Хімічні джерела живлення (багаторазові елементи) (початок)

Доброго здоров'я, шановний читачу. У другій частину допису стосовно хімічних джерел живлення, розглянемо хімічні елементи здатні до регенерації, тобто відновлення здатності продукувати ЕРС. Якщо у першій частині мова йшла про одноразові елементи – батарейки, то на черзі – акумулятори.

Практична частина, цілковито буде відведена під реалізацію проекту регулятора потужності паяльника. Гадаю ви уже спробували щось паяти і зрозуміли, що такий пристрій просто необхідний.  

----------------------------------------------

В елементі спроможному до відновлення використовується зворотний хімічний процес. Отже, коли він розрядиться, за допомогою зворотного струму спрямованого до елементу, його буде відновлено. Хімічні реакції, які здатні продукувати ЕРС з можливістю відновлення, явище більш рідкісніше ніж хімічні реакції одноразових елементів. Тому, протягом багатьох років було відомо тільки два основних типи хімічних елементів, свинцево-кислотний та лужно-металевий.

Свинцево-кислотний елемент

Принцип будови свинцево-кислотних елементів добре ілюстровано на малюнку. Обидва електроди виконані з перфорованих свинцевих пластин, тобто вкриті отворами для того, щоб їх легше було наповнити активним матеріалом. Позитивна пластина запакована оксидом свинцю, негативна – спеченими свинцевими гранулами, що додає їй активної площі поверхні. Пластини занурені до електроліту – розчину сірчаної кислоти, кислотність якого, до речі, значно вища ніж у одноразових кислотних елементів. Саме тому, при обслуговуванні свинцево-кислотних акумуляторів слід дотримуватися обережності, для того, щоб уникати прямого контакту з таким електролітом, його розлиття. Не допускати великих зарядних струмів на певних етапах, що може призвести до надмірного "кипіння" електроліту, його вихлюпування з банки. Окрім того, під час заряджання свинцево-кислотного елементу, з вентиляційного отвору виділяється суміш водню з киснем, яка у відповідних пропорціях стає вибухонебезпечною і здатна детонувати від невеличкої електричної іскри.

Унебезпечте себе під час заряджання акумулятора, слідкуйте за відсутністю поблизу: відкритого полум'я, джерела електричних розрядів, особливо під час активного "кипіння" електроліту на кінцевому етапі.

ЕРС повністю зарядженого елементу становить 2,4 В (номінально 2,0 В), а різниця з діючою напругою може бути досить великою, бо це залежить від струму навантаження кола споживачів, внутрішнього опору.

Правда, слід визнати, що відкриті, вентильовані акумуляторні елементи, на сьогодні є досить рідкісним видом. Сучасні свинцево-кислотні акумулятори, навіть автомобільні, закриті і їхній захист, від надмірного виділення газу, покладено на зарядні пристрої, які заряджають такі джерела під повним контролем. У "сухих" типах акумуляторів та батарей, електроліт використовується у вигляді гелю (желе), тому такі елементи можна використовувати у будь-якому положенні. Вони не бояться переливу електроліту.

Теперішні рідинні елементи виготовляються із використанням пористих матеріалів для сепараторів між пластинами, вони поглинають рідкий електроліт і це дозволяє не так суворо дотримуватися обов'язково вертикального положення. Втім, виникнення ситуації зі зростанням тиску газу у таких елементів все ще існує (при виході з ладу системи заряджання), тож вони обладнуються вентиляційним клапаном. Такий клапан здатен забезпечити виток надмірного скупчення газу до атмосфери, надійно перекриваючи вентиляційний отвір в разі нормального тиску всередині.

Свинцево-кислотні акумулятори застосовуються в електроніці переважно як резервні джерела живлення, як частина систем безперебійного живлення, де особливо корисна їхня велика ємність та низький внутрішній опір. Найбільш популярна потужність таких компактних акумуляторів від 9 А•год до 100 А•год.

