Цифровой регулятор мощности паяльника

1 Введение

  Оптимальная температура жала электропаяльника – важнейшее условие получения  качественной пайки. В радиолюбительской  практике это имеет большое значение, так как при монтаже радиотехнического  устройства конструктору приходится пользоваться одним и тем же паяльником со сменными жалами, существенно отличающимися по своим теплотехническим характеристикам. Использование различных припоев, марки которых часто неизвестны, тоже требует экспериментального подбора температуры жала электропаяльника.

  Способ  управления нагревом паяльника, когда его мощность регулируется в нерабочем состоянии (паяльник находится на подставке), а в рабочем состоянии мощность составляет 100%, и даёт положительные результаты лишь при несменяемом жале. Радиолюбительская практика показывает, что хороших результатов можно добиться раздельным оперативным регулированием мощности паяльника в рабочем и дежурном режимах. Такой способ даже предпочтительнее однорежимной точной стабилизации температуры жала, поскольку позволяет находить компромисс между постоянным поддержанием паяльника в состоянии готовности в течении многих часов и износом рабочей части жала из-за растворения меди в припое. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 Анализ технического задания

    2.1 Обоснование выбора сервисных  функций

  В этом устройстве имеется два режима индикации и два режима работы по выходной мощности.

   Первый  режим индикации осуществляемый  светодиодом HL1, сигнализирует о включении устройства в сеть. Светодиод питается полуволной сетевого тока, перезаряжающей гасящий конденсатор C1. Таким образом это добавление оказалось «бесплатным», т.к. полуволна сетевого напряжения не используется для питания устройства.

  Второй  режим индикации осуществляемый светодиодом HL2, сигнализирует о работе RC генератора задающего режим работы симистора VS1, а следовательно и о исправности выходного каскада устройства в целом.

  Режимы  работы по выходной мощности (от10%  до 100%, с шагом 10%) определяет положение  контактов переключателей SA1и SA2 соответственно. Смена режимов «рабочий» (SA1) и «дежурный» (SA2) осуществляется переключателем SF1, при нажатии на его кнопку коромыслом, удерживающим паяльник на подставке. 

    2.2 Обоснование выбора структурной  схемы

  Условно это устройство делится на 4 блока:

    - Схема индикации включения в сеть с системой защиты

    - Формирователь импульсов счётчика

    - Счётчик

    - Устройство  управления нагрузкой

  Схема индикации  включения в сеть с системой защиты сигнализирует о включении устройства в сеть. В систему защиты входят несколько диодов и резистор, обеспечивающие продолжительную работу системы.

  В формирователь  импульсов счётчика входит два транзистора позволяющие подавать импульсы на вход счётчика без дополнительных формирователей.

  Счётчик формирует бегущий сигнал необходимый  для управления работой последующего блока.

  Устройство  управления нагрузкой непосредственно формирует необходимую выходную мощность на нагрузке.

    2.3 Обоснование выбора функциональной  схемы

  Схема индикации  включения в сеть с системой защиты сигнализирует о включении устройства в сеть.

  В формирователь  импульсов счётчика входит два транзистора позволяющие подавать импульсы на вход счётчика без дополнительных формирователей.

  Счётчик формирует бегущий сигнал необходимый  для управления работой последующего блока.

  В свою очередь  счётчик подключён к регуляторам  мощности в «дежурном» и «рабочем» режимах, которые её регулируют с шагом в 10%. Управляет регуляторами переключатель режимов, переключая их с одного на другой.

  С счётчика на RS-триггер подаются импульсы с помощью которых он управляет работой генератора импульсов запуска симистора. Этот генератор управляет симистором через транзистор, повышающий нагрузочную способность генератора. Импульсы с транзистора попадают на управляющий электрод симистора, и таким образом обеспечивается регулировка мощности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3 Расчёт узлов цифрового устройства

  В состав данного устройства входит RC-генератор собранный на элементах ИЛИ-НЕ (DD2.3, DD2.4) микросхемы  DD1 К561ЛЕ5. Так как он управляет симистором, которому нужны импульсы определённой частоты и длительности, параметры данного генератора необходимо рассчитывать.

  Частота будет равняться:

  f=0,55/RC;

  f=0,55/(330*10³)*(390*10^-12)=4273Гц;

  Длительность  импульсов будет равняться:

  t_u=0,7RC;

  t_u=0,7*(330*10³)*(390*10^-12)=163 мкс; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  4 Описание  принципа действия и характерных особенностей спроектированного цифрового устройства

  В настоящее  время установился некоторый  радиолюбительский стандарт на регуляторы средней мощности для тепловых приборов. Суть его заключается в том, что  регулирование осуществляется широтно-импульсным методом, с открыванием симистора в моменты близкие к переходу сетевого напряжения в «нуль». Использование микросхем КМОП даёт простое схемотехническое решение для формирования широтно-импульсного сигнала. К его недостаткам можно отнести разве что нечёткость работы генератора в крайних положениях движка задающего резистора и необходимость разметки шкалы мощности.

