Схема. Аналоговый блок управления паяльной станции
Ассортимент имеющихся сегодня в продаже паяльных станций довольно широк. Многие из них имеют цифровую установку и индикацию температуры, ряд дополнительных эксплуатационных удобств, например, блокировку выключения станции до полного охлаждения фена, запоминание ранее установленной температуры пайки.
Но опыт эксплуатации показывает, что высокая «цифровая» точность установки температуры жала паяльника или исходящего из фена горячего воздуха не нужна. Оптимальную температуру пайки всё равно приходится подбирать опытным путём, а температура воздуха важна не на выходе из фена, а в точке пайки, где она зависит от множества факторов, например, расстояния между соплом фена и местом пайки, размеров самого сопла. Не доставляет особых неудобств и ручное управление охлаждением фена после пайки.
Предлагаемая схема паяльной станции автоматически поддерживает заданную температуру жала паяльника или подаваемого феном воздуха в интервале 100…500 °С с погрешностью не более 5 °С. Текущее значение температуры показывает стрелочный прибор. Об окончании прогрева и переходе в режим стабилизации сигнализирует своим миганием светодиод. Ещё один стрелочный прибор — индикатор напряжения, подаваемого на нагреватель паяльника или фена, а также на двигатель вентилятора последнего. Предусмотрена плавная ручная регулировка мощности паяльника и нагревательного элемента фена. Подача напряжения на этот элемент при выключенном вентиляторе заблокирована.
Блок управления рассчитан на работу с паяльниками, питаемыми напряжением 220 В или 12В. Можно подключить к нему и паяльник на 24 В, соединив выводы его нагревательного элемента с другими контактами разъёма. Фен автор использовал из комплекта паяльной станции LUKEY702D+. 
Схема паяльной станции показана на рис. 1. В нём можно выделить три основных узла: регулятор напряжения, подаваемого на нагреватель паяльника или фена (оптрон U1, транзисторы VT1 и УТ2, симистор VS1), регулятор напряжения на вентиляторе фена (микросхема DA3), измеритель температуры и её регулятор на микросхеме DA4. Все узлы выполнены с использованием типовых схемных решений, поэтому останавливаться на принципе их работы не будем. Блок питания построен на трансформаторе Т1, диодных мостах VD3 и VD4, интегральных стабилизаторах DA1 и DA2. Необходимость применения двух мостовых выпрямителей вызвана особенностями узла управления симистором — для плавной регулировки мощности нагревателя необходимо пульсирующее напряжение, получаемое с помощью моста VD3.
Включают схему паяльной станции выключателем SA1. Если к ней подключён фен или паяльник на 220 В, выключатель SA2 замыкают, а если низковольтный паяльник, то размыкают. Реле К1—КЗ при этом выполняют необходимую коммутацию цепей станции. Напряжение на вентилятор фена подают выключателем SA3, совмещённым с переменным резистором R9, регулирующим это напряжение. Включение происходит при его максимальном значении, чтобы исключить возможность перегрева нагревательного элемента фена, включив вентилятор при минимальном, иногда недостаточном для работы его двигателя напряжении. Учтите, что при работе с паяльником на 220 В выключатель SA3 должен быть замкнут.
Когда переключатель SA4 находится в верхнем (по схеме паяльной станции) положении, стрелочный прибор РА2 служит индикатором напряжения на двигателе вентилятора фена. Переведя его в нижнее положение, можно контролировать напряжение на нагревателе паяльника или фена. Необходимо учитывать, что форма напряжения на любом из нагревателей искажена симисторным регулятором, поэтому по показаниям индикатора судить о его эффективном значении можно лишь приблизительно по принципу «больше-меньше».
Подстроечными резисторами R1 и R14, а также подборкой резистора R16 калибруют измеритель температуры — добиваются, чтобы начальное положение и максимальное отклонение стрелки микроамперметра РА1 соответствовали минимальной и максимальной измеряемой температуре (например, 100 и 500 °С). Переменным резистором R19 пользуются при работе с паяльной станцией. Им устанавливают температуру жала паяльника равной 240…260 °С, а подаваемого феном горячего воздуха — 330…360 °С. Имеется возможность ручной регулировки мощности нагревателей переменным резистором R8. Например, у меня нагреватель фена всегда работает на минимальной мощности, его спираль находится в щадящем режиме.
К разъёму XS2 по схеме паяльной станции, показанной на рис. 2, присоединяют паяльник на 220 В, а по той, что показана на рис. 3, — фен с нагревателем на 220 В и вентилятором на постоянное напряжение 24 В. Разъём XS3 предназначен для подключения низковольтных паяльников по схеме, изображённой на рис. 4. При этом один из выводов нагревателя паяльника на 12 В соединяют с контактом 6 разъёма ХР1, а на 24 В — с контактом 4. Вторые выводы нагревателей в обоих случаях соединяют с кон- тактом 8. При необходимости можно подключать к разъёму XS1 дополнительные внешние потребители переменного напряжения 2×12 В.