Слід уважно поставитися до підбору необхідного типу акумулятора, бо деякі свинцево-кислотні елементи мають суттєвий струм саморозряду, тож більше підходять для систем з регулярним циклом заряд/розряд, ніж як резервні джерела живлення, де акумулятор може використовуватися винятково рідко.

Свинцево-кислотні акумулятори заряджаються від джерела постійного струму, зі стабілізованою напругою, приблизно, 2,3-2,4 В на один елемент при температурі 20°С. Елементи для заряджання можуть бути скомпоновані послідовно, за умови, що вони усі однакового типу і в однаковій мірі розряджені. Паралельну компоновку елементів можна використати, якщо зарядний пристрій здатен забезпечити достатню кількість струму. Тривалість експлуатації свинцево-кислотного елементу зазвичай вимірюється з урахуванням кількості циклів заряд/розряд і завжди більша там, де елемент експлуатується з досить високими струмами розряду. Найгірші умови експлуатації це ті, де елемент експлуатується з невеликими струмами розряду та нестабільними циклами заряду.

Особливо слід уникати глибокого розряду. Таке може статися коли елемент надовго залишається без уваги. Його напруга падає до 1,6 В, або навіть і менше. Це небезпечно, такий елемент можна згубити назавжди. Єдиним способом спробувати врятувати його, може бути заряджання дуже малим струмом протягом тривалого часу.

Типова тривалість життя свинцево-кислотного елемента, при правильному догляді і дотриманні умов експлуатації, сягає від 750 аж до 6000 циклів заряду/розряду.

Основне, що ви повинні винести з розділу про свинцево-кислотні акумулятори, це те, що під час їхнього заряджання основну увагу, на відміну від лужних, Ni-Cd та Ni-Mn, приділяють стабілізації напруги, а не струму.

Нікель-кадмієвий (Ni-Cd) елемент

Первинним типом лужного акумуляторного елементу, винайденим Едісоном на рубежі 19-го/20-го століття, був нікель-катодний – залізно-анодний елемент, у якому за електроліт використовували гідроксид натрію. ЕРС становив лише 1,2 В, втім, елемент міг залишатися розрядженим протягом тривалого часу без шкоди і витримувати більш екстремальніші цикли заряду/розряду ніж свинцево-кислотний тип. Елементи надзвичайно живучі, якщо середня тривалість життя свинцево-кислотного елемента становить п'ять років, то нікель-залізного – 30-50 років! Втім, вони досить громіздкі, важкі та мають невелику енергетичну щільність. Незважаючи на те, що нікель-залізні (Ni-Fe) елементи все ще існують, вони поступилися місцем, особливо у мініатюрному виконанні, нікель-кадмієвим та нікель-гідридним елементам завдяки більшій продуктивності цих видів, що й вивело їх на перші позиції для живлення компактних електронних пристроїв.

Нікель-кадмієві елементи бувають двох типів. Або із суцільними пластинами нікелю та кадмію, або зі спеченими під високим тиском електродами з порошкового матеріалу. Спечені електроди мають значно більшу поверхню, бо вони пористі. Це робить внутрішній опір елементів значно нижчим, що дає змогу досягти більших струмів розряду. Втім, елементи із суцільними металевими пластинами мають набагато менший струм саморозряду, а тому краще підходять для пристроїв, де заряджання відбувається не часто. Типова тривалість життя нікель-кадмієвих елементів становить від 700 до 1000 циклів заряд/розряд.

Однією, досить важливою перевагою нікель-кадмієвих елементів є те, що він може зберігатися протягом 5 і навіть більше років без погіршення своїх характеристик. Навіть за відсутності заряду, на відміну від свинцево-кислотних елементів. Єдиною проблемою, яка може призвести до руйнування клітин – заряджання струмом зворотної полярності. Елементи можна використовувати та заряджати у будь-якому положенні. Вони, як правило, постачаються розрядженими, тому перед використанням їх слід повністю зарядити. Більшість типів нікель-кадмієвих елементів мають досить високу швидкість саморозряду і елемент іноді відмовляється приймати заряд, поки не буде "повторно сформований" коротким імпульсом високого струму. Елементи, як правило, герметично закупорені, втім, не позбавлені вентиляційного отвору для відводу надлишків газу при помилках під час заряду.

