Регулятор мощности для паяльника своими руками: принцип работы и разновидности
Паяльник с регулировкой температуры – электроинструмент, необходимый для пайки подверженных перегреву различных радиодеталей (транзисторов, резисторов, конденсаторов, микросхем, диодов). Используют его не только начинающие и опытные радиолюбители, домашние мастера, но и специалисты, занимающиеся ремонтом электронных устройств. Значительно возросшая в последнее популярность такого электроинструмента объясняется его многочисленными плюсами, возможностью сборки своими руками.
Паяльник с терморегулятором
Конструкция
Самый простой инструмент данного вида с терморегуляцией состоит из следующих частей:
- Корпус с печатной платой внутри – цилиндрическая полая ручка из плотного пластика
- Плата управления – расположенный внутри полой ручки контроллер;
- Регулятор – резистор с переменным сопротивлением, имеющим вращающуюся круглую ручку с указанием значений температуры;
- Светодиод – индикатор, сигнализирующий о том, что жало нагрелось до заданной температуры;
- Трубка-фиксатор с гайкой – штуцер со вставляемым внутрь его жалом и подвижной гайкой, при помощи которой он прикручивается к корпусу;
- Нагревательный элемент – трубка, на которую одевается жало;
- Несгораемое жало – предварительно залуженная насадка конической формы термостойким несгораемым покрытием.
Во многих современных моделях данного электроинструмента регулятор выполнен в виде двух кнопок, значение температуры указывается на небольшом монохромном жидкокристаллическом дисплее.
Для чего повышать мощность
Повышение мощности, следовательно, температуры необходимо для того, чтобы производить пайку различных по устойчивости к температурному воздействию и размерам радиодеталей. Так, для пайки мелких тиристоров конденсаторов небольшой емкости необходима температура значительно меньшая, чем для их более крупных аналогов.
Принцип работы
Нагрев и поддержание заданной температуры жала такого регулируемого паяльника происходят следующим образом:
- При подключении устройства к источнику питания ток поступает на регулятор;
- Посредством изменения сопротивления регулятора устанавливается определённый уровень мощности нагревательного элемента, которому соответствует заранее вычисленная и установленная при испытаниях инструмента температура жала;
- Поддержание строго определенной температуры жала происходит, благодаря расположенному внутри него термодатчика – небольшой термопары, предотвращающей перегревание жала.
Благодаря наличию управляющей нагревом платы, термодатчика, в процессе работы с таким инструментом исключены перегревание и перепаливание очень чувствительных к повышенным температурам радиодеталей. К тому же, в отличие от нерегулируемых аналогов, такие инструменты полностью защищены от пробоя фазы на жало.
Разновидности паяльников с регулировкой температуры
Все современные устройства, применяемые как отдельные электроинструменты, так и в составе паяльных станций, в зависимости от вида нагревательного элемента и способа нагрева жала, подразделяются на импульсные, устройства с нихромовым и керамическим нагревателем.
Импульсный паяльник
Импульсный пистолет для пайки
Такой паяльник представляет собой устройство, работающее от сети, при этом понижающее сетевое напряжение, но увеличивающее частоту тока. Работает такое устройство не все время, только во время нажатия кнопки на рукояти. Благодаря этому, оно экономичнее аналогов других видов, позволяет выполнять пайку очень мелких и деликатных радиодеталей.
С нихромовым нагревателем
Классический нихромовый нагревательный элемент такого устройства представляет собой металлическую трубку с намотанными на нее стеклотканью, слюдой и многочисленными витками тонкой нихромовой проволоки. При нагреве проволока, обладающая большим сопротивлением, разогревает трубку со вставленным в нее медным жалом.
С керамическим нагревателем
Паяльник с керамическим нагревателем
В таких устройствах жало одевают на трубчатый керамический нагревательный элемент, обладающий электропроводностью и большим сопротивлением. При прохождении тока эта керамическая трубка почти мгновенно разогревается, обеспечивая максимально быстрый нагрев установленного на ней жала.
