چرا بایستی توان هویه المنتی قابل تنظیم باشد؟

هویه‌های المنتی قدیمی، مجهز به قابلیت‌های اضافی نیستند، در درازمدت و مادام که به برق متصل هستند، نوک هویه بسیار داغ شده و لایه قلع اندود آن اکسید و انتقال حرارت مطلوب برای ذوب قلع و محلول فلاکس دست نیافتنی و اتصال پایه قطعات با برد نااطمینان می‌گردد. همچنین با قطع برق به سرعت سرد می‌شوند. و در هر دو صورت لحیم‌کاری بدون کیفیتی را شاهد خواهیم بود.

بی‌شک همواره در کنار افزاره هوای‌گرم، به دلایلی همچون گرانی قطعات الکترونیکی و موادمصرفی، جلوگیری از اتلاف وقت برای رفع عیوب بعد از سرهم کردن قطعات بر روی برد، و به طور کلی حذف هزینه‌های ناشی از روند لحیم‌کاری، هویه کارآمد، بر روی میز هر کارپیشه برق و الکترونیک، از اهمیت ویژه‌ایی برخوردار بوده و به طور حتم از اولین ابزارهایی است که بایستی دراختیار باشد.

باوجود بودجه، خرید یک دستگاه هویه حرفه‌ایی، با قابلیت‌های مطلوب و از عناوین معروف، بعد از کمی بررسی و پرسش از اهل فن، بسیار ساده و سهل خواهد بود. اما بودجه همیشه از محدودیت‌ها است و این خود بهترین دلیل و سبب برای ساخت افزاره‌ایی است که توان هویه را، با توجه به قابلیت‌های مورد نیاز، در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

قابلیت‌های مورد نیاز یک علاقمند به کار الکترونیک که در یک هویه ضروریست، به شرح زیر مطرح شده است:

5. تنظیم دمای نوک هویه المنتی بین حدود 100 الی 500 درجه در مقیاس سلسیوس

• این قابلیت بایستی به هویه اجازه بدهد، در صورت توقف فعالیت لحیم کاری، با انتخاب و حفظ حداقل دما در نوک هویه، ضمن کاهش مصرف انرژی، زمان آماده‌ بکاری مجدد هویه را نیز کاهش دهد.
• استفاده از هر نوک هویه، حتی دست ساز با هر ضخامت و جرمی، هم اندازه با قطر نشیمنگاه نوک هویه، ممکن باشد.
• پایداری بلندمدت درجه حرارت تنظیم شده، به هنگام لحیم کاری و در اوقات استراحت هویه، حفظ شود.
• به نحوی سهل و واضح اندازه گرمای نوک هویه برای کاربر قابل مشاهده، انتخاب و تنظیم باشد (ترجیح نمایش رقمی است).

5. شروع بکار هویه با زمانی از پیش تعیین شده

• این قابلیت به هویه فقط اجازه کار در زمانی مشخص و از پیش تعیین شده را بدهد. تا هنگام بیکاری بلندمدت و فراموشی در خاموش کردن هویه، پس از گذشت زمان منتخب، هویه خاموش شود.
• شروع بکار مجدد هویه، مطابق آخرین تنظیم حرارتی هویه و زمان‌ مشخص شده، فقط با فشردن یک شستی فراهم باشد.

5. در ساخت افزاره از قطعات معمول، در دسترس، با هزینه مناسب استفاده شود و قادر به استفاده از هر نوع هویه المنتی، حداقل تا توان 200 وات باشد.

همه‌ی مواردی که در بالا شرح داده شد، و نیز قابلیت‌هایی که ذکر نشده ولی ممکن است بر اساس اصول طراحی این تنظیم کننده توان، ایجاد و بکار آید، مانند احیا نوک‌های اکسید شده، وقتی در اختیار یک هویه المنتی قدیمی قرار گیرد، آن را به ابزاری گرانقدر و ارزش‌افزا و وردستی کارگشا تبدیل خواهد کرد.

نیازهای این افزاره بر اساس قابلیت‌های درخواستی چگونه تامین می‌شود؟

• تنظیم‌کننده توان

بنابر قابلیت‌های مطروحه، می‌توان مهمترین قسمت را تنظیم کننده توان یا رگلاتور قدرت نامید.

مدارهای بسیاری از تنظیم‌کنندهای قدرت، برای یک هویه معرفی شده‌اند: از ساده‌ترین‌ها که اتصال سری دایود در مسیر تغذیه هویه است تا افزاره‌های بسیار پیچیده مایکروکنترلری که دما را تثبیت می‌کنند. اما شوربختانه، همه این افزاره‌ها در بهترین حالت می‌توانند به روش کاهش قدرت عمل کنند. و یا در انواع پیشرفته‌تر، برای ساخت، نیازمند تجهیزاتی اضافی مانند پروگرامر و کار اضافی (برنامه‌نویسی) هستند.

همچنین گاهی اوقات، قدرت هویه کافی نیست. به طور مثال، هنگامی که ولتاژ در شبکه کمتر از  220ولت است، یا هنگام نیاز به گرم کردن قطعات بزرگ که بیشتر در هنگام خارج ساختن قطعات در بردهای قدیمی اتفاق می افتد. برای چنین مواردی، این رگلاتور قدرت، در عین سادگی کم رقیب هم هست..

این ایده‌ایی جدید نیست که بار(هویه) از طریق یک ولتاژ یکسو شده اصلی در شبکه تغذیه شده و پس از تصفیه با خازن الکترولیتی، مقدار آن 1/41 برابر بیشتر از ولتاژ موثر شبکه شود.

در ولتاژ 220 ولت، ولتاژ تثبیت شده روی خازن صافی حدود 310 ولت خواهد بود. حتی اگر ولتاژ شبکه به  170 ولت کاهش یابد، پس از یکسوسازی نیز، ولت 239.7 = 1.41 * 170  را خواهیم داشت،  که سبب می‌شود هویه همچنان در دمای مطلوب گرم بماند.

پس بر این اساس ولتاژ متناوب شبکه پس از یکسوسازی با روش کلیدگری به روش PWM، با توانی محدود شده در مسیر یکسوسازی، هویه را تغذیه خواهد کرد.

در قسمت کنترل قدرت، وابسته به نیاز، می‌توان با محاسبات جدید و تغییر مقادیر الکترونیکی المان‌ها، بارهای اهمی بزرگتری حتی تا 2کیلووات را کنترل کرد. این تغییرات شامل فیوز و دایودها و خازن ورودی و البته ماسفت و هیت سینک مربوطه نیز خواهد بود.

در این فرسته، هدف کنترل بار المنتی هویه در نظر گرفته شده و موارد دیگر به توانایی علاقمندان در محاسبه و اجرا، سپرده می‌شود.

• زمان‌سنج یا تایمر

این قابلیت همان‌طور که پیش‌تر شرح داده شده ضمن آنکه در ذات خود، مشخصه‌ایی ایمنی افزاست، صرفه‌جویی در انرژی مصرفی و افزایش عمر هویه و نوک آن را نیز به همراه دارد.

دقت یا انحراف در مقیاس 1 دقیقه برای این زمان‌سنج مناسب و بلکه ایده‌ال نیز هست.

• نشاندهنده وضعیت کاری و دمای تنظیم‌کننده توان

دو دیود نوری D6 و D7 با رنگ متفاوت، وضعیت برقراری جریان خروجی و گرم بودن هویه یا قطع جریان از خروجی به دلیل عملکرد زمان‌سنج، یا قطع اجباری را نشان می‌دهند. که با کمی ابتکار میتوان، با یک دایود نوری دو رنگ آند مشترک جایگزین نمود.

همچنین، برای سادگی در طرح و سهولت در استفاده از این افزاره، برای نمایش اندازه گرمای نوک هویه، استفاده‌ از مقاومت حرارتی یا هر نوع حساسه(سنسور) دیگری که نیازمند نصب بر روی هویه و دستکاری آن باشد، صرف نظر شده است. و میزان دما، با نمایش عددی متناظر با دما، با استفاده از دایودهای نوری رقمی هفت تکه(7Seg.) و در نهایت شاید برای دقت بیشتر، با کمک مدرج کردن سطح زیرین دگمه ولوم کنترل دما، در معرض دید کاربر قرار می‌گیرد.