Заряджений нікель-кадмієвий елемент має максимальну ЕРС близько 1,4 В. Номінальна робоча ЕРС становить 1,2 В, і цей рівень напруги утримується протягом більшої частини його робочого циклу. Ресурс активності, зазвичай, приймається за час досягнення ЕРС 1,0 В на один елемент.

Заряджаються нікель-кадмієві елементи від стабільного джерела струму, на відміну від свинцево-кислотних, де більша увага повинна приділятися стабільній напрузі зарядки. Зазвичай, зарядний струм повинен складати одну десяту, тобто 10% ємності елемента, чи групи елементів. Тобто, для акумулятора ємністю 7А•год зарядний струм мусить бути 700 мА.

Елементи зі спеченими порошковими електродами заряджаються швидше, ніж із суцільнометалевими. Зате елементи із суцільнометалевими електродами можна довго зберігати, підготувавши їх для цього у режимі безперервної зарядки струмом близько 1% ємності. Наприклад, для акумулятора ємністю 7 А•год такий струм становитиме 70 мА. Заряджені таким чином елементи можуть зберігатися досить довго, однак, час необхідний для повного заряду, у декілька разів більший за звичайний.

Суттєво зменшується ресурс нікель-кадмієвих елементів, які перебувають у режимі постійного заряду. Таке характерно для трубок бездротових телефонів, які лишають на базі. Майте це на увазі. Найліпший режим для таких акумуляторів: повний заряд – повний розряд.

Основним недоліком Ni-Cd елементів є ефект пам'яті. Що це таке? Якщо елемент заряджати не очікуючи його повного розряду, спрацьовує дивна "внутрішня логіка", хімічний елемент "запам'ятовує" рівень ЕРС початку заряду, як стан повного розряду, отже наступного разу нижче цього рівня він уже не розрядиться, тобто його ємність зменшується. Якщо так робити часто, ємність буде зменшуватися постійно раз за разом. Термін служби такого елементу скорочується в рази. Тож перш ніж поставити на зарядку елемент, перевірте його рівень розряду. І, якщо в цьому є необхідність, додатково розрядіть його до безпечного рівня ЕРС 1,0 В. Втім, найліпше для роботи з такими акумуляторами "інтелектуальні зарядні пристрої". Така зарядна система аналізує рівень ЕРС елемента, додатково розряджає його, при потребі, а потім заряджає до потрібного рівня. І все це в автоматичному режимі. Режим контролю рівня ЕРС елемента перед заряджанням, суттєво продовжує термін його життя.

Нікель-металогідридні (Ni-MH) елементи теж не позбавлені ефекту пам'яті, та у них він має набагато менший ефект.

Ni-MH акумулятори досить популярні джерела живлення, які здатні замінити Ni-Cd акумулятори в багатьох випадках. У Ni-MH елементах, як позитивний електрод використовується нікель, або гідроксид нікелю, а сплав, який здатен зберігати водень (лантан-нікель чи цирконій-нікель) як негативний електрод, електролітом є гідроксид калію. Ці елементи мають більшу щільність енергії, ніж акумулятори Ni-Cd (приблизно на 30-40 відсотків вище), і вони не потребують спеціальних вимог щодо утилізації. Мінімальна напруга Ni-MH акумулятора становить 1,2 В для одного елементу, яку необхідно враховувати, при потребі їхньої заміни. Стандартна ЕРС становить 1,5 В, як у лужних елементів. Саморозряд відбувається протягом приблизно двох-трьох місяців. Термін життя Ni-MH коротший ніж Ni-Cd. Найкраще вони себе почувають при струмах навантаження від 0,2 до 0,5, тобто, від п'ятої частини до половини номінальної ємності.