Преимущества и недостатки
Паяльник с регулятором температуры имеет ряд плюсов и минусов.
К преимуществам такого инструмента относятся:
- Возможность регулировки температуры;
- Полное исключение риска перегрева и порчи чувствительных к высоким температурам радиодеталей;
- Доступная цена;
- Наличие в комплекте к устройству комплекта несгораемых жал – предварительно залуженных насадок, имеющих специальное необгарающее покрытие.
Из недостатков таких устройств можно выделить:
- Низкую ремонтопригодность;
- Высокую стоимость качественных полупрофессиональных и профессиональных моделей;
- Хрупкость нагревательного элемента из керамики.
Также недостатком дешевых моделей является поддельный керамический нагреватель, представляющий собой полую керамическую трубку, внутри которой расположен асбестовый стержень с намотанной тонкой нихромовой проволокой. Из-за маленькой толщины проволоки такие нагреватели очень быстро выходят из строя по причине термострикции – разрыва проволоки при ее остывании.
Управление нагревом
Для управления нагревом в таких устройствах служат аналоговый или цифровой (кнопочный) терморегулятор, термодатчик в нагревательном элементе и управляющая плата. В некоторых моделях и усовершенствованных простых паяльниках регулировка температуры происходит, благодаря двухпозиционным переключателям, диммерам, электронным блокам управления.
Переключатели и диммеры
Для регулировки температуры жала паяльника применяют такие устройства, как:
- Переключатели – двухпозиционные тумблера, позволяющие переключать инструмент в режим ожидания или максимального нагрева;
- Диммеры – подключаемые в разрыв провода регуляторы с круглой плавно вращающейся ручкой, позволяющие производить очень тонкую регулировку степени нагрева жала.
Блоки управления
Блок управления представляет собой расположенную отдельно от устройства управляющую плату с регулировочным резистором. В некоторые блоки управления также встроен понижающий трансформатор.
Самые совершенные и многофункциональные блоки управления вместе с подключенными к ним паяльниками представляют собой такой вид устройств, как паяльные станции.
Самостоятельное изготовление регуляторов мощности для паяльников
Ниже приведены схемы наиболее часто собираемых терморегуляторов на основе таких радиодеталей, как переменный резистор, симистор, тиристор.
Из резистора
Самый простой терморегулятор для паяльника на основе переменного резистора собирается по приведенной ниже схеме.
Схема терморегулятора на резисторе с переменным сопротивлением
Из тиристора
Плата терморегулятора на основе тиристора имеет следующую принципиальную схему.
Схема регулятора температуры на основе тиристора
Из симистора
Самый простой терморегулятор на таких полупроводниковых деталях, как симисторы, можно собрать по следующей схеме.
Схема терморегулятора на симисторах
Схемы регуляторов
Регулятор для паяльника может быть собран по двум схемам: диммерной и ступенчатой.
Диммерная
Диммерная схема включает в себя один регулятор (диммер), подключенный к разрыву сетевого кабеля устройства.
Ступенчатая
Собираемый своими руками регулятор мощности для паяльника по ступенчатой схеме подразумевает монтаж дополнительного контроллера в пластиковом корпусе.
Ступенчатый терморегулятор
Видео
Самоделка из прошлого — регулятор «температуры» паяльника (China free:)
«… В то время, когда деревья были большими», а руки выпускника радиотехнического училища совсем кривые, и было изготовлено это устройство.Не уверен, что на сегодня его изготовление все так же актуально — сейчас продаются готовые реализации этой схемы в ОФФ магазинах и на просторах интернета, однако, в этом году ему исполняется 30 лет!
А это уже не шутки, и можно сказать юбилей 😉
Использую его, хоть и изредка, но до сих пор — как минимум испытание временем пройдено вполне успешно 😉
Этот мой пост, конечно, в некоторой степени шутка — эдакий небольшой экскурс в прошлое.
В те далекие времена подобное нельзя было купить в магазинах, никто из моих знакомых не знал слово «интернет» и уж тем более алиэкспресс, а народным паяльником (который еще и поискать пришлось бы) был вот такой ЭПСН
Собственно для него и было изготовлено описываемое устройство.Все побывавшие у меня в руках паяльники этой модели, имели довольно значительный перегрев- паять было относительно не комфортно, а жало быстро обгорало и теряло свою форму.
А паять, в это доброе время, было много чего- начиная от всякого рода ремонтов магнитофонов и телевизоров, и заканчивая ДУ для ТВ, дверными звонками с мелодиями и наконец «Синклерами»!
Посмотрим, что же смог собрать 30 лет назад, вчерашний курсант не имеющий навыков пайки и практики сборки самодельных устройств 🙂
Я специально это подчеркнул — не ругайтесь слишком сильно! Делалось давно, но живо и работоспособно до сих пор- на мой взгляд это главное! 😉
Схему тогда нашел в одной прекрасной книжке, которая сохранилась у меня до наших дней — на тот момент была одной из любимых, ну ОЧЕНЬ интересной казалась, с кучей разнообразных схем и поделок, перечитывал ее регулярно.
Книжка переведена с польского, поэтому частенько приходилось подбирать отечественные аналоги деталей. Для начинающего радиолюбителя это было, в некотором роде, проблемой.
Назначение схемы в книжке несколько иное, но я предположил, что таким образом можно
Схема была собрана
Попался под руку корпус от какого-то блока питания (от чего он был вспомнить уже невозможно). В нем были прорезаны необходимые отверстия, закреплены клеммы, снятые со старой аппаратуры.
пластик, основа платы, от времени уже рассыхается и стал хрупким -уголок отломился при разборке
Снаружи все получилось симпатичнее, но все равно возраст берет свое 🙂
В качестве индикации неонка.
Светодиоды тогда были относительно дефицитным товаром, и кроме серий 307 и 102 я других и не встречал, а неоновая лампочка, даже «цветная» была в относительной доступности.
Она довольно неплохо прижилась в корпусе и, к тому же, именно по ее яркости свечения производится настройка «температуры паяльника» — опытным путем была установлена яркость свечения лампы, для оптимальной температуры.
Режим довольно легко было запомнить, лампа горит в пол накала и слегка мерцает — вот в таком режиме и использовал устройство много лет.
Работу схемы посмотрим уже современным, DSO FNIRSI PRO
Видно, как при вращении ручки меняется форма сигнала- изменяется и «температура» паяльника 😉
Напряжение 6в, потому что используется доработанный осциллограф — получаем делитель на 100.При использовании заводского варианта измерения сигнал заметно искажается (да и напряжение тоже), да еще и синхронизацию подрывает, так что описанная в ссылке доработка DSO FNIRSI PRO вполне себе оправдана
ниже пример сигнала с заводской схемой
Вот такая «сладкая парочка» отмечает свои 30 лет!
Уже позже, из-за лени, перешел на импульсные варианты паяльников — именно по моей работе это вполне удачный вариант (мобильность, быстрота нагрева).
Работа с «мелкоэлементами» типа SMD мне и сейчас практически не встречается, поэтому иногда и сейчас достаю этот раритет ;).
Несколько раз появлялась необходимость именно в диммере — тогда использовал схему по ее прямому назначению, все выдержала!
Вполне согласен, что симистор подошел бы лучше, но не забывайте — это был 1989 год, радиодеталей тогда в свободной продаже практически не было, да и в книжке использовался именно тиристор.
К тому же, тогда у меня был доступ к халявным тиристорам 201-202 серий, это было решающим фактором.
Да и, честно сказать, на момент создания этой самоделки, скорее всего о симисторах я практически ничего не знал 🙂
Итого:
Схема отработала 30 лет, без замечаний и неисправностей!