توضیحات اضافی :

          سازنده این افزاره، از ده‌ها سال پیش، با هویه المنتی سر‌وکار داشته و مشکلات اکسیدشدن نوک‌های هویه و حتی سوختن المنت هویه و المان‌های الکترونیکی خود را بارها تجربه کرده است. این مدار حاصل تلاشی تدریجی اما متوالی و چندساله در آزمودن و پایش عملی، انواع طرح‌هاست.

هدف نویسنده، دست‌یابی به طرحی دقیق در عین سادگی، و قابل ساخت با امکانات موجود، و بدون نیاز به تغییر یا تعمیر در طول کار با انواع هویه‌های المنتی مرسوم بوده است تا در ازای قابلیت‌هایی که ارایه می‌دهد، کمترین هزینه ساخت و نگهداری را نیز تحمیل نماید.

نویسنده اعتقاد دارد، این طرح نیز همچون هر مدار آنالوگ دیگری، با همین ترکیب موجود، قابل ارتقا بوده، اما با توجه به معیارهای از پیش تعریف شده، به همین مقدار قابلیت و کارایی بسنده کرده است. و سال‌ها نیز در حال استفاده از آن می‌باشد. و اکنون با توجه به نتایج مثبت بدست آمده، برای استفاده علاقمندان، به طور مستند منتشر می‌شود.

در نگاه اول یک تازه‌کار یا علاقمند به سرگرمی‌‌های الکترونیکی، این طرح بر خلاف ادعای نویسنده بسیار پیچیده و درهم تنیده به نظر می‌رسد. که البته ممکن هست در ظاهر هم اینطور باشد. اما در واقع این طرح در ابتدا دارای سه قسمت تنظیم‌کننده قدرت با روش PWM - مدار سوییچ قدرت و منبع‌تغذیه بوده که به فراخور نیاز، مدار زمان‌سنج و نمایش‌دهنده رقمی متناظر با دما نیز به آن افزوده شده است. اما با حذف این دو قسمت اخیر، همچنان هدف تنظیم دمای هویه، برای کاربر دست‌یافتنی است. و با انصراف از نصب المان‌ قسمت‌های مربوطه، افزاره برای کاربر همچنان به عنوان تنظیم‌کننده‌ی ساده توان هویه، کارا و بخوبی قابل استفاده می‌باشد.

مدار تنظیم کننده قدرت

مدت‌ها با طرح‌های مختلف PWM کلنجار رفتم. از طرح‌هایی بر اساس گیت‌‌های منطقی تا مدار مجتمع نامدار 555، در کمال تعجب همگی دارای خصیصه تغییر چرخه کار پالس با تغییر فرکانس یا بسامد بودند. و امکان تغییر پهنای پالس، مستقل از فرکانس به سهولت فراهم نبود!

با جستجو و صرف زمان، به نتیجه تحقیقات و تجربیات فردی به نام گالاشفسکی اهل روسیه دست یافته و با کمی تغییرات، نیازهای مدار برآورده شد.

مزید بر اطلاع عرض می‌کنم، قسمت ژنراتور PWM و سوییچینگ بیش از دو سال بر روی بردبورد و با سیم‌کشی موقتی در حال کار بود! تا اینکه در پاییز 1400 فرصتی برای تکمیل آن به شکل فعلی دست داد.

همانطور که می‌دانید، مدار مجتمع 555 شامل دو مقایسه کننده است. اولی دارای ولتاژ مرجع 3/2 منبع تغذیه و دومی 3/1 منبع‌تغذیه. در طی تولید پالس، ولتاژ خازن بین این مقادیر شناور است. برای تنظیم چرخه کار، یک مدار کلاسیک وجود دارد که ولتاژ خروجی 555 از طریق بازوهای یک مقاومت‌متغیر و دایودهای دوجهته به خازن اعمال می‌شود. این طرح، چرخه‌وظیفه را به خوبی و در طیف وسیعی تنظیم می‌کند، اما چگونه می‌توان فرکانس را تنظیم کرد؟ آقای گالاشفسکی، برای حل این مشکل، تصمیم گرفت مقدار اختلاف ولتاژهای مرجع را تغییر دهد. هرچه تفاوت کوچکتر باشد، فرکانس تولید شده بیشتر تغییر می‌کند. در مدار مجتمع 555، ولتاژ مرجع فوقانی به پین5 مدار مجتمع خروجی دارد اما متأسفانه ولتاژ مرجع پایینی، خروجی خارجی ندارد.

