Аналоговая паяльная станция с управлением BCD-переключателем.
Автор: Nemod
Когда несколько лет назад встал вопрос о самостоятельном изготовлении паяльной станции, мне на глаза попался довольно необычный пакетный BCD-переключатель PM2-4 фирмы APEM Components от сгоревшего буквально «в хлам» промышленного термостабилизатора.
Трехсекционный переключатель уже был снабжен тремя прецизионными резисторными матрицами. Диапазон регулировки сопротивления от 8 Мом до 20 Ком. Шаг соответственно 20 Ком. Было решено использовать переключатель по назначению, так как его можно применить без какой-либо переделки. Установка температуры жала паяльника получилась с дискретностью один градус. Схема паяльной станции выполнена на распространенных деталях, которые валялись на столе мертвым грузом. Да и шаг регулировки переключателя от 0 до 399 (верхний предел ограничен конструктивно) как нельзя лучше подходит для паяльника. А поскольку переключатель визуально отображает установленную температуру, то и дополнительный индикатор температуры не понадобился.
На операционном усилителе DA2 (OP-07) собран дифференциальный измерительный усилитель сигнала термопары. Подстроечным резистором RP2 изменяют коэффициент усиления каскада в процессе регулировки. Термокомпенсированный источник опорного напряжения на регулируемом стабилитроне DA1 (TL431) вырабатывает опорное напряжение, пропорциональное диапазону поддерживаемой температуры (+4 В). Опорное напряжение можно изменять подстроечным резистором RP1. BCD-переключатель подключается к разъёму ХР1. На ОУ DA3.1 (TL074) собран преобразователь ток-напряжение. Поскольку данный каскад инвертирует опорное напряжение, добавлен ещё один инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления – DA3.2. Далее сигналы с усилителя термопары и с преобразователя ток-напряжение поступают на вход компаратора, выполненного на ОУ DA3.3. При большой разности входных напряжений (когда паяльник разогревается) на выходе компаратора присутствует высокий уровень, следовательно, триггер Шмитта на DA3.4 сигналом высокого уровня открывает ключ на транзисторе VT1 и тот, в свою очередь, подключает светодиод оптрона DA4 к источнику питания. Оптрон открывается и позволяет симистору VS1 подать на нагреватель паяльника переменное напряжение 24 В с обмотки трансформатора TV1. Как только напряжение опорное и усиленный сигнал с термопары уровняются, компаратор переключится. Ключ VT1 закроется, соответственно оптрон и симистор тоже закроются. Нагреватель паяльника будет обесточен. Через некоторое время температура жала паяльника снизится ниже порога срабатывания компаратора. Компаратор вновь изменит свое состояние на противоположное. И процесс нагрева возобновится. Точность поддержания температуры (без учета инерционности паяльника) не хуже 0,5 градуса.
Индикатор красного цвета свечения HL1 визуализирует процесс нагрева.
Схема управления питается от отдельной обмотки трансформатора TV1. Питание двуполярное, стабилизировано интегральными стабилизаторами DA5, DA6.
Монтаж схемы выполнен на отдельной печатной плате с использованием smd-компонентов. Резисторы все, кроме R2, R18, R20, R21 типоразмера 805. Вышеуказанные резисторы типоразмера 1206. Конденсаторы типоразмера 1206 кроме оксидных. Диоды выпрямителя VD4 – 1N4005 для монтажа в отверстие. Подстроечные резисторы - любые многооборотные. Чтобы добиться от термостабилизатора паяльной станции максимальной точности установки и подержания температуры, резисторы R1-R10, R12-R13 желательно использовать прецизионные. Операционный усилитель DA2 должен иметь малую величину и малый температурный дрейф напряжения смещения. ОУ DA3.1 следует применить с полевыми транзисторами на входе. К точности резисторов R1-R10, R12-R13 не предъявляются столь уж жесткие требования как к операционным усилителям, поскольку их неточность можно скомпенсировать в процессе регулировки при помощи подстроечных резисторов. Да и в целом сверхвысокая точность поддержания температуры для паяльника сама по себе задача не так уж необходимая. Разница в пять градусов при установленной температуре скажем 300 градусов, вряд ли будет заметна. Поэтому, по большому счету, точность поддержания температуры - дело вкуса.
Настраивают термостабилизатор традиционно, окуная жало в кипящую воду и регулируя коэффициент усиления каскада на ОУ DA2 подстроечным резистором RP2. При температуре жала сто градусов измерительный каскад в контрольной точке КТ2 должен выдавать 1 В. Регулировка усиления при нулевой температуре, когда жало паяльника помещено в лед, не предусмотрена, поскольку напряжение смещения ОУ ОР-07 очень мало, и неизбежной погрешностью в данном случае можно пренебречь. У авторского экземпляра термопара паяльника, погруженная в лёд, после усиления каскадом на ОУ DA2 показала стабильный эквивалент нуля градусов по Цельсию. Процесс регулирования проводят несколько раз, попеременно опуская (и, конечно, долгое время прогревая либо охлаждая) жало то в лед, то в кипящую воду. Показания измерительного усилителя не должны сильно отличаться от контрольного термометра.
Однако если потребуется установить нулевое значение на выходе ОУ DA2, можно в процессе изготовления или макетирования предусмотреть стандартную цепь регулировки смещения нуля для ОУ DA2, рекомендованную производителем микросхемы.
После того, как усилитель термопары настроен, подстроечным резистором RP1 выставляют в контрольной точке КТ3 опорное напряжение из расчета 1 В на каждые сто градусов нагрева.
Скорее всего, большинству желающих повторить схему не удастся найти вышеупомянутый готовый BCD-переключатель со встроенными резисторами. Выход из положения прост. Можно применить обыкновенный переменный резистор вместо своеобразного «механического» ЦАПа. А можно постараться изготовить делитель самостоятельно, что не так уж и сложно. Стандартный BCD-переключатель, в том числе и отечественные ПП8, ПП10, следует дополнить резисторами согласно приведенной схеме. Чтобы получить хорошую линейность переключателя во всем диапазоне температур, резисторы надо подобрать как можно точнее и ближе к выбранному номиналу.
