|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Импульсный блок питания к паяльнику с термостатом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Технологии радиолюбителя Пайка электропаяльником была и остается, пожалуй, самой распространенной операцией в работе радиолюбителя. Температура жала, ее регулировка и стабильность, скорость нагрева паяльника - вот главные параметры, которые определяют качество пайки и удобство в работе. В радиолюбительской литературе [1,2] уже описывались конструкции паяльников и блоков питания к ним, в которых датчиком температуры жала является термопара. Все они заслуживают внимания, имеют свои преимущества и недостатки. Электропаяльник, описанный в [1], хотя и соединяется с блоком питания двухпроводным кабелем, не может обеспечить максимальной стабильности температуры, поскольку термопара не имеет непосредственного контакта с жалом паяльника. Блок питания в целом получается довольно сложным: только в электронном регуляторе используется 5 интегральных микросхем, кроме того, нужно обеспечить 3 напряжения питания, два из которых должны иметь хотя бы простейшие стабилизаторы. Более удачная конструкция предложена в [2]. Благодаря нетрадиционному включению операционного усилителя (без ООС, питание пульсирующим напряжением), автору удалось свести к минимуму количество деталей в блоке питания. Простой, но надежной оказалась конструкция паяльника. Все это немаловажно для начинающего радиолюбителя. Тот, кто имеет некоторый опыт конструирования импульсных блоков питания, может изготовить электронный блок с широтноимпульсным (ШИ) регулированием мощности паяльника. Из-за отсутствия низкочастотного трансформатора блок питания имеет меньшие массу и габариты. Кроме того, в отличие от описанных ранее конструкций, работающих по принципу "периодический нагрев - охлаждение" здесь используется плавное изменение мощности с помощью ШИ регулирования, благодаря чему отсутствуют периодические колебания температуры. Схема блока питания паяльника изображена на рис.1. Для удобства в ней можно выделить два функциональных узла: аналоговый и цифровой.
Основу аналоговой части составляет дифференциальный усилитель, собранный на операционном усилителе DA1. Выводы термопары паяльника подключают в указанной полярности к контактам 1-2 разъема X1 через резисторы R5, R6 к входам ОУ. Делитель R2, R3 создает искусственный корпус - аналоговый общий провод. При равенстве пар резисторов R4, R9 и R5, R6 коэффициент усиления определяется отношением R4/R5 или R9/R6. Сигнал с выхода DA1 через фильтр НЧ R14 С10 R15 подается на эмиттер транзистора VT3, на его базу подается опорное напряжение, снимаемое с движка резистора R19. При указанных на схеме номиналах резисторов R18-R20 опорное напряжение можно изменять с 3,8 до 11,2 В (относительно вывода 4 DA1). Примерно в таких же пределах должен изменяться усиленный сигнал термопары на выводе 6 DA1 при изменении температуры паяльника в диапазоне задаваемых температур. Для этой цели используют балансировку ОУ с помощью выводов 1 или 5 (в данном случае вывод 1). Для устойчивости усилителя и устранения наводок со стороны преобразователя напряжения служат конденсаторы С2-С5, С8, С9. Они сужают полосу усиливаемых частот "сверху", улучшают ослабление синфазного сигнала, но не влияют на коэффициент усиления, так как схема является усилителем постоянного тока (строго говоря, усилителем медленно меняющегося тока). Работу цифрового узла - схемы формирования ШИ сигнала - рассмотрим с помощью упрощенных осциллограмм, изображенных на рис.2.