البته می‌توان یک مقاومت‌متغیر بین پین5 و زمین قرار داد و فرکانس را با آن تنظیم کرد، اما در این‌صورت متوسط ولتاژ مرجع معادل نصف ولتاژ منبع‌تغذیه نخواهد بود و این به نوبه خود منجر به تغییر چرخه‌وظیفه هنگام تنظیم فرکانس می‌شود. ایشان با استفاده از یک OpAmp اضافی به شماره LM311P در مدار، به مقصود خود نایل آمد. اگرچه تقویت‌کننده‌های عملیاتی معمولی دیگر را نیز می‌توان به جای آن بکار برد.

تریمرP2  (یا مقاومت‌های سری شده R31,R32) برای تنظیم فرکانس استفاده می‌شوند. مقاومت‌متغیر Vol1-2 برای چرخه‌وظیفه و P3 یا (مقاومت‌‌های سری شده (R36,R38,R47 برای متعادل کردن ولتاژ مرجع مقایسه‌کننده مورد نیاز است. استفاده و تنظیم دقیق با تریمر ارجحیت دارد، و الا بایستی از ترکیب مقاومت‌های دقیق استفاده نمود.

توجه داشته باشید که ارجح این است که از تریمرها استفاده بشوند و مقاومت‌های موازی شده با آنها فقط برای صرفه جویی است. و تنظیم باید توسط اسیلوسکوپ، به گونه‌ای انجام شود که وقتی دیوتی سایکل از حداقل به حداکثر تغییر می‌کند، فرکانس بدون تغییر باقی بماند.

پالسی که روی پایه 7 آی_سی 555 ظاهر می‌شود، ترانزیستور اپتوکوپلر PC817 را فعال می‌کند. ایزولاسیون از برق شهری توسط اپتوکوپلر از اهم موارد هست. ترانزیستور داخلی اپتوکوپلر نیز با دیوتی سایکل معین توسط Vol1-2، جریان گیت ماسفت قدرت را برقرار می‌کند.

PWM Generator

مدار زمان نگهدار (تایمر)

اقرار می‌کنم، قادر به توضیح بیشتر برای عملکرد تایمر برنامه‌پذیر 4541 نیستم. و پیش‌تر در فرسته‌ایی مجزا تا حد ممکن توضیح داده‌ام. زیرا این تراشه به تنهایی نیازمند مکتوبی مستقل و مبسوط بود. علاقمندان را برای کسب اطلاعات بیشتر به کاربرگ مربوطه و فرسته ساخت تایمر با 4541 ارجاع می‌دهم.

برای آشنایی با طرز کار این مدار مجتمع، و استفاده در کاربردهای متنوع دیگری، مجبور به استفاده از پین‌‌های بسیار، برای در دسترس داشتن همه پایه‌های این المان بودم. اما علاقمندان به ساخت این افزاره نیازی به نصب این پین‌های اضافی ندارند،  کافیست پایه‌هایی که با رنگ مشکی اتصال‌کوتاه شده، بر روی برد با سیم‌مسی اتصال دهند. دلیل استفاده از این مدار مجتمع، دقت و پایداری خوب آن در ایجاد فرکانس‌های نزدیک 1Hz و قابلیت‌ برنامه‌پذیری آن با چند قطعه اندک در اطراف آن هست. با مقادیر فعلی میتوان از حداقل 40 دقیقه تا 3 ساعت و 35 دقیقه زمان را در اختیار داشت که به نظرم بسیار کاربردی است. البته با شستی نرمالی اوپن STOP نیز می‌توان در هر لحظه دستگاه را خاموش (استندبای)، بدون قطع از برق شهر کرد. و با شستی Restart مجدد فعال نمود.

 CD4541 به دلیل وجود پایه‌هایی که نحوه عملکرد آن را مشخص می‌کند، تایمری قابل برنامه‌پذیر نامیده می‌شود. پایه‌های RTC (1) ،  CTC (2) و RS (3) امکان دسترسی به اسیلاتور داخلی، را با افزودن دو مقاومت و یک خازن خارجی فراهم می‌کند.