Заряджання Ni-MH пов'язане з певними складнощами, позаяк потребує контролю не лише стабільного зарядного струму, а й температури, бо такі елементи, під час заряджання мають значну теплову генерацію. Акумулятори потребують регулярного повного розряду для запобігання кристалізації.

Існує ще одна форма схожих хімічний елементів – срібно-цинкові. У таких акумуляторів анод виготовлений із пористого цинку спеченого з оксидом срібла, а катод із спеченої суміші оксиду цинку з графітом. За електроліт служить розчин гідроксиду калію. Ці елементи мають дуже малий внутрішній опір, тому здатні віддавати досить великі струми розряду. Не бояться глибоких розрядів, неповних зарядів, має малий струм саморозряду, тому здатні зберігати заряд протягом тривалого часу. Мають питому енергію разів у п'ять більшу за свинцево-кислотні елементи, а це означає, що при однаковій вазі срібно-цинковий акумулятор матиме у п'ять разів більшу ємність. До недоліків можна віднести досить велику вартість, і малу кількість життєвих циклів заряд/розряд. Використовуються там, де співвідношення вага-енергія має вирішальне значення: авіація, космос, військова техніка. Втім, з появою літій-іонних акумуляторів вони втрачають свої переваги.

Літій-іонні акумулятори

Літій-іонний акумулятор, на відміну від одноразового літієвого елемента, не містить металевого літію, тож не такий небезпечний у випадку розгерметизації. Камера має три шари; пориста діелектрична сепараторна плівка, яка розділяє вуглецевий анод і листовий алюмінієвий катод вкритий шаром сплаву літію з кобальтом, нікелем або марганцем (тому можливі три варіанти елементу). Елемент заповнений електролітом – розчином солі літію в органічній рідині, у сучасних акумуляторів він має форму гелю. ЕРС зростає майже до 4,0 В після заряджання та падає до 2,6 В у розрядженого елемента, тому ці акумулятори часто виготовляються разом із вмонтованим регулятором напруги, щоб підтримувати діючу напругу близько 3,0 В, доти, поки EРС вище цього рівня і не давати елементу можливості глибокого розряду. Саморозряд такого елементу становить близько 6% на місяц. Li-ion акумулятори схильні до старіння, навіть при дотриманні правил експлуатації, а також при зберіганні.

Ці типи елементів можуть мати лише половину ваги та розміру Ni-Cd тієї ж самої ємності, до того ж, додайте відсутній ефект пам'яті, який завдає стільки проблем з Ni-Cd елементами. Вони мають високу термічну стійкість. Зарядні пристрої спеціалізовані, тож заряджати їх у зарядках для інших типів – недопустимо.

Сучасні літій-іонні акумулятори містять внутрішні кола захисту, які запобігають вибухам, викликаним перезарядкою.

Деякі виробники, для захисту від "сірого" імпорту, використовують голограми, щоб показати, що їхній акумулятор є справжнім та містить захист. Наразі існує думка розширити систему захисту та включити до внутрішніх кіл елемента контролер, який би забезпечував можливість того, щоб на певних пристроях, таких як мобільні телефони, працювали лише оригінальні акумулятори.

До речі, 1-го грудня в Австралії офіційно введене до експлуатації літій-іонне резервне джерело живлення для енергосистеми країни потужністю 100 МВт•год. Нічогенько так!