Генератор прямоугольных импульсов (рис.2,а) собран на логических элементах DD1.1, DD1.2. Частота импульсов определяется элементами R1, С1 и при настройке устанавливается около 40 кГц. По фронту каждого импульса, поступающего на тактовый вход триггера DD2.1, последний переключается в единичное состояние (на выводе 13 - высокий уровень, на выводе 12 - низкий). С этого момента начинается заряд конденсатора С7 через R12, R16, VT2. Когда напряжение на С7 достигнет порога сброса триггера по входу R, DD2.1 переключится в нулевое состояние, и напряжение высокого уровня на выводе 12 откроет транзистор VT1, который быстро разряжает конденсатор С7. Цепочка R8С6 форсирует этот процесс. Время зарядки С7, а значит, и ширину формируемых триггером импульсов регулирует транзистор VT2. На рис.2,б кривая 1 изображает выходное напряжение усилителя термопары (вывод 6 DA1), прямая линия 2 соответствует напряжению на движке резистора R19. В начальный период времени, когда холодный паяльник включен в сеть, его температура непрерывно растет, а напряжение усилителя DA1 уменьшается. Когда это напряжение становится на 1-1,2 В меньше опорного напряжения, установленного на движке резистора R19, транзистор VT3 открывается. Ток коллектора VT3 является током базы транзистора VT2, который, открываясь во время действия высокого уровня напряжения на выводе 13 DD2.1, увеличивает скорость зарядки конденсатора С7 до порогового напряжения (рис.2,в). При этом импульсы, формируемые триггером DD2.1, становятся короче (рис.2,г). Эти импульсы с выхода 13 DD2.1 поступают на входы элементов 2И-НЕ DD1.3 и DD1.4. Импульсы с выхода 12 DD2.1 подаются на делитель DD2.2. Поделенные на 2 противофазные сигналы поступают на другие входы элементов DD1.3, DD1.4. Работу схемы иллюстрируют соответствующие осциллограммы рис.2, снятые относительно вывода 7 цифровых ИМС DD1, DD2, кроме последней осциллограммы. На рис.2,к показана форма напряжения, приложенного к обмотке 1-2 трансформатора Т1. Импульсы чередующейся полярности с паузами между ними через Т1 прикладываются к базам ключевых транзисторов VT4 и VT5 полумостового преобразователя и поочередно открывают их. Как видно из рис.2, при нагревании паяльника паузы между импульсами минимальны (они нужны для устранения сквозного тока VT4, VT5), а мощность, выделяемая нагревательным элементом, наибольшая. Как только жало паяльника нагрелось до установленной температуры, паузы увеличиваются, импульсы на столько же укорачиваются, в результате чего мощность уменьшается, а температура стабилизируется. Вся схема питается от выпрямленного напряжения 220 В, проходящего через фильтр L1 L2 С17 С18. Нагревательный элемент паяльника подключается к обмотке 3-4 трансформатора Т2. Для гальванической развязки термопары также используется отдельная обмотка 1-2. Напряжение этой обмотки выпрямляется мостом VD4, заряжает конденсатор С13 до напряжения, близкого к амплитуде импульсов и мало зависящего от их ширины. Питание на микросхемы подается от С13 через параметрический стабилизатор R21 VD3. Для запуска преобразователя нужно кратковременно нажать кнопку SA1. При этом напряжение 300 В с конденсатора С16 через токоограничительные резисторы R22, R26 подключается к стабилитрону VD3, подавая начальное напряжение питания микросхемам. Преобразователь, запустившись, обеспечивает питание схемы с обмотки 12 Т2 после отпускания кнопки SA1. Хотя R23, R26 обеспечивают электробезопасность, следует избегать касания жала паяльника и одновременного нажатия на кнопку запуска. После отпускания последней паяльник имеет полную гальваническую развязку от сети. К обмотке 12 трансформатора Т2 через R22 подключен светодиод HL1, он не только сигнализирует о включении паяльника, но и служит своеобразным индикатором режима работы термостабилизатора: при включении паяльника светодиод загорается с наибольшей яркостью (мощность максимальна), при нагреве жала до температуры стабилизации яркость свечения слегка уменьшается, сигнализируя о готовности паяльника к работе. В устройстве можно применить резисторы МЛТ, указанной на схеме мощности. R19 - любой малогабаритный переменный. Следует учесть, что зависимость температуры от угла поворота ручки R19 будет такой же, как сопротивления, поэтому, если желательна линейная шкала температуры, используют резистор группы А. Конденсаторы С14, С15, С17, С18 типа K73-17; С12, С13, С16 - K50-27, К50-29, К50-35. Остальные - керамические. Транзисторы VT4, VT5 можно заменить на КТ858А, КТ859А, КТ872А и другие высоковольтные, микросхемы К561ЛА7, К561ТМ2 - на соответствующие им из серий 564, 164. Переключатель SA1 - любой малогабаритный без фиксации. Катушки L1, L2 намотаны на тороидальном магнитопроводе К16х10х4,5 из феррита марки М2000HM1 и содержат 20 витков сложенного вдвое провода ПЭЛШО-0,25. Для трансформатора Т1 использован такой же сердечник, что и в L1, L2. Обмотка 1-2 содержит 150 витков провода ПЭЛШО-0,15, обмотки 3-4, 5-6 - по 14 витков ПЭЛШО-0,25. Трансформатор Т2 намотан на кольце К28х16х9 из феррита М2000HM1. Сначала наматывают обмотку 5-6 - 230 витков провода ПЭЛШО0,25. Обмотка 1-2 содержит 53 витка ПЭЛШО-0,15. Последней наматывают обмотку 3-4 проводом ПЭВ-2 1,0. Для паяльника с сопротивлением нагревательного элемента 15 Ом обмотка 3-4 содержит 42 витка, а максимальная мощность получается около 40 Вт. Чтобы от изготовленного блока можно было питать паяльники с другим сопротивлением нагревателя, обмотку 3-4 выполняют с отводами. Конструкция блока питания произвольная. Все зависит от вкуса и способностей радиолюбителя. Мне удалось разместить устройство в корпусе размером 85х80х20 мм, склеенном из полистирола и закрывающемся металлической крышкой. Монтаж получился очень плотный - печатнонавесной. Электронный блок был предварительно собран, налажен и испытан на макетной плате. Паяльник можно изготовить по технологии, описанной в [2]. Правда, на мой взгляд, выбор стойки-токоподвода электролампочки для изготовления термопары не совсем удачен: провод там слишком толстый и длина его недостаточна. Для этой цели удобнее использовать провод диаметром 0,2-0,3 мм. Для налаживания устройства внешний источник постоянного тока 30-35 В подключают к конденсатору С13 ("плюс" источника - к "плюсу" С13), термопару паяльника - к гнездам 1-2 (в указанной полярности) разъема X1. Для регулировки температуры паяльника на его нагревательный элемент подают напряжение с ЛАТР. Сначала проводят балансировку ОУ резистором R11 и при необходимости корректировку коэффициента усиления подбором резисторов R5 и R6, сохраняя их равенство. При правильно установленном режиме напряжение на выводе 6 относительно вывода 4 DA1 изменяется с 10-11 В (при минимальной температуре жала паяльника) до 3-4 В (при максимальной). Для определения температуры можно, например, использовать плавление полиэтилена (нижний предел) и свинца (верхний). Далее с помощью осциллографа проверяют наличие в характерных точках соответствующих осциллограмм (рис.2). Особое внимание следует обратить на ширину импульсов (рис.2,д), которая соответствует защитному интервалу t3 - промежутку времени, когда транзисторы VT4 и VT5 закрыты, t3 устанавливают равным 4-5 мкс при холодном паяльнике подбором R16. В заключение внешний источник питания отключают от С13, нагреватель паяльника подключают к гнездам 3-4 разъема X1 и, включив блок питания в сеть, запускают его нажатием кнопки SA1, при этом должен загореться светодиод HL1. Отвод обмотки 3-4 Т2 подбирают так, чтобы паяльник нагревался до рабочей температуры за 30-50 с, а блок питания находился в режиме стабилизации температуры в любом положении ручки регулятора R19. Убедиться в этом можно так. В установившемся режиме поворачивают ручку регулятора температуры на небольшой угол в одну, а затем в другую сторону, при этом яркость свечения светодиода в одном случае должна заметно уменьшаться, в другом увеличиваться. Разместив устройство в корпусе, градуируют шкалу регулятора температуры. Литература:
Автор: И.Н.Танасийчук
Оптимальная продолжительность сна
12.11.2025 Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота
12.11.2025 Омега-3 помогают молодым кораллам выживать
11.11.2025
▪ Разработан препарат, который может заменить физические нагрузки ▪ Компьютер, работающий на воде ▪ Как найти инопланетную бактерию ▪ Люминесцентный материал для накопления света от LED-ламп ▪ Вороны демонстрируют исключительные способности к планированию
▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей ▪ статья Кто вас, Тит Титыч, обидит? Крылатое выражение ▪ статья Недотрога. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Магнитные материалы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Свойство струи. Физический эксперимент
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: