Для создания неразъемных соединений применяют несколько технологий. Одна из них это пайка. От традиционной сварки ее отличают низкие температуры, соединение между собой выполняют с помощью специального материала – припоя. В процессе пайки, расплавленный припой наносят на соединяемые детали, по мере остывания, он затвердевает и заготовки соединяются между собой.

Пайку выполняют с использованием различных устройств – электрического паяльника, паяльной станции и пр.

Принцип работы и общие характеристики

Паяльная станция, а иногда ее называют станком или установкой это устройство, которое широко применяют и в быту, и в электронике, и электротехнике. Основное предназначение этого оборудования – групповая или единичная пайка деталей.

В конструкцию этого оборудования входят следующие компоненты:

1. Блок управления, который контролирует рабочие параметры работы устройства.
2. Паяльник, предназначенный для выполнения пайки.
3. Пинцет, участвующий в сборке/разборке элементов, устанавливаемых на печатную плату.
4. Фен, который предназначен для нагрева сборочного места. Его можно использовать для выполнения как единичных, так и групповых операций.
5. Источник тепла, используемый для нагрева печатной платы для определенной в технологическом процессе температуры.
6. Прибор для удаления лишнего олова.
7. Вспомогательную оснастку – подставки и пр.
8. Браслеты, которые снимают статическое напряжение.

Самые простые станции включают в себя паяльники, контролирующего прибора и подставки под паяльник. Ключевое отличие станции с феном от традиционного паяльника заключается в том, использование этого станка позволяет не только соединять между собой детали, но, при этом оптимизировать температурный режим. В состав станции входят различные приспособления, которые не только повышают производительность, но и обеспечивают безопасность работника.

И конечно нельзя забывать то, что паяльные станции с феном оснащены приспособлением для снятия статического напряжения.

Характеристики, а так же принципы работы станции с феном не отличаются большой сложностью, и это позволяет, соорудить паяльную станцию с феном своими руками.

Рекомендации по сборке самодельной паяльной станции с феном

Ключевое требование, которое можно предъявить к самодельной паяльной станции с феном можно сформулировать следующим образом – она должна обеспечить поток воздуха разогретый до температуры не менее 850 ⁰C. При этом мощность нагревательного элемента в паяльной станции не должна превышать 2,6 кВт.

Кроме этого, все компоненты этого паяльного станка с феном не должны иметь высокую стоимость и быть доступными. Кстати, бытовые фены не отвечают ни одному этому требованию. Чаще всего домашние мастера стремятся изготовить или ручной, или стационарный термофен.

Как ни странно, стационарное изделие собрать легче. Это вызвано следующими причинами – ни кто не ограничивает мастера в габаритно – весовых характеристиках. Нет необходимости в изготовлении пистолетной рукояти, которая необходима для управления прибором.

Термофен, в стационарном исполнении работает следующим образом – излучатель тепла стоит неподвижно на рабочем столе, а перемещать необходимо деталь. Такое решение приводит к осложнениям во время выполнения пайки. Для повышения эффективности пайки, целесообразно использовать ручной паяльник (термофен). Такой прибор должен иметь небольшие размеры, а управлять им можно незащищенными руками.

Один из главных вопросов, который встанет перед мастером, решившимся собрать паяльную станцию своими руками, звучит примерно так, какой нагревательный инструмент целесообразно использовать. Как уже отмечалось, компоненты из которых состоит бытовой фен не отвечают требованиям, которые предъявляются к устройствам этого типа. Поэтому, использовать их при создании самодельной паяльной станции недопустимо.

Практика создания самодельных станций говорит о том, что самый оптимальный вариант – это самостоятельное изготовление нагревателя из нихромовой проволоки. Ее сечение должно находится в диапазоне от 0,4 до 0,8 мм. При этом надо понимать, что использование проволоки большего сечения позволит обеспечить больший запас мощности, но получить при этом необходимую для работы температуру будет довольно сложно.

По определению нагреватель не должен быть большим. Для этого нагревательная спираль не должна превышать 4 – 8 мм, по внешнему диаметру. В качестве основания, на котором будет зафиксирован нагревательный элемент необходимо, использовать материал с высокой стойкостью к воздействию высокой температуры. Это может керамика. Кстати, вполне может подойти деталь такого плана, устанавливаемая в бытовом фене.

В качестве нагнетателя можно установить вентилятор небольшого размера. Кстати, его тоже можно снять со старого фена.

Вентилятор должен обеспечить поток воздуха в пределах 20-30 литров в минуту. Еще один вариант – воздушный компрессор для аквариумов. Для повышения его производительности необходимо дополнить его ресивером. Для него можно использовать обыкновенную пластиковую бутылку.

Изготовление корпуса для фена можно выполнить исходя из нескольких вариантов. Можно использовать материалы, которые показывают высокую стойкость к воздействию температуры, например, керамику, но такое решение приведет к удорожанию конструкцию. Можно ее удешевить, используя частичную теплоизоляцию канала, по которому продвигается горячий воздух.

Для корпуса самостоятельно изготавливаемого термофена можно использовать корпус от бытового прибора. Существуют некоторые условия – так, корпус должен быть достаточно объемным, а сопло необходимо выполнять из термостойких материалов или из металлов.

Другая забота, которая встанет перед мастером, это обеспечение работоспособности устройства. В частности, в конструкцию самодельного устройства должен входить пусковой механизм (выключатель) и элемент, отвечающий за регулировку параметров потока воздуха, а именно скорости его движения и его температуры. Для решения этих задач в электрической схеме должны быть установлены реостаты, которые позволяют выполнять плавную настройку мощности.

Сборку изделия начинают с изготовления спирали. При ее намотке необходимо учитывать, что ее сопротивление должно находиться в районе от 75 до 95 Ом. Спираль должна быть намотана на надежный изолятор, а сверху ее необходимо закрыть изолятором, например, асбест или стекловолокно. После сборки этого узла концы спирали должны выходить наружу.

Готовый элемент должен быть установлен в предварительно подготовленный канал корпуса, то есть он должен быть выложен слоем тепловой изоляции. После установки спирали на место ее можно соединять с силовой проводкой, в состав, которой входит выключатель.

ВАЖНО! При выполнении работ необходимо постоянно помнить о тепловой изоляции.

В тыльной части корпуса необходимо смонтировать воздушный нагреватель. Если габариты нагнетателя не позволяют установить его в корпус, то вполне возможно его закрепить с внешней стороны. Для подачи воздуха необходимо присоединить воздуховод.

Правила пользования и техника безопасности

При работе необходимо строго соблюдать технику безопасности и правила использования подобных устройств. Во-первых, необходимо соблюдать противопожарную безопасность.

При работе недопустимо резко изменять температуру в нагревательном элементе.

Во время работу необходимо соблюдать осторожность и не допускать касания нагретых элементов. Недопустимо попадание влаги на корпус и внутрь термофена.

Насадки можно заменять только после того, как фен остынет.

Рабочее место должно хорошо проветриваться.

Схема паяльной станции своими руками, элементная база

Ключевой инструмент паяльной станции является паяльник. Если при самостоятельной сборке станции можно использовать какие-то элементы, снятые, например, с отслуживших свой срок бытовых приборов. То паяльник без всяких споров должен быть новый. Многие мастера отдают предпочтение изделиям Solomon и некоторым другим.

После подбора паяльника можно приступит к выбору диодного моста для электрической схемы и трансформатора. Для того, что бы получить напряжение в 5 В необходим линейный стабилизатор с хорошим охлаждением. В качестве альтернативного варианта можно рассмотреть использование трансформатора, у которого есть в наличии обмотка, которая необходима для обслуживания цифрового блока.

Принципиальную схему самодельного устройства можно поискать на специализированных форумах.

Назначение кнопок и варианты прошивки

На передней панели станции должны быть установлены кнопки управления, отвечающие за исполнение следующих функций:

• Понижение/повышение температуры с определенным шагом, например в 5 или 10 градусов.
• Установку заранее подобранных режимов.

Вместо кнопок управления можно использовать внешний прибор (программатор) или выполнить прошивку внутри схемы. Настроить температуру довольно просто.

Регулятор температуры низковольтных паяльников

Новички могут попробовать свои силы собрав упрощенную схему. По сути – это та же станция, только с ограниченными возможностями. Так как в ней будет несколько другая начинка. Она может работать с 12-ти вольтовыми паяльниками или устройств собранных на основании микропаяльника.

В основании такой схемы лежит устройства регулятора сетевого паяльного устройства. Она имеет 16 уровней настройки параметров температуры.

В данной статье пойдет речь о таком востребованном помощнике радиолюбителя, как паяльная станция. На момент написания этой статьи, мной было найдено очень большое количество различных схем паяльных станций - от самых простых, до сложных и навороченных "монстров", аналогов которым и в магазине не найдешь. Идеей собрать паяльную станцию я загорелся еще достаточно давно, но повторять чью-то конструкцию не было желания, а на разработку своей схемы - времени. Но пару месяцев назад срочно понадобилась паяльная станция (закупил микроконтроллеры в корпусах TQFP, а обычный паяльник мало того что и имел толстое жало, но оно еще и нещадно перегревалось и обгорало).

Требования к устройству были следующими:

• Возможность запоминания температуры
• Управление энкодером от оптической мыши
• Использование МК ATmega8 (они были в наличии)
• Отображение информации на LCD

Изначально планировалось не изобретать велосипед, а просто собрать одну из схем, представленных в интернете. Но потом, прикинув все "за" и "против",решил все же заняться составлением собственной схемы.

Результат работы представлен ниже:

** Я был очень удивлен, когда просматривал схемы паяльных станций в интернете. Практически у всех встреченных мной вариантах ОУ был включен просто по схеме неинвертирующего усилителя. В данной конструкции используется дифференциальное включение операционного усилителя (самый простой вариант, но тем не менее, работающий гораздо лучше, нежели "простое" включение).

В данной схеме есть еще одна особенность - для питания LCD пришлось использовать стабилизатор на 3.3В - LM1117-3.3. От него и питается МК вместе с LCD. Операционный усилитель же для питания используется 5В, которые снимаются от линейного стабилизатора LM7805, находящегося за пределами печатной платы, а потому не отображенном на схеме.

Для управления нагрузкой применен мощный полевой транзистор Q1 IRFZ24N, но так как потенциала в 3.3В явно недостаточно для его открытия, пришлось добавлять маломощный биполярный транзистор Q2 - КТ315.

Для отображения информации в устройстве применен LCD дисплей от мобильного телефона Siemens A65 (так же встречается в A60, A62 и т.д.).

ВНИМАНИЕ! Необходим дисплей с желтым текстолитом, имеющий надпись LPH8731-3C. Дисплеи с зеленой подложкой имеют другие контроллеры, не совместимые с данным.

Распиновка дисплея показана ниже:

На 6 вывод подается 3.3В от стабилизатора LM1117-3.3, а питание подсветки происходит от 5В через резисторы 100 Ом.

Печатная плата выполнена на двухстороннем фольгированном материале (текстолит или гетинакс), и имеет размеры 77х57 мм. Она рассчитана под микроконтроллер ATmega8 в корпусе TQFP32, и ввиду этого особой простотой похвастаться не может. Но позволит без проблем с ней справиться (я рисовал дорожки лаком).

Топология печатной платы показана ниже:

В итоге, устройство получило следующие возможности:

• Установка начальной (стартовой) температуры
• Возможность задавать три профиля (температуры), и быстро переключаться между ними
• Регулировка значений происходит с помощью энкодера, что позволило избежать дополнительных кнопок
• При достижении заданной температуры включается звуковой сигнал (можно отключить в меню)
• Нажатия кнопок так же могут сопровождаться звуковыми сигналами (можно отключить в меню)
• Границу звукового сигнала так же можно изменить
• Для поддержания заданной температуры используется ШИМ
• Возможно задать границу температуры, при достижении которой будет включаться ШИМ
• Яркость подсветки регулируется
• Присутствует режим ожидания
• Температура режима ожидания регулируется
• Время до включения режима ожидания регулируется
• Четыре варианта отображения температуры на выбор (только установленная, только реальная, уст. + реал., уст. + реал. поочередно)

В данной схеме используется энкодер от оптической мыши, и достать его не составит труда.

Распиновка энкодера:

Микроконтроллер, увы, заменить нельзя даже на аналогичный без индекса "L", так как питание схемы - 3.3В. По поводу дисплея уже упоминалось ранее. В схеме в основном применены smd резисторы типоразмера 0805, но присутствует и 4 обыкновенных МЛТ-0,125. Все конденсаторы, за исключением электролитических, так же типоразмера 0805. В качестве стабилизатора 3.3В можно использовать любой, аналогичный LM1117-3.3, к примеру AMS1117-3.3. Вместо транзисторов BC547 и КТ315 можно использовать любые кремниевые маломощные структуры n-p-n, например, КТ312, КТ315, КТ3102 и т.д. Транзистор IRFZ24N можно заменить на IRFZ44N, либо аналогичный.Программа для микроконтроллера написана в . Я не буду описывать в статье код, так как это повлечет за собой большой объем текста.

Если у вас возникнут вопросы, задавайте их в комментариях, или в теме на форуме.

Все необходимые файлы для самостоятельной компиляции проекта есть в архиве, прикрепленном к статье.

При программировании микроконтроллера необходимо снять перемычку JP1, и подключить к верхнему (по схеме) контакту 5В с программатора, минуя стабилизатор 3.3В. Так же перед программированием необходимо отключить LCD дисплей, так как он не предназначен для использования с питающим напряжением 5В (хотя у меня работал, но рисковать не стоит). Прошивку в микроконтроллер я заливал с помощью программы и программатора .

Скриншот установки fuse-битов представлен ниже:

Для точной настройки коэффициента усиления ОУ необходимо установить ручки подстроечных резисторов RV1 и RV2 так, что бы суммарное сопротивление RV1+R7 и RV2+R16 было ровно в 100 раз больше, нежели сопротивление R8 и R10. Далее, необходимо измеряя реальную температуру жала паяльника, например, мультиметром с термопарой, проверить - совпадают ли значение температуры на экране устройства и данные мультиметра. Если показания значительно расходятся, необходимо подкорректировать их резисторами RV1 и RV2.

Для произвольного включения/отключения режима ожидания предусмотрена отдельная кнопка (SB3).

И напоследок фото и видео работы устройства:

Список радиоэлементов

Что является одним из самых важных инструментов в наборе инженера, работа которого связана с электроникой. Это то, что вы, вероятно, любите и ненавидите, - паяльник. Вам необязательно быть инженером, чтобы он вам вдруг понадобился: достаточно быть просто умельцем, которые ремонтирует что-либо у себя дома.

Для базовых применений хорошо справляется и обычный паяльник, который вы включаете в розетку; но для более деликатной работы, такой как ремонт и сборка электронных схем, вам понадобится паяльная станция. Регулирование температуры имеет решающее значение, так как не сжигает компоненты, особенно микросхемы. Кроме того, вам также может потребоваться, чтобы она была достаточно мощной, чтобы поддерживать определенную температуру, когда вы будете что-то припаивать к большому земляному полигону.

В данной статье мы рассмотрим, как можно собрать собственную паяльную станцию.

Разработка

Когда я разрабатывал эту паяльную станцию, для меня были важны несколько ключевых свойств:

• переносимость - это достигается за счет использования импульсного источника питания, вместо обычного трансформатора и выпрямительного моста;
• простой дизайн - мне не нужны LCD дисплеи, лишние светодиоды и кнопки. Мне нужен был просто светодиодный семисегментный индикатор, чтобы показывать установленную и текущую температуру. Мне также нужна была простая ручка для выбора температуры (потенциометр) без потенциометра для точной подстройки, так как это легко сделать с помощью программного обеспечения;
• универсальность - я использовал стандартную 5-контактную штепсельную вилку (какой-то тип DIN), чтобы она была совместима с паяльниками Hakko и их аналогами.