  От этих недостатков свободно устройство описанное  в моём курсовом проекте. В качестве базового решения использован симисторный регулятор. В источник питания микросхем добавлен светодиод HL1, сигнализирующий о включении устройства в сеть. Средний ток, текущий через светодиод, не превышает 15мА. При смене полярности практически всё обратное напряжение, равное по значению сумме напряжений стабилизации стабилитрона VD3 и прямому падения напряжения на диоде VD2, приложенное к диоду VD1, обратное сопротивление которого существенно больше чем у светодиода.

  Если устройство предполагается эксплуатировать при  повышенной температуре, увеличивающей обратный ток диода VD1, для защиты светодиода от обратного напряжения его можно зашунтировать резистором  1-3кОм.

  Транзистор  VT1 используется для выделения момента перехода сетевого напряжения через «нуль». Диод VD4 защищает эммитерный переход этого транзистора от полуволны обратного напряжения. Транзистор VT2 инвертирует сигнал снимаемый с коллектора транзистора VT1, увеличивает крутизну фронта, что позволяет его непосредственно подавать на вход CN счётчика DD1 без каких либо дополнительных формирователей.

  Фронт счётного импульса на входе микросхемы формируется  в конце каждого положительного полупериода напряжения сети. При этом на выводах 0-9 счётчика, имеющего встроенный дешифратор, появляется бегущий сигнал высокого уровня. Когда сигнал такого уровня возникает на выходе 9 счётчика, RS-триггер, собранный на элементах DD2.1, DD2.2, устанавливается состояние с высоким уровнем на выводе 10 элемента DD2.1, который прекращает работу генератора импульсов запуска симистора VS1. Генератор собран на элементах DD2.3, DD2.4. В таком состоянии нагрузка регулятора обеспечена. Включение нагрузки в сеть произойдёт после переключения RS-триггера в противоположное состояние сигналом высокого уровня на выводе 8 элемента DD2.1.

  Момент  прихода импульса включения нагрузки относительно импульса выключения определяется номером выхода счётчика, подключённого к выводу 8 элемента DD2.1. Таким образом, мощность, подводимую к паяльнику в рабочем режиме и в режиме ожидания, определяет положение контактов переключателей SA1 и SA2 соответственно. Смена режимов происходит переключателем SF1 при нажатии на его кнопку коромыслом, удерживающим паяльник на подставке. В обоих режимах мощность от 10 до 100% с шагом 10% устанавливают переключателями SA1, SA2. Резистор R7 устраняет неопределённость сигнала на выводе 8 элемента DD2.1 при переключениях. Визуально оценить мощность, подводимую к паяльнику, можно по свечению индикатора HL2.

  С коллектора транзистора VT3, который служит для повышения нагрузочной способности генератора импульсов запуска симистора, импульсы подаются на управляющий электрод VS1, который регулирует мощность на нагрузке. 
 
 
 
 
 
 
 

  5 Заключение

  Цифровой  регулятор мощности паяльника это  незаменимое устройство для радиолюбителя, так как это устройство несложное в изготовлении, принцип его действия прост, у него минимум недостатков, изготовить его можно в домашних условиях. Такое устройство «чудесным» образом позволяет получить качественную пайку электрорадиоэлементов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Литература

     1. ГОСТ 2.104 – 68 ЕСКД. Основные надписи.

     2. ГОСТ 2.105 – 95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

     3. ГОСТ 2.109 – 68 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

     4. ГОСТ 2.701 – 84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы, общие требования к их выполнению.

     5. ГОСТ 2.702 – 75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

     6. ГОСТ 2.709 – 72 ЕСКД. Системы обозначения цепей в электрических схемах.

     7. Журнал «Радио» 1998г №2.

     8. Материалы с сайта: www.shem.net/

     9. Ошер Д.Н,  Малинский В.Д, Теплицкий Л.А. Регулировка и испытание радиоаппаратуры / М.: Энергия. 1978.

     10. Справочник Резисторы, под редакцией  Четверткова И.И. и Терехова  В.М., М.: Радио и связь, 1991.

     11. Справочник по электрическим  конденсаторам, под редакцией  Четверткова И.И. и Смирнова В.Ф., М.: Радио и связь, 1983.