  فرکانس اسیلاتور داخلی به طور مستقیم به مقادیر اجزای  RTC و CTC که به ترتیب متصل به پایه یک و دو مدار مجتمع هستند، وابسته است. برای عملکرد صحیح، مقدار مقاومت متصل به RS باید حداقل دو برابر مقدار  RTC باشد.

برای محاسبه فرکانس اسیلاتور داخلی و تعیین زمان‌های منتخب در خروجی، به اطلاعات کاربرگ مدار مجتمع 4541 و یا فرسته ساخت تایمر با 4541، مراجعه کنید.

زمان‌سنج بر اساس 4541

• الف_ مبدل 3بیتی آنالوگ به دیجیتال

بنابر توضیحات مندرج در بخش نشاندهنده وضعیت کاری و دمایی تنظیم کننده توان، هیچگونه حساسه‌ایی(سنسور) در این طرح بکار نخواهد رفت.

از اینرو با چرخش قسمت اول مقاومت‌ متغیر دوتایی(دوبل) Vol1-2 مربوط به چرخه‌وظیفه یا دیوتی سایکل مدار PWM، برای تغییر دمای هویه، مقاومت‌متغیر قسمت دوم (Vol1-1)  نیز که ولتاژ ورودی مدار A2D سه بیتی را فراهم می‌کند، تغییرات جابجایی مقاومت‌متغیر اول را، در خروجی‌های مدار به صورت متناظر به ارقام BCD تبدیل کرده و در انتها با استفاده از مدار تبدیلBCD to 7Seg ، ارقام صفر تا هفت بر روی یک نشاندهنده هفت ‌تکه‌ایی(7Seg.) آشکار می‌شوند.

در مورد این قسمت نیز طی فرسته‌ایی تحت عنوان مبدل آنالوگ به دیجیتال فلش 3بیتی در همین وبلاگ توضیحات کافی داده شده، که توجه علاقمندان را به آن ارجاع میدهم.

با اندازه‌گیری دمای نوک هویه، متناظر با اعداد نشاندهنده با یک ترمومتر، میزان حرارت در هر یک از نقاط منتخب ارقام صفر تا هفت و میان آنها را میتوان تعیین نمود.

از نکات مهم در این مدار برای سازندگان، تنظیم ولتاژهای TP4=3V و TP6=1.5V توسط POT1  بوده و نیز اتصال سر وسط ولوم VOL1-1 از قسمت تغذیه 5ولت به نت یا شبکه Vin ( پایه‌های شماره 5، 10 و 3 آی-سی LM324).

3bit A2D Converter

مبدل نوع فلش ساده‌ترین و سریع‌ترین نوع مبدل آنالوگ به دیجیتال بوده که عدد باینری را درست بعد از زمان تاخیر انتشار مقایسه‌کننده‌ها، در خروجی آشکار می سازد. زمان معمول برای تبدیل به کد باینری 33ns است.

مدار مبدل آنالوگ به دیجیتال فلش سه بیتی نشان داده شده در شکل 3، فقط با استفاده از سه مقایسه کننده و بدون نیاز به مدار های منطقی ترکیبی، این وظیفه را انجام می دهد.

در این مدار ولتاژهای مرجع ورودی معکوس مقایسه‌کننده‌ها ثابت نیستند بلکه پویا هستند و بسته به حالت خروجی دیگر مقایسه‌کننده‌ها، تغییر می کنند.

سه خروجی‌های باینری مبدل AtoD به سه ورودی از چهار ورودی تراشه BCD to 7 Seg متصل شده تا مقادیر در مبنای دهدهی بر روی 7Seg به نمایش درآیند.

BCD to 7Seg. Driver

برای جلوگیری از اطاله وقت، و طولانی شدن این فرسته، نظر خوانندگان گرانقدر را، به فرسته‌ی مجزای پیشین در این وبلاگ، تحت عنوان ساخت دیکودر BCD به7Seg  با 4511، جلب می‌کنم. هر چند به دلیل سادگی طرح، ممکن هست علاقمندان نیازی به مراجعه به آن احساس نکنند.

کنترل دقیق توان هویه المنتی-بخش دوم