Китая в схеме нет совсем 🙂
Всем удачи и хорошего настроения! ☕
Простая регулировка температуры жала паяльника своими руками
Радиолюбитель, а впрочем любой умелец, кому доводится довольно часто применять электрический паяльник, постоянно сталкивается с перегревом жала электропаяльника, одной из досадных причин не качественной пайки. Для того, чтобы избавиться от данного, не очень лицеприятного явления пришлось собрать простенький, но давно испытанный на практике, регулятор напряжения электропаяльника. Данную схемку вы соберете,
имея в своих запасниках: электропаяльник,
отвертку,
ножик,
любой выключатель
и один диод с рабочим напряжением до трехсот вольт и с током в пол ампера (минимальные требования).
В разрыв любого проводника паяльника монтируется выключатель, на клеммы выключателя монтируется диод.
Когда выключатель включен, электропаяльник получает свои 220 вольт и выходит на нормальный режим работы. При выключенном выключателе (дежурный режим) паяльник питается через диод, получая половину напряжения для нормальной пайки, но не остывает и не перегревается. Приступили к очередному этапу пайки включаете выключатель и электропаяльник, спустя несколько секунд, опять готов к пайке.
А вот и итог я пока допивал свою кружку чая, вы успели испытать устройство, созданное своими руками.
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Схема тиристорного регулятора мощности без помех
Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя. Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.
Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!
Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.
Классическая тиристорная схема регулятора
Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.
Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.
Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).
При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.
Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.
Простейшая тиристорная схема регулятора
Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.
Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.
Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания. Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или
СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ПАЯЛЬНИКА
Многим знаком недорогой паяльник с Алиэкспресс с встроенным регулятором напряжения. Димер это лучше, чем ничего, но нормальной работы с паяльником он не обеспечивает. В свое время Л. Елизаров из г. Макеевка Донецкой области опубликовал схему стабилизатора температуры для паяльника без датчика. За счет измерения изменения сопротивления нагревательного элемента. Схема много где публиковалась. Была еще одна статья в журнале Радио.
Некоторое время назад я уже применял первую схему для паяльника с керамическим нагревателем и пистолетной рукояткой. На снимке он верхний в уже переделанном виде.
Работа стабилизатора понравилась. Тот паяльник является основным для меня уже пожалуй с год. Но рукоять толстовата. Он тяжелее нового. Да и любопытно.
Дальше ориентируемся на измененную схему (Доработка стабилизатора жала паяльника).
Измерение сопротивления нагревателя с Али (нижний на снимке) дало результат около 450 Ом в холодном состоянии и около 1,5 килоом в хорошо прогретом. Т.е. сопротивление изменяется раза в три. Решил адаптировать схему и для него. По факту получилось по второй доработанной схеме. R1 – 820 Ом, R2 – подстроечник 200-500 Ом. R3 выведен наружу и сопротивление его 470-500 Ом. С такими номиналами мой паяльник регулирует температуру где то от 220 до 350 градусов.
В качестве корпуса использовал обычный разветвитель-двойник из магазина. Фото платы и корпуса далее.
Двойник разбирается с помощью болгарки, ножа, пассатижей, бокорезов убирается лишнее с верхней крышки. На снимке видно до какого состояния примерно.
Обратите внимание на полупрозрачную пленочку. Плата стала расслаиваться и я снял верхний слой. И он прекрасно подходит в качестве страховочной прокладки между шинами двойника (которые соединяю с платой проводами методом пайки) и платой. Внутрь это все вставляется примерно так:
Верхняя крышка, сборка. Устройство в сборе.
Доработка самого паяльника несложная вовсе
Суть ее проста – изъять симистор и соединить провод паяльника с нагревателем напрямую. Лично я провод заменил (провод с вилкой пригодится), а симистор повесил за одну ногу на плате паяльника. Родной регулятор уже не используется. Крутилку использую в качестве заглушки и фиксатора платы.
Практика с этим паяльником пока не велика, но не вижу причин для отрицательного результата. Первый переделанный работает прекрасно и является моим основным. Что нужно сделать, если вы решили переделать и свой? Измерьте сопротивление нагревателя в холодном виде и после прогрева. Естественно в отключенном от сети состоянии.
