Паяльная станция сделанная своими руками

Выбор паяльника

Существует несколько типов паяльников, используемых в домашних условиях. Они рассчитаны на разное напряжение и могут работать от 12, 220 и 380 вольт.

Мощность того или иного паяльника выбирается исходя из выполняемых работ:

• Пайка электронных деталей и компонентов – 40-60 Вт.
• Детали, толщиной до 1 мм – 80-100 Вт.
• Элементам, толщиной 2 мм требуется мощность 100 Вт и более.

Как правило, у домашних мастеров имеется два паяльника – малой и средней мощности, способные решать практически все задачи. Обучение можно проходить на любом из них. Толстостенные детали рекомендуется паять на профессиональном оборудовании.

Зачем нужна паяльная станция

Функция паяльной станции — регулировка температуры при пайке. При перегреве выгорает припой, жало прогорает, надо счищать нагар. Настройкой можно продлить срок службы данного элемента. Но это второстепенный плюс, главная задача — создание нужного нагрева при работе с конкретными типоразмерами деталей. Нам нужно лишь расплавить определенное количество припоя, а как правило, для мелких деталей t° жала превышает эту потребность во много раз, возникает риск повреждения их от перегрева. С другой стороны, большой объем припоя «слабый» паяльник не расплавит. Описанные проблемы решить паяльная установка.

Заводские установки обычно всегда имеют термофен (бесконтактная пайка) для работы с чрезвычайно мелкими деталями на микросхемах — SMD, мелкими группами контактов, — которые выпаять даже самим тонким жалом сложно или невозможно. При самостоятельной сборке этот инструмент часто создают на отдельной базе.

4Запись данных в флеш-память с помощью Arduino

Теперь запишем на неё данные. Для примера возьмём небольшой массив из 16-ти байтов. Как видно из документации, для записи данных во флеш сначала нужно выставить разрешение на запись (1 байт), затем послать команду на запись (1 байт), передать начальный адрес (3 байта) и данные (в нашем примере 16 байт), а в конце выставить запрет записи (1 байт):

Диаграмма записи данных во флеш-память 25L8005

Напишем скетч, который записывает массив из 16-ти байт данных в ПЗУ:

#include <SPI.h>

const int SSPin = 10;
const byte WREN = 0x06;
const byte WRDI = 0x04;
const byte READ = 0x03;
const byte PP = 0x02;
const byte ADDR1 = 0;
const byte ADDR2 = 0;
const byte ADDR3 = 0;

void setup() {
  pinMode(SSPin, OUTPUT);
  SPI.begin();

  SPISettings mySet(100000, MSBFIRST, SPI_MODE0);
  
  // Выставление разрешения записи:
  SPI.beginTransaction(mySet);
  digitalWrite(SSPin, LOW);
  SPI.transfer(WREN);
  digitalWrite(SSPin, HIGH);
  SPI.endTransaction();

  // Запись массива данных в ПЗУ:
  SPI.beginTransaction(mySet);
  digitalWrite(SSPin, LOW);
  SPI.transfer(PP);
  SPI.transfer(ADDR1);
  SPI.transfer(ADDR2);
  SPI.transfer(ADDR3);
  byte data[] = {0x48,0x45,0x4c,0x4c,0x4f,0x2c,0x20,0x53,0x4f,0x4c,0x54,0x41,0x55,0x2e,0x52,0x55};
  for (int i=0; i<sizeof(data); i++) {
    SPI.transfer(data);
  }
  digitalWrite(SSPin, HIGH);
  SPI.endTransaction();
  
  // Выставление запрета записи:
  SPI.beginTransaction(mySet);
  digitalWrite(SSPin, LOW);
  SPI.transfer(WRDI);
  digitalWrite(SSPin, HIGH);
  SPI.endTransaction();
}

void loop() {
  // ничего не делаем в цикле
}

Загрузим скетч в Arduino. Кстати, вот так выглядит на логическом анализаторе обмен по SPI между Arduino и ПЗУ 25L8005, когда выполняется данный скетч.

