корпуса розетки. К контактам розетки подключаются выводные концы, что даст возможность подключения паяльника простым вставлением его вилки в гнезда розетки. В корпусе, вначале, следует закрепить переменный резистор, а его резьбовую часть вывести наружу через просверленное отверстие. Затем следует поместить в корпус тиристор с навешенной силовой частью. Окончательно в любое свободное место устанавливается панелька управления. Снизу розетка закрывается крышкой. На ввод силовой части подсоединяется шнур с вилкой, который выводится из корпуса розетки для подключения к электрической сети.
Перед подключением паяльника регулятор мощности следует проверить. Для этого на выводы устройства (в розетку) подключается вольтметр или мультиметр. На ввод устройства подается напряжение 220 В. Плавно вращая ручку переменного резистора, наблюдают за изменением показания прибора. Если напряжение на выходе регулятора плавно увеличивается, то устройство собрано правильно. Практика использования прибора показывает, что оптимальное значение выходного напряжения — 150 В. Это значение и следует зафиксировать красной меткой, указывающей положение ручки переменного резистора. Целесообразно отметить несколько значений напряжения.
На 12 вольт/8 ватт, но вот цена была несколько необычной, всего 80 рублей против 120, как в прочих торговых точках. Всё собирался сделать что-то подобное сам, а тут случай лишил такой возможности. Продавец заверил, что исправный и даже проверил, подключив к блоку питания. Пришёл домой, стал пробовать его в деле. Стабилизированный ИПБ как раз на его напряжение. Вроде всё нормально, олово плавит, только чуть медленнее обычного. В конце концов, разобрался и почему цена занижена и почему в работе «заторможенный». Оказалось паяльнику для нормальной работы нужно не 12 вольт, а чуть больше. Вспомнил о сыре в мышеловке, хотя конечно здесь немного другой случай. Для полноценной эксплуатации паяльника решил собрать простейший регулятор напряжения и питать его от блока питания на 17 вольт.
Схема регулятора
Схема проста «до неприличия» (из-за чего даже подвергалась жёсткой критике на одном из родственных сайтов) и должна, да нет, просто обязана заработать.
Тем не менее, произвёл предварительную сборку. В течении часа всё было в полном объёме смонтировано на импровизированную монтажную плату. И компоненты и установочные. Сразу появилась возможность для полноценной работы паяльником.
Тестировать собранное устройство, для полного понимания полученного результата, привлёк вольтметр и амперметр. Наблюдение изменения конкретных величин тока и напряжения всегда поможет быть объективным к результату своих стараний.
Видео
Напряжение на выходе до 16 вольт, максимальное токопотребление до 500 мА. В результате проделанных манипуляций пришёл к выводу, что транзистор стоит поставить по-мощнее. Например КТ829А. Мало ли куда удумаю подключить готовый регулятор и что через него запитать. Стабилизированного напряжения на выходе данный регулятор не даёт, замечено некоторое увеличение, хоть и очень медленное. А так как производить пайку планирую по времени непродолжительно, то это не препятствие.
За неделю несколько раз попользовался временной сборкой, работа устроила. Пора придать устройство более-менее «человеческий» вид. Подсобрал комплектующие: корпус, для его устойчивости металлический ролик, держатель паяльника и соединительный винт.
Так как ролик решил использовать ещё и как дополнительный радиатор, то изолировал его от держателя паяльника при помощи пластмассовой шайбы.
После размещения основных компонентов установил на вход и выход гнёзда RGB (напряжение и ток не большие), это позволит избежать установки постоянных проводов (которые всегда вечно путаются). И пользоваться уже готовыми, полностью оборудованными. Со времён видеомагнитофонов их скопилось предостаточно.
Основных компонентов транзистор да два резистора, а проводов всё равно хватает.
Вот, что получилось. Светодиод не случайно подключён на выход регулятора - с изменением выходного напряжения изменяется яркость его свечения, причём весьма значительно. Оборудовать регулятор чем-то вроде шкалы не стал - на корпусе вокруг осталось вполне достаточное количество рисок от прежнего его предназначения. Вот так благодаря схеме, увиденной на форуме сайта, удалось решить вопрос питания низковольтного паяльника с нестандартным напряжением питания. Сборку произвёл Babay iz Barnaula .
Обсудить статью ПОДСТАВКА И РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НИЗКОВОЛЬТНОГО ПАЯЛЬНИКА
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.