Літій-полімерні акумулятори

Літій-полімерні акумулятори – це більш дешевша версія літій-іонних. Їхня хімія схожа своїми властивостями на літій-іонну, стосовно енергетичної щільності, та в них використовується тільки сухий твердий полімерний електроліт. Цей електроліт схожий на пластикову плівку, яка не проводить електрику, але дозволяє обмін іонами (заряджених атомів чи груп атомів). Сухий полімер технологічно більш дешевший, міцніший, безпечний та тоненький. При товщині елементу до 1 мм такі акумулятори можна використовувати у надтонких компактних пристроях, де вільне місце є проблемою. Конструктивно, можна виготовити акумулятори які є частиною зовнішнього корпусу, або схожим на килимок, який можна скрутити, чи, навіть, вшити акумуляторний елемент у сумку або одяг. Такі інноваційні акумулятори набудуть широкого вжитку ще через кілька років, особливо у комерційному секторі ринку.

Нажаль, сухий літій-полімер має низьку іонну провідність через високий внутрішній опір; він не може забезпечити вибухові струми, необхідні для сучасних пристроїв зв'язку. Але при підвищенні температури він має тенденцію до збільшення провідності, що характерної для південних кліматичних районів. Щоб зробити невелику літій-полімерну батарею більш провідною, додають певну кількість гелеподібного електроліту. Тож більшість комерційних, так званих "літій-полімерних" акумуляторів, які використовуються сьогодні для живлення мобільних телефонів, і є саме гібридами та містять у своєму складі гелеві електроліти.

Процес заряду літій-полімерної батареї схожий на заряд літій-іонної. Типовий час заряджання від одного до трьох годин. Літій-полімерні акумулятори з гелеподібним електролітом, практично ідентичні літій-іонним. По суті, можна застосувати один і той самий алгоритм заряджання.

ВІДСТУП

про регулятор потужності

Ми вже знаємо про паяння практично все. Насправді, ця технологічна операція не така вже й складна. Якість паяння залежить від практичних навичок та покращується з досвідом. Але, якщо паяльник не здатен підтримувати належну температуру жала, паяння перетворюється на муку. "Холодним" жалом неможливо виконати якісну пайку, перегріте жало здатне довести до "сказу". Якщо неможливо відрегулювати температуру жала його заглибленням чи витяганням, без хоча б найпростішого регулятора обходитися не зовсім зручно. До того ж, не забувайте, напруга в мережі не така вже й стабільна, а це теж впливає на кінцевий результат – температуру вашого інструменту. Звісно, паяльні станції, щодо цього, більш зручніші. Зворотній зв'язок підтримує точну температуру жала, незалежно від напруги мережі чи інших зовнішніх чинників, дозволяючи досить точно утримувати заданий параметр. Напруга 24 В, яка живить такий паяльник, дозволяє безбоязно працювати з компонентами чутливими до статичних зарядів. Безсумнівно, це зручно. Я вже писав, зрозумівши те, що вам це потрібно, ви ще придбаєте паяльну стацію, або придбавши паяльник для неї, зробите блок управління самостійно. Це не так уже й складно. Це потім, при потребі.

А поки що, ми з вами візьмемося за виготовлення простого регулятора температури для паяльника.

Найпростішим варіантом для аматора буде придбання в магазині конструктора (повний комплект компонентів, друкована плата, інструкція для збирання) K216.1. Це симісторний регулятор для споживачів потужністю до 1000 Вт. Інструкція досить зрозуміла, проблем виникнути не повинно.

Єдине, що пораджу, у вас може виникнути потреба розташувати змінний резистор не на штатному місці, сміливо виконайте відводи з багатожильного монтажного дроту, перенісши потенціометр туди, куди потрібно. Так само можна вчини і зі червоним світлодіодом, який повинен світитися при увімкненні регулятора до мережі. Іще, такий регулятор у вигляді "з набору", цілком впорається з паяльником потужність до 100 Вт. А якщо вам буде потрібно увімкнути паяльник потужністю 200-300 Вт? Тому, раджу симістор змонтувати на невеличкий радіатор площею 40-50 см².

Той же, хто відчуває сили і бажання зробити такий регулятор самостійно, може це зробити разом зі мною. Тож почнемо.

Декілька слів перед початком. Конструкція нашого регулятора не буде суттєво відрізнятися від конструкції запропонованої конструктором. Чому? Бо це досить просте і поширене схемо-технічне рішення такого регулятора. Використання симістора дозволило зменшити кількість деталей, тож схожі регулятори сьогодні досить широко використовуються для регулювання яскравості ламп розжарення у побуті і пропонуються торгівельною мережею під назвою – дімер.

Ви ще не знаєте, як працюють деякі елементи нашого майбутнього пристрою, як вони називаються, втім це не завадить просто повторити конструкцію. А що таке симістор, диністор, як вони працюють, ми дізнаємося свого часу.

Перш за все нам буде потрібна друкована плата. Немає потреби для такої конструкції виготовляти щось особливе, цілком вистачить звичайної макетної плати.

Потрібний нам регулятор складається лише з п'яти деталей. Це стандартне схемо-технічне рішення.

Розміру макетної плати цілком достатньо для розміщення такої кількості деталей. Якщо ви приймете рішення перекомпонувати розташування деталей на свій лад, немає питань. Слід лише пам'ятати певні нюанси. Провідник, диністор V2 – управляючий електрод G (затвор) симістора V1, повинен бути якнайкоротшим, для зменшення впливу імпульсних перешкод. Навантаження (у нашому випадку – паяльник) завжди приєднується до вивода Т2 симістора.

Запропоновану компоновку деталей на платі я подаю з врахуванням власних потреб, адже не викидати мені цей регулятор після виготовлення. Це лише варіант, вона може бути якою завгодно.

Тож почнемо.

Збирання будь-якої конструкції розташованої на макетній, чи то друкованій платі виконують пошарово. Починають завжди із встановлення "першого поверху" – найнижчих компонентів. Так зручніше. Звісно ж, існують винятки. Якщо конструкція складна і має у своєму складі декілька закінчених вузлів, то для полегшення подальшого налагодження усієї конструкції, проводять вузловий монтаж з поступовою перевіркою та налагодженням зібраного вузла. А ще, знайте, існує такий технологічний термін – вхідний контроль. Інколи компоненти, особливо ті, що вилучені зі старих електронних схем, не відповідають своїм номінальним значенням чи навіть взагалі непридатні для використання. Тож візьміть собі за правило – завжди перевіряти ті компоненти, які ви відбираєте для власних конструкцій. В нашому випадку ви цілком можете перевірити резистори та конденсатор або за допомогою мультиметра (якщо у ньому передбачено вимір ємності), або використавши прилад LCR-T4. Напівпровідникові компоненти V1 та V2, поки що, будемо вважати робочими. Така звичка полегшить вам подальше налагодження будь-якої конструкції. Наш пристрій надзвичайно простий, і при використанні робочих компонентів та відсутності помилок у монтажі, налагодження не потребує.

Отже першим елементом, який ми впаяємо на плату буде диністор DB3.

Уважно відрахуйте потрібні отвори. Пінцетом зігніть по розміру виводи диністора.

Ви бачите плату з розташованими на ній диністором V2 та резистором R1. Цей резистор бажано взяти потужністю не меншою за 0,5 Вт і номіналом 4-8 кОм. У мене 4,7 кОм.

Виводи деталей, зі зворотного боку, припаяйте до луджених мідних площинок відповідних отворів. Зайві кінці, після припаювання, слід відкусити кусачками. З'єднання компонентів, у відповідності зі схемою, виконаємо після їхнього монтажу на макетну плату.

На черзі конденсатор C1. Ємність плівкового конденсатора становить 0,1-0,22 мкФ. У мене він позначений кодом 104. Його робоча напруга повинна бути 400 В, принаймні, не меншою за 220 В х 1,4.