Временная диаграмма записи в ПЗУ массива данных по SPI

После выполнения данного скетча во флеш-память должен был записаться наш тестовый массив. Давайте проверим, так ли это.

Основные виды

Паяльные станции имеют существенные отличия по функциональным возможностям и, конечно, их стоимости. Классификация таких устройств определяется сразу несколькими основными параметрами.

Контактные станции

Традиционное паяльное оборудование, отличающееся прямым контактом с рабочей поверхностью. Устройство имеет специальный электронный блок для управления и регулировки температурного режима. Паяльный прибор представлен парой подвидов, которые предназначены для работы со свинцовыми и бессвинцовыми припоями. Бесконтактные паяльные установки представлены тремя разновидностями, отличающимися принципом действия.

Устройство состоит из электронного блока для управления и контроля температуры

Термовоздушные устройства

Современные термовоздушные фены, работающие на основе сильного воздушного потока, генерируемого компрессором и затем прогреваемого нагревательной спиралью до нужного температурного режима. Термовоздушные станции позволяют выполнять эффективную пайку на самых труднодоступных участках с единовременным прогревом нескольких поверхностей.

В этой установке компрессором генерируется воздушный поток, который потом нагревается до нужной температуры

Инфракрасные приборы

Инфракрасные модели характеризуются наличием специального нагревательного кварцевого или керамического ИК-излучателя, что позволяет осуществлять пайку сложных профильных элементов с равномерным прогревом рабочей зоны.

Инфракрасные станции представлены кварцевым или керамическим излучателем

Конструкция комбинированных паяльных станций очень удачно сочетает в себе сразу несколько видов оборудования, а наличие ручки энкодера позволяет легко задавать оптимальный температурный режим.

Выпускаемые в настоящее время паяльные станции или установки представлены монтажными и демонтажными, а также комбинированными и ремонтными моделями:

• монтажные установки предназначены для пайки деталей;
• демонтажные станции позволяют отпаивать элементы;
• комбинированные приборы способны выполнять монтажно-демонтажные работы;
• ремонтные паяльные станции осуществляют единовременные или автономные операции, связанные с пайкой.

В зависимости от особенностей механизма, стабилизирующего температурный режим, а также типовых характеристик управляющих блоков, паяльные станции представлены аналоговыми и цифровыми моделями.

Аналоговые модели обладают нагревательным элементом, находящимся во включённом положении до момента достаточного прогрева, после чего питание установки отключается. После понижения температурного режима до выставленных показателей происходит очередной разогрев нагревательного элемента. Этот вид отличает вполне доступная цена, а к минусам относится низкая точность выполняемой пайки.

Минусом аналоговых станций является не очень точная пайка элементов

Цифровые паяльные станции характеризуются контролем и управлением нагревательного процесса при помощи PID-регулятора и программы, заложенной в микроконтроллере. Такие устройства отлично стабилизируют температурный режим и являются наиболее точными, по сравнению с любыми аналоговыми моделями.

Цифровые устройства оснащены специальным регулятором и программой, которая позволяет им управлять

На данный момент схема станции и скетч доработаны! Архив для скачивания обновлён! Во избежании проблем следует установить библиотеки из архива с версией 2.1 О доработках ниже…

Конструкция претерпела несколько изменений в сравнении с изначальной задумкой. Все конструктивные решения были приняты в ходе практических испытаний. Уверен, что это ещё не окончательная итерация данного проекта.

Изначально, силовую часть планировалось реализовать в одном блоке с микроконтроллером и электроникой измерения температуры с термопар, но от данного решения пришлось отказаться, потому что уровень помех (выделены на рисунке 1 красным) от процесса включения и выключения мощной нагрузки значительно влиял на высокочувствительные усилители термопар на операционных усилителях AD8495 (фото 1, 2).

Рис. 1

На рисунке 2 представлен график термопрофиля после разнесения печатных плат управления мощной нагрузкой от печатных плат микроконтроллера и операционных усилителей термопар. Как видно, «колебания» температуры практически исчезли.

