"РЕЗИСТОРНЫЙ" ПАЯЛЬНИК

Радио Мир 2005 №7

Паяльник - основное "орудие труда" радиолюбителя А учитывая широкое использование весьма "нежных" полевых транзисторов и КМОП-микросхем, к нему предъявляются весьма жёсткие требования.

Наиболее распространённый нагревательный элемент паяльника - нихромовая спираль, изолированная от стержня тонкой слюдяной трубочкой. У слюды очень большая диэлектрическая проницаемость (недаром слюдяные конденсаторы считаются самыми лучшими), поэтому все высоковольтные наводки, поступающие на спираль паяльника по проводам питания, практически беспрепятственно проходят на его жало. Если при этом жало паяльника касается дорожки, к которой припаян полевой транзистор (что бывает весьма часто), "жизнь" этого транзистора - в большой опасности. Ещё один недостаток подобных паяльников-малая прочность (даже слабые боковые усилия при выпайке элементов, не говоря уже про удары, могут вывести его из строя).

Очевидно, что постоянно работать таким паяльником неудобно. Поэтому многие радиолюбители идут на различные ухищрения:
- питают паяльник пониженным напряжением (12...36 В). Такое напряжение безопасно для полевых транзисторов, но для паяльника требуется свой источник с соответствующим напряжением;
- увеличивают толщину диэлектрика (слюды), что ухудшает передачу тепла от нагревательной спирали к жалу паяльника;
- используют в качестве нагревательного элемента другие материалы.

Именно по последнему пути я и решил пойти. Наверняка все видели мощные отечественные резисторы серии ПЭВ. Так вот, это готовые нагревательные элементы для паяльника мощностью 30...60 Вт! Остается только недоумевать, почему в литературе редко встречаются описания паяльников на их основе. Ведь мощные резисторы рассчитаны на значительные перегревы. Они безболезненно выдерживают нагрев до 500...600°С, а это в несколько раз больше температуры плавления припоя. Облегчает такое "нестандартное" использование резисторов и то, что у резисторов ПЭВ-7,5 внутреннее отверстие диаметром 5 мм. т.е. такого же диаметра, как и жало стандартного 40-ваттного паяльника. Толщина керамического диэлектрика резистора - около 3 мм, это не идёт ни в какое сравнение со слоем слюды толщиной 8 доли миллиметра. Как показала практика, вывести чувствительные элементы из строя таким паяльником, даже при его питании от сети 220 В, практически невозможно. К тому же, используя резистор, можно забыть и про пробой диэлектрика (со "слюдяными" паяльниками это случается весьма часто). Ещё один плюс "резисторного" паяльника - большой ряд номиналов (сопротивлений) резисторов, так что подобрать нужный не составит труда, а при выходе нагревателя из строя можно просто поменять резистор.

рис.1

Для переделки отлично подходят промышленные 40-ваттные паяльники (рис.1), хотя корпус несложно наготовить и самостоятельно. Единственная трудность, которая может возникнуть - диаметр резистора ПЭВ-7,5 (такой резистор может длительное время рассеивать мощность до 50 Вт, нагреваясь при этом до температуры выше 500°С) чуть больше металлического держателя жала стандартного паяльника. Если он изготовлен из свёрнутой в трубку металлической пластины, её придётся слегка расширить (развернуть) со стороны жала, чтобы резистор "пролез" в неё (сплошную трубку придётся разрезать по длине). Держится резистор в трубке за счёт трения, причём очень надёжно. Трубку с резистором нужно повернуть так, чтобы выводы резистора торчали вверх - тогда они не так сильно мешают работе.

Припаивать к выводам резистора провода бессмысленно - выводы нагреваются практически до той же температуры, что и сам резистор, т. е. выше температуры плавления припоя. Лучше всего взять специальные штекеры, которые используются в автомагнитолах, холодильниках и прочей бытовой технике, где требуется без пайки обеспечить надёжные контакты. Провода от резистора вставляются в отверстия трубки-держателя возле самой ручки (температура там не очень велика и безопасна для изоляции проводов), и затем через ручку выводятся наружу, как обычно.

Для паяльника на 40 Вт, работающего от автомобильного аккумулятора, сопротивление резистора должно быть около 5,1 Ом (на нём будет выделяться мощность около 30 Вт). Это с учётом сопротивления проводов (примерно 1 Ом). При таком сопротивлении паяльник нормально разогрет, если напряжение аккумулятора выше 12 В. и не перегревается при максимальном (14,4 В).

Напряжение питания, В:	Оптимальное сопротивление, Ом:		Оптимальный тип транзистора
	Без регулятора температуры	С регулятором температуры
6,3	1,5	0,82	IRFZ48.46.КП741А
12,6	5,1	3,6	IRFZ48, 46, КП741А,Б
15	7,5	5,1	IRFZ34...46, КП741А,Б
24	20	13	IRFZ14...46, КП741, КП723
36	43	27	-"-
48	75	51	-"- + КТ819Г,В
63	130	91	КТ819В, IFR5xx, КП746
60	220	150	-"- + КТ817Г
100	330	220	-"-
127	510	360	IRF6XX, КП750, КТ850, КТ504А
200	1300	910	-"-
220	1600	110	IRF7XX, КП752, КТ850, КТ858
240	2000	1300	-"-

Если паяльник предполагается подключать через автоматический терморегулятор (с термоэлементом, установленным на жале), то сопротивление резистора можно уменьшить до 3,6...4,7 Ом. Тогда и нагреваться он будет быстрее - не 2...3 минуты, а всего секунд 40. А к перегрузкам по току отечественные ПЭВ'ы практически нечувствительны. Для других питающих напряжений сопротивление резистора должно быть другим, как видно из таблицы. Терморегулятор, для повышения КПД и уменьшения нагрева регулирующего элемента, должен работать в импульсном режиме. Тепловая инерция паяльника очень велика, и частота импульсов тока может быть менее 1 Гц. Делать её слишком большой (более 1 кГц) нежелательно. Хотя ёмкость между спиралью резистора и жалом паяльника ничтожна, но, как известно, при увеличении частоты ёмкостное сопротивление уменьшается, и бороться с высокочастотными наводками по проводам питания будет гораздо сложней.