Как это работает

Прежде всего, давайте поговорим о ПИД (пропорционально-интегрально-дифференцирующих, PID) регуляторах. Чтобы прояснить всё сразу, давайте рассмотрим наш частный случай с паяльной станцией. Система постоянно отслеживает ошибку, которая является разницей между заданной точкой (в нашем случае, необходимой нам температурой) и нашей текущей температурой. Он подстраивает выход микроконтроллера, который управляет нагревателем с помощью ШИМ, исходя из следующей формулы:

Как можно увидеть, есть три параметра K p , K i и K d . Параметр K p пропорционален ошибке в настоящее время. Параметр K i учитывает ошибки, которые накопились с течением времени. Параметр K d является предсказанием будущей ошибки. В нашем случае мы для адаптивной настройки мы используем PID библиотеку Бретта Борегарда (Brett Beauregard), которая имеет два набора параметров: агрессивный и консервативный. Когда текущая температура далека от заданного значения, контроллер использует агрессивные параметры; в противном случае, он использует консервативные параметры. Это позволяет нам получить малое время нагрева, сохраняя при этом точность.

Ниже приведена принципиальная схема. Станция использует 8-битный микроконтроллер ATmega8 в DIP корпусе (вы можете использовать ATmega168-328, если они есть у вас под рукой), который очень распространен, а вариант 328 содержится в Arduino Uno. Я выбрал его, потому что его легко прошить, используя Arduino IDE, в котором также есть готовые к использованию библиотеки.

Температура считывается с помощью термопары, встроенной в паяльник. Мы усиливаем напряжение, создаваемое термопарой, примерно в 120 раз с помощью операционного усилителя. Выход операционного усилителя подключается к выводу ADC0 микроконтроллера, который превращает напряжение в значения от 0 до 1023.

Заданное значение устанавливается с помощью потенциометра, который используется в качестве делителя напряжения. Он подключен к выводу ADC1 контроллера ATmega8. Диапазон 0-5 вольт (выход потенциометра) преобразуется в значения 0-1023 с помощью АЦП, а затем в значения 0-350 градусов Цельсия с помощью функции " map ".

Список комплектующих

Это список компонентов, экспортированный из KiCad. Кроме того, вам понадобятся:

• клон паяльника Hakko, самого популярного в китайских онлайн магазинах (с термопарой, а не с термистором);
• источник питания 24 В, 2 А (я рекомендую использовать импульсный, но вы можете использовать трансформатор с выпрямительным мостом);
• потенциометр 10 кОм;
• электрическая штепсельная вилка авиационного типа с 5 контактами;
• электрический разъем, устанавливаемый на заднюю панель для подачи питания 220 В;
• печатная плата;
• выключатель питания;
• штырьковые разъемы 2,54 мм;
• много проводов;
• разъемы Dupont;
• корпус (я напечатал его на 3D принтере);
• один тройной семисегментный светодиодный индикатор;
• программатор AVR ISP (для этого вы можете использовать Arduino).

Конечно, вы можете легко заменить светодиодный индикатор LCD дисплеем или использовать кнопки, вместо потенциометра, ведь это ваша паяльная станция. Я изложил свой вариант дизайна, но вы можете по-своему.

Инструкции по сборке

Во-первых, вы должны изготовить печатную плату. Используйте тот способ, который предпочитаете; я рекомендую перенос рисунка платы тонером лазерного принтера, поскольку это самый простой способ. Кроме того, печатная плата у меня удлинена, потому что я хотел, чтобы она совпадала по размеру с источником питания, и я мог бы установить ее на него. Не стесняйтесь изменять плату, вы можете скачать файлы проекта и отредактировать их с помощью KiCad. После того, как изготовите печатную плату, припаяйте к ней все компоненты.

Обязательно установите выключатель между источником питания и разъемом питания. Используйте относительно толстые провода для соединений источника питания с печатной платой и выходного разъема со стоком MOSFET транзистора (точка H на плате) и земли на печатной плате. Для подключения потенциометра подключите 1-ый контакт к линии +5В, 2-ой - к точке POT, и 3-ий - к земле. Обратите внимание, что я использую светодиодный индикатор с общим анодом, что может отличаться от того, что у вас. Вам придется немного изменить код, но все инструкции в коде программы прокомментированы. Подключите выводы E1-E3 к общим анодам/катодам, а выводы a-dp к соответствующим выводам вашего индикатора. Для более подробной информации смотрите техническое описание на него. И наконец, установите выходной разъем паяльной станции и припаяйте к нему все соединения. Вам должна помочь картинка, приведенная выше, со схемой и цоколевкой разъема.

Теперь начинается интересное, загрузка кода. Для этого вам понадобится PID библиотека (ссылка на GitHub).