Рис. 2

Советую Вам при проектировании своей собственной инфракрасной паяльной станции сразу же предусмотреть разнесение силовых цепей нагрузки от слаботочных цепей управления. Это сэкономит уйму времени и нервов. В своей конструкции я разместил печатные платы управления мощностью верхнего и нижнего нагревателей в алюминиевый корпус нижнего нагревателя.

Блок управления благополучно занял пространство старого корпуса от компьютерного блока питания (фото 3). В качестве основы для крепления печатных плат Arduino UNO и ОУ усилителей термопар была использована распаянная печатная плата блока питания (фото 4).

В корпусе нижнего нагревателя были реализованы выключатель питания от сети 220 Вольт и переключатель рабочих секций нагревателя (положение «1»-работают 6 ламп, положение «2» — только левые 3). Рабочая поверхность выбирается исходя из размера нагреваемого объекта (фото 5). На задней стенке корпуса нижнего нагревателя  размещены: радиатор охлаждения симистора и полевого транзистора регуляторов мощности нижнего и верхнего нагревателей (фото 7), а также разъемы питания  и управления (фото 6).

Фото 7

Верхний нагреватель является съёмным — смонтирован на штативе от фотоувеличителя (фото 8). Местом соединения штатива и корпуса нижнего нагревателя является штатный фланец, снятый с фотоувеличителя (фото 9).

От простого к сложному и обратно

В [] описана цифровая паяльная станция (ЦПС) на микроконтроллере (МК) ATtiny13A. На завершающем этапе возник вопрос, как применить в конструкции неиспользуемый второй ОУ. Если он уже есть, надо подыскать ему работу.

Включение нагрева паяльника индицируется точкой на дисплее, а управление силовым ключом осуществляется через порт. Было решено, чтобы вместо порта МК нагревом управляла сама точка. Светится – ключ на полевом транзисторе открыт, погасла – паяльник остывает. Нумерация элементов в схеме, реализующей эту функцию (Рисунок 1), продолжает нумерацию основной схемы.

Рисунок 1.	ФНЧ, выпрямитель, компаратор.

Из-за особенностей схемотехники катодных ключей модуля mED44 , разрывающих цепь питания светодиодных индикаторов на время перезагрузки регистра сдвига, и связанных с этим выбросов напряжения в моменты смены отображаемых знакомест (Рисунок 2), потребовалось дополнить схему простым ФНЧ на R7C3. Выпрямляется напряжение на светодиоде десятичной точки второго индикатора (вывод 2) и сравнивается на компараторе с опорным уровнем. Компаратор имеет небольшой гистерезис и эффективно противостоит импульсным помехам. Выход компаратора управляет полевым транзистором. Все активные элементы при деле и освободился еще один порт под сопутствующие нужды, если таковые возникнут в дальнейшем.

Рисунок 2.	Осциллограмма сигнала на светодиодах индикатора (синий луч).

«Ну, коль пошла такая…», было решено освободить еще один порт. Если внимательно взглянуть на схему модуля индикации, то видно, что с шиной SD он обменивается информацией при «лог. 1» на входе CLK. Пока обращения к нему нет, шина простаивает. Воспользуемся этим. Выход усилителя термопары через резистор R13 номиналом 10 кОм соединим с шиной последовательных данных SD. Теперь в паузе между обновлениями сдвигового регистра индикатора порт PB2 МК переключается на вход, и запускается цикл аналого-цифрового преобразования. Резистор никаким образом не влияет на работу шины последовательных данных, для порта это допустимая нагрузка, а входное сопротивление модуля индикации достаточно велико, чтобы не влиять на аналоговый сигнал. Схемное решение тщательно проверено, благо можно было сравнивать коды преобразования с обоих аналоговых входов PB4 и PB2, используя оставшуюся свободную программную память. Значения оказались равны. Теперь к микроконтроллеру остальные элементы паяльной станции подключаются по двухпроводному (аналого-цифровому) интерфейсу DDI, что хорошо видно на снимке макета (Рисунок 3).

