Паяльная станция из спичек и желудей

Изменено: . Разместил: FadeDemon | Меню
Количество просмотров2`936 / FD2195-6-0

Недавно решил я попробовать освоить такую полезную и интересную штуку, как STM32. Даже заказал себе отладочную плату, и экземпляр контроллера STM32F101Z, с намерением собрать из него какой-нибудь девайс… Но немногим раньше этого, я был несколько озадачен новостью, что контроллеры эти бывают самое крупное, в TQFP корпусах, с шагом ноги 0.5 мм. Ну, ещё в BGA, что надо сказать, не намного приятнее. Дело всё в том, что имея в арсенале максимум 40-ваттный паяльник с дефолтным жалом, мне мой контроллер предстояло как-то паять. Нет, ну, конечно это не такая уж невыполнимая задача, но вспоминая опыт пайки FT232RL, и некоторой другой мелюзги… А вдогонку еще и пайка всякой мелочёвки, вроде чип-резисторов, которая с годами всё мельче и мельче становиться… В общем, взглянув задумчиво на свой 40-ваттный паяльник, вспомнив что у меня валяется термопара от сдохшего мультиметра, и накопав в закромах кое-какой хлам, решил я быстренько превратить сей паяльник в некоторое подобие паяльной станции, с удобным миниатюрным жалом, и регулировкой температуры.


Паяльник с регулировкой температуры
Рис. №1153. Как оно выглядит

А каково оно изнутри?


Материал для жала я, похоже, выбрал довольно удачно — медная проволока, содержащаяся в дросселях, вынутых из ATX блоков питания, мало того что была по ощущениям довольно жёсткой, так еще и почти не выгорала, по крайней мере пока что ощутимого выгорания я не заметил. Может быть только потому, что включал всё это дело на температуре не выше 300-350 градусов…


Дроссель
Рис. №1145. Исходный материал для жала

В общем, вооружаемся мы добротными кусачками, берём самый большой дроссель, с самой толстой проволокой, изымаем из него собственно проволоку (только аккуратно, феррит ломать не обязательно, так как это довольно полезная штука!), и счищаем с неё лаковую кожуру, с помощью, например, ножичка. Пассатижами делаем полученный кусок идеально прямым. Дальше надфилем, или например, как я — бор-машиной, делаем нужной формы жало. Я лично сделал обыкновенный треугольничек, и как оказалось, при толщине жала 1.8 мм, паять всякую мелочь такой штукой весьма удобно. Также можно жало изогнуть как вам нравиться, но не стоит делать его слишком длинным — передача тепла с длинной ухудшается.


Крепление жала
Рис. №1146. Крепление жала

Как только мы получили жало, берём наш паяльник, и медную проволоку без изоляции 0.5 ÷ 1.0 мм в диаметре (изолированная трансформаторная конвертируется в неизолированную с помощью ножичка и усидчивости), и с помощью последней, наше жало просто приматываем к жалу паяльника, особенно не церемонясь. Главное, сильно не перекосить, и не переусердствовать с затяжкой. В остальном получилось приемлемо — передача тепла вполне достаточная, да и ничего, как ни странно, не дрыгается. После этого, нужно аккуратно прикрутить к этому делу термопару.


Термопара
Рис. №1147. Термопара

Термопару, по очевидным причинам, лучше располагать как можно ближе к месту, которым будем собственно паять, ну, у меня вот с этим вышла небольшая промашка. Хотя это и не так критично, всё равно тепло от нагревательного элемента до жала в обычных паяльниках идёт довольно неторопливо, поддержку нужной температуры на кончике жала едва-ли получиться сделать лучше чем в пределах 50 ÷ 100 °C Моя термопара оказалась в изоляции из стекловолокна, и термоусадкой на конце, и как выяснилось, всё это вполне сносно себя ведёт даже при максимальных температурах паяльника в 400 ÷ 450 градусов. Разве что изоляция при этом немножко обуглилась, а термоусадка слегка размякла и подгорела, но это мелочи. Главное здесь — исхитриться прижать сам кончик термопары к жалу, не замкнув её накоротко. Да так, чтобы со временем кончик от жала не отошел. Как только этого удастся достичь, берем, и место это заматываем наглухо фольгой от шоколадок.


Импровизированная термоизоляция
Рис. №1148. Импровизированная термоизоляция

Фольга тут будет играть двоякую роль: во первых, показания термопары будут ЗНАЧИТЕЛЬНО более стабильными, не будут прыгать от малейшего дуновения воздуха. А во вторых, теоретически, фольга предотвратит доступ кислорода во внутрь, что должно по идеи уменьшить выгорание (коррозию) всех наших медных проволочек. Например, если вынуть медное жало из старого паяльника, то внутри оно внезапно окажется довольно чистым, в отличие от его наружной части. По крайней мере, у моего одного паяльника было именно так, учитывая что само жало у него сгорело полностью, маленький огрызочек остался.


LM358 в SOIC8
Рис. №1154. LM358 в SOIC8

Немного теории


В общем-то, принцип регулировки температуры у нас будет простой как совковый утюг: термопара → усилитель → компаратор (или триггер Шмитта) → реле, включающее, собственно паяльник. Усилитель и компаратор я сделал из одной микросхемы LM358, несущей в себе 2 довольно точных ОУ, а триггер Шмитта на самом деле нам и не нужен, по скольку реле само по себе отличный триггер Шмитта, за счёт своей механической природы, да и неторопливость передачи тепла от нагревателя к термопаре тоже надо учитывать. Здесь, правда, учитывать надо ещё и помехи… Но об этом позже.