- Если они примерно совпадают с моими, смело можете повторять с моими номиналами.
- Если нет, то вам придется подобрать величины для R1, R2, R3.
С паяльниками имеющими нихромовые нагреватели не экспериментировал, рекомендаций дать не могу.
О деталях
- Стабилитроны на 5,6 вольта с мощностью не менее 1 Вт.
- Мосты использовал 2 А 1000 вольт. Просто были в наличии.
- Симистор BT134-600. Тоже просто был.
Печатная плата
Вот файл печатки.
Теперь главное. А зачем это все нужно, что это дает? Простой регулятор тока никак не обеспечивает стабилизацию. Если совсем мало, чтобы естественного охлаждения хватало, чтобы паяльник не перегревался, то при пайке будет явно не хватать мощности.
Если нормально при пайке, то при простое будет перегрев. Неизбежно.
Это сказывается очень сильно. Например мои китайские жала, которые шли вместе с паяльником (медные, кстати) таяли просто на глазах. Особенно жалко плоское. Топориком.
Кроме того, при перегреве и длительном простое обгорает кончик и порой его становится крайне сложно облудить. Естественно окисляется припой и превращается в серо-черную кашу. И прежде чем паять вам придется чистить кончик каждый раз. Словом сильно сокращается жизнь жала и комфортность пайки.
Доработанный таким образом паяльник приобретает черты паяльников совсем другой ценовой категории и качества. Фактически это паяльная станция.
Еще один аспект который проверил для себя. Иногда выпаиваю детали двумя паяльниками. Поскольку таких паяльников у меня теперь два, то имело смысл проверить, а не возникает ли между ними разности потенциалов, губительной для извлекаемой детали.
Измерение вольтметром показали нули на диапазоне 20 вольт постоянки и 200 вольт переменки. Одну из сетевых вилок переворачивал. Возможно просто качественная керамика в нагревателях. Правда стоит иметь в виду, в первом переделанном паяльнике вместо ИП на стабилитронах стоит китайский маленький ИБП на 12 вольт (не нашел тогда мощных стабилитронов). Возможно причина еще в этом.
Ну и почему именно такие паяльники особенно интересны для этой переделки.
В обычном режиме он быстро перегревается. А это говорит об избыточной температуре нагревателя. И избыточной мощности. Он имеет керамический нагреватель с достаточно большим сопротивлением и сильным изменением сопротивления при нагреве, что позволяет точнее отслеживать температуру.
Следовательно, после переделки он будет очень быстро нагреваться, так как напряжение подается не после диммера, в урезанном виде, а полное напряжение сети.
По этой же причине он будет быстрее восстанавливать температуру после интенсивного отбора тепла при пайке массивных деталей.
Немного о настройке схемы
Тут все просто. Сопротивление цепочки R1, R2 и R3 определяет минимальную температуру паяльника. Чем меньше сопротивление — тем меньше нагрев. То есть выведя движок сопротивления R3 в положение наименьшего сопротивления, подбором R1, R2 выставляют желаемую минимальную температуру. Ее выбрал в районе 200-220 градусов. А вот величина сопротивления R3 будет определять максимально возможную температуру паяльника. Я выбрал ее в районе 500 Ом. И получил на максимуме около 360 вольт.
Выбирать ее слишком большой не советую. При каком-то сопротивлении регулятор практически перестает отключать нагреватель (светодиод горит, лишь изредка помаргивая). Так легко вообще загробить жала.
При нормальной работе светодиод практически непрерывно светит после включения несколько секунд. Потом появляются паузы, которые по мере прогрева они становятся все длиннее. Мой паяльник на рабочий режим выходит секунд за 20-30.
Тришин А.О.
Г. Комсомольск-на-Амуре.
Ноябрь 2018 г.
Форум по паяльникам
Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ПАЯЛЬНИКА
назначение электрического прибора, простые схемы сборки для начинающих
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.