Рисунок 3.	Второй макет цифровой паяльной станции.

Приведенная в программа паяльной станции подверглась минимальным изменениям, связанным с адресуемым каналом мутиплексора аналоговых входов. Размер исполняемого кода остается прежним.

Описанная цифровая паяльная станция готова к тому, чтобы стать двухканальной. Ресурсы – три свободных порта и запас памяти программ – есть. Даже если не будет хватать памяти для реализации поставленной задачи, всегда можно применить ATtiny25/45/85. Реальную возможность подключить ЦПС по USB к компьютеру, хотя ресурсы ATtiny85 это позволяют, автор не рассматривал.

На этом хотелось бы закончить, но червячок сомнения заставил сделать сравнительные испытания цифрового и аналогового варианта. Благо, что ЦПС имеет возможность контролировать текущую температуру нагревателя, хоть и усредненную по 64 отсчетам. Программную реализацию было решено сделать в железе. К выходу усилителя термопары параллельно с цифровым каналом был подключен компаратор с гистерезисом; пороги Tmin/Tmax задавались потенциометрическим делителем. Затвор полевого транзистора простым переключателем мог быть подключен к ЦПС или его аналоговому двойнику. Задавая одинаковую температуру на макетах обеих станций, сравнили точность во всем диапазоне, время выхода на рабочую температуру, температурный «размах» нагревателя в режиме стабилизации и элементарное удобство пользования. Контрольным датчиком температуры была термопара, размещенная в углублении жала паяльника. Измеритель – Victor 70c. На этом этапе было отмечено, что в динамике температура датчика и жала – это «две большие разницы».

Схема Arduino Nano ISCP

Напоследок нужно сказать о подключении программатора. Для программирования контроллеров Atmel, на которых собран модуль Arduino, используется интерфейс ICSP. Для Arduino Nano icsp распиновка выглядит так (см. Верхнюю часть предыдущего рисунка):

1. MISO (мастер получает от подчиненного);
2. + 5В (питание);
3. SCK (тактовый импульс);
4. MOSI (мастер передает подчиненному);
5. СБРОС НАСТРОЕК
6. GND (земля).

Первый контакт 6-контактного разъема имеет квадратную форму у основания и пронумерован по часовой стрелке, если смотреть сверху. Чтобы не возникало сомнений в порядке нумерации выводов разъема, ниже представлен фрагмент принципиальной схемы платы Arduino:

Этот разъем подключается к программатору последовательного интерфейса программирования (SPI) Atmel. Кроме того, микропрограмму контроллера можно изменить из среды программирования через USB-кабель, поэтому нет необходимости покупать программатор (он нужен только в том случае, если нет программы загрузчика).

Станция для пайки с феном

Рассмотрим самый простой вариант, как сделать паяльный фен своими руками.

Внутрь стеклянной трубки помещаем нихромовую спираль накаливания. Все можно взять из нерабочего калорифера. Нить также — из любого нагревательного прибора с ТЭНом. Один конец спирали растягиваем, чтобы он выходил за край, второй остается внутри, концы выводятся и подсоединяются к питанию. Обязательно изолируем их кембриком (стеклотканью), изоляторы можно взять от старого паяльника. От него же берем кожух, вставляем туда собранный узел.

Далее, потребуется отрезок силиконовой, резиновой трубки, ее насаживаем на стеклянную часть. Конструкцию обматываем слоем тканевой изолентой (продается в хозмагазинах), чтобы можно было ее удобно держать. Остается взять обычный аквариумный компрессор. Если эта помпа без диммера, то данный элемент ставят отдельно, простым подсоединением к контактам последнего. Пользователь получит возможность регулировки нагрева.

Создан аналоговый прибор, управляемый вручную, электромеханически, но им можно паять такие же типоразмеры деталей как заводскими и цифровыми установками, например станцией модели 8858 для деталей в корпусе bga. Но более приближенным к такому изделию будет фен по схеме ниже:

Инфракрасная

Инфракрасную станцию также вполне реально изготовить самостоятельно. Для этой цели понадобится:

• паяльник;
• блок питания от ПК;
• автомобильный прикуриватель.