Отечественные резисторы покрыты специальной краской, которая при нагреве темнеет (из зелёной превращается в чёрную). Бояться этого не нужно, при остывании она снова зеленеет. Описанная конструкция работает у меня больше года, и внешний вид резистора за это время не пострадал. Жало паяльника сильно пригорает к резистору, но этот недостаток присущ и обычным паяльникам. К тому же, его легко выбить, вставив в резистор подходящий стержень. Правда, не слишком старайтесь - керамический корпус резистора сильными ударами легко повредить.

рис.2

Терморегулятор можно собрать по простейшей схеме (рис.2). Из доступных большинству радиолюбителей термодатчиков, здесь лучше всего использовать терморезисторы. Полупроводниковыми датчиками измерять столь высокие температуры нельзя - уже через несколько часов работы их характеристики ухудшаются. От дисковых терморезисторов также стоит отказаться - у них выводы припаяны обычным припоем, и при разогреве паяльника они отваливаются. Хороши трубчатые терморезисторы (корпус как у обычных резисторов МЛТ-0,25, только в два раза длиннее), правда, их довольно сложно закрепить. Начальное сопротивление терморезистора может быть практически любым. При нагреве оно у всех резисторов уменьшается до десятков ом. Перед креплением терморезистора к жалу паяльника, его (жало) желательно обмотать асбестовыми нитками или любым другим термостойким изолятором.

Терморегулятор собран по классической схеме-компаратор напряжения на операционном усилителе DA1.1 и триггер Шмитта на DA1.2. Отличительная особенность микросхемы LM358 - её способность сравнивать напряжения, по амплитуде близкие к напряжению на отрицательном выводе питания (выводе 4). Большинство других недорогих ИМС в таком режиме "бастуют". Её можно заменить на украинскую ICPA358P, или на 4-элементные LM324 или КР1401УД2.

Подстроечным резистором R1 регулируется температура жала. При уменьшении его сопротивления температура также уменьшается. Последовательно с R1 желательно включить постоянный резистор сопротивлением около 1 кОм - микросхема "не любит", чтобы на её входы подавали более 4/5 напряжения питания.

Пока температура жала мала, сопротивление терморезистора R4 довольно большое, напряжение на прямом входе DA1.1 больше напряжения на инверсном, на выходе ОУ - высокий уровень. На выходе DA1 2 - такой же уровень, транзистор VT1 открыт и подает напряжение на паяльник. По мере разогрева последнего сопротивление терморезистора уменьшается, и вскоре напряжения на обоих входах DA1.1 сравняются. Усилитель начнёт хаотически переключаться (обратной связи нет, и ввести её крайне сложно, поскольку обратная связь нормально работает лишь в том случае, когда напряжения на входах ОУ близки к половине напряжения питания, а у нас же они всего на сотни милливольт больше нуля).

Для борьбы с высокочастотными помехами на выходе DA1.1 в схему добавлен триггер Шмитта на усилителе DA1.2. Он переключается в состояние логического "0" только после того, как постоянная составляющая сигнала (любой формы и частоты) на выходе усилителя DA1.1 станет меньше 1/4 напряжения питания, т.е. после того как паяльник разогреется до рабочей температуры. Тогда отключается и транзистор VT1. Некоторое время температура жала паяльника увеличивается за счёт тепловой инерции, а напряжение на выходе DA1.1 уменьшается. Потом жало начинает остывать, а напряжение на выходе DA1.1 увеличивается. Как только оно (постоянная составляющая) превысит 3/4 напряжения питания, снова переключается триггер DA1.2 и начинается разогрев паяльника.

Напряжение питания должно быть в пределах 5...20 В, напряжение U2 (на нагрузочном резисторе) может быть любым. Но на него должны быть рассчитаны сам резистор (сопротивление и мощность) и транзистор VT1. При использовании биполярных транзисторов между выходом DA1.2 и базой транзистора нужен резистор сопротивлением 100...470 Ом (чем ниже напряжение, тем меньше сопротивление), эмиттер VT1 соединяется с общим проводом. Оба напряжения могут быть нестабилизированными. Потребляемый ток по цепи U1 не превышает десяток миллиампер.

В устройстве желательно использовать полевые транзисторы, особенно при напряжении U2 меньше 100 В. Тогда транзистор будет холодным, и всю схему можно будет спрятать в ручку паяльника. Биполярному транзистору при таком напряжении нужен небольшой радиатор. Ёмкость конденсатора C3, для более надёжной работы, желательно увеличить. Если невозможно выставить требуемую температуру резистором R1, то сопротивление R3 нужно уменьшить, или, что лучше, подобрать терморезистор R4 с большим сопротивлением.

А.КОЛДУНОВ, г.Гродно.