Собрана схема паяльной станции в корпусе от старого компьютерного блока питания. На его передней панели размещены приборы РА1, РА2, регулятор температуры R19, светодиод HL1, переключатель SA4 режима работы индикатора напряжения РА2. Разъёмы XS2 и XS3 вынесены на правую боковую стенку корпуса, на левой установлены переменные резисторы R8, R9 и выключатель SA2. Выключатель SA1 и разъём XS1 находятся на задней стенке корпуса. Интегральный стабилизатор DA3 и симистор VS1 снабжены небольшими теплоотводами — алюминиевыми пластинами размерами 60×25 мм.
Все переменные резисторы — группы А с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота ручки: R8 и R19 — СПЗ-33-32, R9 — СПЗ-33-20 (с выключателем). Подстроечные резисторы — СПЗ-19А, постоянные — МЛТ. Конденсаторы могут быть любых типов.
Трансформатор Т1 применён готовый на магнитопроводе ШЛ 16×24 с напряжением вторичной обмотки 2×12 В. Мощность этого трансформатора должна быть с некоторым запасом достаточной для питания низковольтного паяльника и двигателя вентилятора фена. Трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольце М2000НМ типоразмера К20х12×6, его обмотка I имеет 50 витков, а обмотка II — 30 витков изолированного провода диаметром 0,25…0,5 мм.
Микроамперметр РА1 — М4204 с током полного отклонения стрелки 100 мкА. Размер видимой части его шкалы — 70×50 мм. В качестве РА2 использован индикатор уровня от старого магнитофона с током полного отклонения 1000 мкА.
Выпрямительные мосты КЦ407А и КВР206 можно заменить мостами другого типа, причём тот, что устанавливается вместо КВР206, должен быть с допустимым выпрямленным током, не менее потребляемого вентилятором фена при максимальных оборотах.
Реле К1 — РЭС9 исполнения РС4.529.029-00, К2 — РЭС15 исполнения РС4.591.003, КЗ — RM94-1012 с обмоткой на 12 В. Первые два реле могут быть заменены одним с достаточным числом контактных групп. Контакты реле КЗ должны быть рассчитаны на коммутацию тока не менее 2 А при напряжении 250 В. Напряжение срабатывания у всех реле — не более 15В.
Розетка XS1 — ОНЦ-ВГ-4-5/16-Р (СГ-5) от старого магнитофона. В качестве розетки XS2 применена панель для октальной электронной лампы. Ответная часть для неё (ХР1 на рис. 2 и рис. 4) — цоколь от такой лампы или разъём отклоняющей системы старого лампового телевизора. Разъём XS3 — РПН-1-3, вилка для него (ХР1 на рис. 3) — РШ2Н1-18. Выключатели SA1 и SА4 —МТЗ, a SA2 —П1Т-1-1В.
Если в используемом паяльнике нет встроенной термопары, её нужно установить. «Горячий» спай крепят любым доступным способом к жалу паяльника или в непосредственной близости от него. В фене спай термопары должен быть установлен в центре выходного отверстия. Провода термопары наращивают до необходимой длины обычными монтажными проводами, причём место соединения должно находиться как можно дальше от нагревающихся частей паяльника или фена. Плюсовой и минусовый выводы термопары определяют, прогревая её спай паяльником и измеряя развиваемую термоЭДС мультиметром на самом чувствительном пределе измерения напряжения.
В собранной схеме паяльной станции необходимо, прежде всего, откалибровать измеритель температуры. Для этого реальную термопару паяльника или фена временно заменяют её имитатором, собранным по изображённой на рис. 5 схеме. Напряжение на выходе имитатора контролируют милливольтметром постоянного тока PV1, в качестве которого можно использовать, например, цифровой мультиметр. Подстроечным резистором R1 при нажатой кнопке SB1 выходное напряжение устанавливают равным термоЭДС термопары при температуре 100 °С, а подстроенным резистором R2 при нажатой кнопке SB2 — 500 «С.
Значение термоЭДС термопары хромель—алюмель в милливольтах с достаточной для практики точностью можно вычислить по формуле
Е = 0,0412(Тr-Тx),
где Тr — температура горячего спая термопары (измеряемая), °С; Тх — температура её «холодного спая», СС, приблизительно равная температуре в помещении, где производится пайка. Обычно принимают Тх=20 °С. При использовании термопар из других металлов и сплавов (например, константа—медь) зависимость термоЭДС от температуры будет иной. Отрегулированный имитатор термопары подключают к указанным на рис. 5 контактам разъёма XS2 блока управления.