Блок питания можно использовать старый. Понадобится только одна рабочая линия с напряжением в 12 вольт. Особой мощности не требуется. От паяльника понадобится только деревянная ручка. Ее можно использовать и от любого другого прибора или изготовить самостоятельно. Первым делом необходимо разобрать прикуриватель, чтобы добраться до нагревательного элемента, который находится внутри. На фото показано, как он выглядит.

Следующая задача заключается в том, чтобы закрепить ручку от прикуривателя на рукоятке от паяльника. Для этого можно воспользоваться клеем. Далее необходимо просверлить отверстие в ручке от прикуривателя, чтобы через отверстие можно было подвести питающие провода. Когда провода подведены, можно собрать модуль прикуривателя с керамической проставкой, как показано на фото ниже.

Закрепить всю конструкцию на рукоятке можно с помощью дополнительной металлической пластины. Когда все готов провода подключаются к блоку питания на вывод в 12 вольт. Готовый вариант мини-станции показан ниже на фото.

Станция получается компактной, поэтому ее легко транспортировать и можно запитать от любого источника, который способен выдать 12 вольт постоянного тока. Это может быть даже аккумулятор, поэтому станция получилась полностью автономной. Если собрать небольшой блок из литий-ионных аккумуляторов 18650 с преобразователем на 12 вольт и установить контроллер зарядки, то цены такой станции не будет.

Нагрев мини-станции происходит практически моментально, а максимальная температура может превышать 400 градусов. Выпайке поддаются небольшие элементы, например, конденсаторы и транзисторы, как видно на фото ниже.

Расстояние до платы при пайке должно быть не меньше 10 мм. Кроме миниатюрных SMD элементов, станция с легкостью справляется и с микросхемами в корпусах SOEC. На фото ниже видно прямое тому доказательство.

Также без особых сложностей можно выпаять и более крупные компоненты. Станцию можно немного доработать, чтобы получился удобный вариант для работы. Одним из модулей, который легко использовать дополнительно является диммер, как видно на фото ниже.

Его предназначением является возможность регулировка мощности паяльной станции. В качестве источника питания можно использовать не блок питания от ПК, а блок питания для светодиодной ленты, как видно на фото ниже. Его легко приобрести в любом магазине электротоваров. Общая мощность станции составляет примерно 50 Вт, сила тока, которая потребуется для ее работы достигает 6 ампер. Это стоит учитывать при выборе блока питания.

Минусом такой паяльной стации можно считать отсутствие контакта с элементом, который подвергается пайке. Из-за этого нет возможности убрать излишек припоя, а также невозможно поправить деталь, если она была спозициоинрована со смещением, а припой еще не остыл. Желательно предусмотреть отдельную кнопку включения на рукоятке, которая предотвратит перегревание прикуривателя. Во время работы такой станцией, необходимо держать манипулятор под углом в 90 градусов к элементу, который паяется. Это даст возможность воздействовать на него всей областью нагревателя равномерно.

Дополнительно для успешной пайки мелких элементов понадобится набор пинцетов. Их губки обязательно должны быть острыми, чтобы было легче захватывать миниатюрные компоненты. Кроме того, не обойтись без устройства, которое называется «третья рука». Есть множество его вариаций, но основное предназначение везде одинаковое. Оно заключается в удержании припаиваемых проводов или целых микросхем. Чтобы было легче рассмотреть мелкие компоненты, необходимо хорошее увеличительное стекло или микроскоп. Неотъемлемой частью инструментария мастера является хорошее освещение. Желательно, если оно будет основано на светодиодах, которые не имеют мерцания при работе. Во время пайки с использованием станции не обойтись без флюса. Это специальный раствор, который улучшает адгезию и очищает металл для пайки. Вариант инфракрасной паяльной станции с нижним подогревом также можно собрать самостоятельно. Об этом есть видео ниже.