Обвязка реле на 220 вольт
Рис. №1128. Обвязка реле на 220 вольт

Собственно само реле у меня уже было в некоторой степени удобоваримо оформлено, такие штуковины я когда-то собрал, и использовал в своём «умном доме» для управление освещением. Состоят они из, собственно, реле на 12 вольт, защитного диода, и двух транзисторов КТ315 и КТ361, позволяющих включать реле таким нежным устройствам, как микроконтроллеры. Приведём схему для полноты картины:


Схема обвязки для реле
Рис. №1150. Схема обвязки

Дело остаётся за малым, нужно считывать показание термопары, сравнивать его с пороговым значением, и если оно меньше — включать реле. Показания термопары есть ни что иное, как величина её термо-ЭДС, или напряжения на её концах, которое для моей термопары было около 0.1 мВ для комнатной температуры, и до 12-13 мВ для максимальной температуры паяльника (400 ÷ 450 °C). По скольку с такими маленькими напряжениями обращаться неудобно, их надо-бы предварительно усилить. И сделать это будет удобно с помощью ОУ, включенного как неинвертирующий усилитель. Усиленное напряжение далее нужно сравнивать с эталонным… А где взять эталонное? Есть много вариантов… Но я ленивый, поэтому взял стабилизатор серии 7805 и делитель напряжения из одного переменного резистора. Хотя истинно ленивый бы на моём месте вообще использовал напряжение питание, но это слишком криво. Для сравнения напряжений можно тоже использовать ОУ, как уже писалось, я использовал микросхему LM358, в которой как раз 2 ОУ, способных нормально работать при однополярном питании, и имеющих напряжение смещения 1 ÷ 2 милливольта. В общем-то это и всё. Просто, не правда-ли? Обобщим всё сказанное на схеме:


Схема управления температурой паяльника
Рис. №1155. Схема управления температурой

Переменный резистор RV1 будет регулировать коэффициент усиления, а RV2 — порог (или температуру) срабатывания. RV1 лучше выставить так, чтобы максимальная температура выдаваемая паяльником давала напряжение, немного меньшее, чем максимальное эталонное, тогда можно будет вторым резистором регулировать температуру во всём возможном диапазоне. Можно тогда будет добиться температуры хоть в 50 градусов, хоть в 350… Только вот да, чтобы сказать сколько именно нам нужно градусов, резистор RV2 надо будет предварительно проградуировать, для чего нужен будет термометр (как вариант, рабочий мультиметр с термопарой, которого у меня не было). Мне впрочем и такого дубоватого интерфейса хватило — только вслепую крутить резисторы отвёрточкой, только хардкор. Точность стабилизации к тому-же хромать будет, температура будет колебаться градусов на 50, из-за медленной реакции термопары на нагревательный элемент. На всякий случай ещё напомним нехитрую формулу для расчёта плеч резистора-делителя RV1, если вдруг захочется их сделать нерегулируемыми:


\[ k = 1 + {RV1_{1} \over RV1_{2}} \]
Коэффициент усиления

Здесь k — коэффициент усиления по напряжению, RV11 и RV12 — плечи нашего RV1, и RV11 соединяется с землёй.


Как выглядит управляющая часть
Рис. №1151. Как выглядит управляющая часть

Борьба с помехами


Нельзя забывать, что наша усилительно-управленческая схема будет соседствовать с проводниками, несущими 220 вольт, а вольты эти, как известно, переменные, и создают некоторые, порой немалые наводки. В первых версиях схемы это приводило к тому, что при достижении порога срабатывания с любой стороны, реле некоторое время истерически дребезжало. Именно поэтому на схеме так много конденсаторов… Вообще, избежать этого можно внеся дополнительную задержку в цепь управления реле (я именно так и поступил). Дополнительная задержка на первой схеме обеспечивается RC цепочкой состоящей из R1 и C1. Чем больше номиналы у них — тем медленнее реле реагирует, всё просто. На практике, побольше лучше поставить кондёр, чтобы не поймать дополнительные помехи. Так-же, понятное дело, надо повешать кондёр на эталонное напряжение (LM78XX кстати вообще без кондеров на выводах не работают плохо работают), и неплохо бы на саму термопару, ну и на выход усилителя… В общем, конденсаторов много не бывает. Желательно причём ставить керамику или тантал, или шунтировать электролиты больших ёмкостей мелкой керамикой.


Напоследок стоит заметить, что девайс получился достаточно неплохой. Главный его минус, это пожалуй невысокая теплопроводность жала, что доставляет трудности при пайке чего-то большего, чем ножки DIP микросхем (хотя последние паяются на ура). Зато пайка всего, что меньше чем DIP — ну это просто ни в сказке сказать, ни пером описать. В сравнении с обычным паяльником на 40 ватт — просто земля и небо. Пока всё это писал, успел проверить на ATMega32, получилось более чем приемлемо, но главное — совершенно не потребовался бубен.


ATMega32L в TQFP44
Рис. №1157. Пример использования
Ключевые слова Рукоделие, TQFP, паяльник, термопара, реле, LM358, триггер Шмитта, термо-ЭДС, 7805, операционный усилитель
QR-код
Интересное
О том, как можно вывести кривую Безье Внезапно стало ясно, что свежевыведенная формула, оказывается, задаёт ни что иное, как кривую Безье 3-го порядка, то-есть кубическую. Правда если вглядеться повнимательнее, то формулы немного отличаются …

Читать »»
Случайные фото