Калибровку начинают с установки подстроечным резистором R1 (см. рис. 1) стрелки микроамперметра РА1 на начальное деление его шкалы, которое будет соответствовать температуре 100 °С. Затем, отпустив кнопку SB1 и нажав на SB2, подстроечным резистором R14 устанавливают стрелку микроамперметра на последнее деление шкалы, соответствующее температуре 500 °С. Если этого сделать не удаётся, придётся подобрать резистор R16. Для большей точности калибровку точек 100 °С и 500 °С следует повторить несколько раз, не изменяя положения движков подстроечных резисторов в имитаторе.
После калибровки можно отсчитывать температуру, пользуясь имеющейся в микроамперметре линейной шкалой, или же изготовить новую, нанеся на неё любое число промежуточных точек. Для этого подстроечный резистор R2 в имитаторе термопары заменяют другим с номинальным сопротивлением 33 кОм. Шкалу градуируют, нажав на кнопку SB2 и устанавливая этим резистором соответствующие наносимым температурным точкам значения напряжения на выходе имитатора.
Пользуясь откалиброванным измерителем температуры, градуируют шкалу переменного резистора R19. Это делают, подключив к блоку управления реальный паяльник или фен. Очередную отметку на шкале ставят, добившись, чтобы показания микроамперметра соответствовали желаемой температуре, а светодиод HL1 устойчиво мигал. Эту операцию повторяют для нескольких значений температуры с шагом 50 или 100°С. Подбирая резисторы R18 и R20, можно при необходимости изменить границы установки температуры переменным резистором.
Далее следует подключить к блоку управления фен и установить интервал регулировки переменным резистором R9 напряжения на двигателе его вентилятора. Для этого выключателем SA3 подают напряжение на вход интегрального стабилизатора DA3 и оставляют движок переменного резистора R9 в положении максимального стабилизированного напряжения (верхнем по схеме). Подстроечным резистором R12 устанавливают напряжение между контактами 1 и 2 разъёма XS2, подаваемое на двигатель вентилятора, равным 26 В. Переводят переключатель SA4 в верхнее по схеме положение и, подбирая резистор R25, устанавливают стрелку прибора РА2 на последнее деление шкалы. После этого переводят движок переменного резистора R9 в нижнее по схеме положение и убеждаются, что напряжение на двигателе уменьшилось приблизительно до 9 В, но крыльчатка вентилятора продолжает медленно вращаться. При необходимости добиваются этого подборкой резистора R11 и повторной установкой максимального напряжения подстроечным резистором R12.
Приступая к подборке резисторов R2 и R24, переводят переключатель SA4 в нижнее (по схеме паяльной станции) положение, переменный резистор R8 — в положение максимальной мощности, a R19 — максимальной температуры. При этом должен гореть светодиод HL1, а выключатель SA3 быть замкнут.
При разомкнутом выключателе SA2 устанавливают стрелку прибора РА2 на конец шкалы, подбирая резистор R24. Далее замыкают SA2 и вновь устанавливают стрелку на последнее деление, на этот раз, подбирая резистор R2. Эти операции рекомендуется производить, не подключая к блоку паяльники или фен во избежание их перегревания. На это время для уверенной работы симисторного регулятора напряжения их можно заменить лампами накаливания на соответствующие напряжение и мощность. Как уже отмечалось, прибор РА1 в данном случае служит лишь индикатором напряжения на нагревательных элементах. Для его точного измерения необходим вольтметр электромагнитной системы или электронный с режимом «True RMS».
При эксплуатации блока, прежде чем включить его выключателем SA1, движок переменного резистора R8 следует установить в левое (по схеме) положение, соответствующее минимальной мощности нагревателя. Движок переменного резистора R19 — в положение, приблизительно соответствующее нужной температуре жала паяльника или подаваемого феном воздуха.
После включения контролируют рост температуры по показаниям микроамперметра РА1. Если она растёт слишком медленно, переменным резистором R8 мощность нагревателя увеличивают. По достижении температуры, соответствующей заданной переменным резистором R19, светодиод HL1 начинает мигать, сигнализируя о периодическом включении и выключении нагревателя. При необходимости этим переменным резистором установленную температуру корректируют. При работе с феном интенсивность подаваемого им потока воздуха регулируют переменным резистором R9.
Закончив работу с феном, переменный резистор R19 переводят в положение минимальной температуры. Выключатель SA2 размыкают, при этом вентилятор продолжает работать и фен охлаждается. Через 3…5 мин выключателем SA3, совмещённым с регулятором частоты вращения, выключают вентилятор.
По окончании работы с паяльником переменный резистор R19 можно оставить в найденном положении и отключить станцию от сети выключателем SA1. Это позволит при повторном включении без дополнительной подстройки обеспечить подобранную ранее оптимальную температуру пайки.
С. ПОЛОЗОВ, г. Кривой Рог, Украина
«Радио» №1 2013г.