Особенности и предназначение

Для разогрева металлических отводов и специального паяльного вещества необходимо специальное оборудование, которым и является паяльный фен. Устройство способно очень быстро разогреваться до нужной температуры даже с учетом простой конструкции. Благодаря простому строению, с аппаратом может работать и начинающий электрик и профессионал. Для упрощения работы с мелкими деталями применяют также дополнительное оборудование совместно с фенами, но так как цена приборов немалая, то лучшим вариантом будет паяльная станция с феном своими руками. Это оборудование позволит справиться с большинством сложных задач без особых усилий.

По конструкции аппарат устроен так же, как и строительный фен, но обладает меньшей мощностью и более компактными насадками. Чаще всего в комплекте паяльной станции имеется обычный паяльник и термофен. При этом приборы оснащаются регуляторами температурного режима.

Для профессиональной мастерской термофен проще купить, так как он быстро оправдает свою стоимость, и пользоваться таким оборудованием будет удобнее. А если микросхемы необходимо припаивать в домашних условиях и не каждый день, то для этого подойдет самодельная термовоздушная паяльная станция своими руками.

Отличие паяльных фенов

Очень часто радиолюбители задумываются о том, как сделать паяльный фен своими руками, но перед началом сборки необходимо знать принципы и отличия паяльной станции и самого паяльника. Схема устройства состоит из основной и дополнительной части. Основной частью является блок, к которому подключаются паяльники. В зависимости от способа подачи воздуха станции бывают двух видов:

1. Турбинная — воздушный поток формируется благодаря встроенному кулеру в термофене.
2. Компрессорная — поток воздуха формируется посредством компрессора, установленного в главном корпусе станции.

При покупке паяльной станции такие особенности имеют большое значение, так как компрессорными создается сильный воздушный поток, и они могут использоваться для работы в труднодоступных местах даже с узкими насадками, а турбинные не способны продавить воздух с необходимой мощностью через узкое отверстие насадок.

Работа устройства заключается в нагревании керамического или спиралеподобного элемента, который установлен в термофене, и нагревании воздуха, проходящего через этот элемент. Паяльный термофен может нагревать воздух до температуры в пределах 100—180 градусов, а в современных моделях имеется возможность регулировки температурного порога.

По сравнению с инфракрасными аналогами, термовоздушные станции имеют такие недостатки:

1. Поток воздуха сдувает мелкие детали.
2. Неравномерный прогрев поверхности.
3. Изменение насадок для разного типа работ.

Однако для любителей, такие недостатки несущественны по сравнении с преимуществом в цене.

Термовоздушный паяльник для станции можно изготовить в домашних условиях из обычного бытового фена. При этом по техническим характеристикам он не будет уступать заводскому аналогу. Основными характеристиками такого паяльника являются:

• Диаметр наконечника;
• Мощность;
• Производительность турбины;
• Максимальный температурный порог.

Такие параметры напрямую влияют на качество и производительность работы устройства, поэтому при сборке к ним необходимо относиться очень внимательно.

Особенности конструкции термофена

С помощью паяльного устройства можно плавить пластиковые детали и метал, который имеет небольшую температуру плавления. Специальная спираль из нихрома разогревает воздух, после этого горячий воздух подается в нужную точку. При конструировании самодельного аппарата необходимо руководствоваться главным параметром — температура нагрева воздуха. В профессиональных устройствах параметр достигает 800 градусов, но если плавка серебра или алюминия не потребуется, то самодельный термофен можно изготовить с температурным порогом до 600℃.

При сборке устройства в домашних условиях также необходимо ориентироваться на экономию средств, а для этого нужно найти детали для сборки. В конструкцию оборудования входят:

• Корпус;
• Нагревательная часть;
• Устройство, посредством которого будет подаваться воздух;
• Держатель;
• Кнопка включения.

Для улучшения прибора можно заранее предусматривать использование датчика и регулятора температуры, а также установку разных насадок.