Місце встановлення конденсатора позначене на платі. Там же помічено червоними кружальцями і отвори, куди потрібно впаяти два термінальні з'єднувачі. Вони будуть використані для під'єднання мережі 220 В та дротів приєднання споживача. Зверніть увагу, конденсатор та термінали трохи зміщено убік, для того, щоб було видно отвори для запаювання виводів. Після встановлення, корпуси цих елементів перекриють вид на місця монтажу.

Передостанній крок – встановлення симістора V1.

На нашу плату розповсюджуються усі зауваження стосовно конструктора, щодо потужності паяльника та необхідності використання радіатора. Симістор може комутувати досить значний струм. Скажімо, струм комутації моделі BTA16-800 становить 16,0 А. Це буде потужність близько трьох з половиною кіловатів. Але, під час комутації такого струму, кристал напівпровідника розігрівається до великої температури і якщо не вжити заходів його охолодження, він вийде з ладу не від електричного, а від теплового пробою. Ви повинні знати такі речі, втім, про це ми поговоримо детальніше під час огляду напівпровідників, їхнього використання, забезпечення робочого теплового режиму. А зараз лише зауважу, що для комутації струму 16,0 А, площа пасивного радіатора повинна складати близько 600 см².

Я використав симістор ВТА12-600В. Він здатен комутувати струм до 12,0 А, просто у мене такий був. Для регулятора паяльника підійде будь-який симістор зі струмом комутації від 6,0 А. Такі компоненти з меншим струмом комутації у корпусі типу ТО-220, серії ВТА мені не зустрічалися. Раджу обрати симістор саме серії ВТА. Річ у тім, що у цієї серії кристал напівпровідника має електричну ізоляцію від металевої підкладки, а тому на радіатор не буде потрапляти потенціал мережі живлення. Виходячи із цього, якщо ви надумаєте використати такий регулятор для управління потужним навантаженням, його безпечно можна винести, для кращого режиму охолодження, за межі ізольованого корпусу.

Декілька слів стосовно радіатора. Пластинка підкладки є не лише теплопровідним елементом для передачі тепла від кристала напівпровідника до зовнішнього радіатора, а й сама, певною мірою, може виконувати функції радіатора. Симістори у таких корпусах справляються зі струмами до 1,0 А без зовнішнього радіатора. Це максимальний струм для такого застосування і надовго навантажувати його таким струмом я б не радив. А от паяльник потужністю 60 Вт, який споживає струм близько 0,3 А цілком йому під силу. Тож виходячи з цього, симістор для регулювання паяльників потужністю до 100 ватів можна використовувати без радіатора.

Я планую виготовити універсальний регулятор для управління споживачами потужністю до 500 Вт. А це вже струм більший за 2 А, тож без радіатора ніяк не обійтись. Зовнішній вигляд такого радіатора можете побачити на фото вище, при зауваженнях стосовно конструктора.

Отже монтуємо симістор. Цей електронний компонент має три виводи. Вони підписані на малюнку, але у дійсності такого позначення на корпусі не існує. Такий порядок виводів характерний для більшості симісторів у корпусах ТО-220. Зображено симістор лицем догори,тобто зі сторони пластикового корпусу, а металева підкладка лишається внизу. І знову ж таки, на малюнку симістор зображено в одній площині з платою для того, щоб зрозуміліше було куди його слід запаювати. Реально, він монтується вертикально. Якщо ви приймете рішення використати радіатор, то перед запаюванням симістора його слід встановити на радіатор, попередньо нанісши на металеву основу тоненький шар теплопровідної пасти. Вона компенсує нерівності між пластинкою підкладки та радіатором і покращить передавання температури.

Іостанній компонент цієї конструкції – потенціометр R2. Це змінний резистор з опором 500 кОм та лінійною характеристикою його регулювання.

На малюнку помічені отвори для встановлення потенціометра. Якщо ви бажаєте встановити змінний резистор десь відокремлено, до крайніх отворів можна запаяти шматочки багатожильних монтажних дротів, за допомогою яких приєднати крайні виводи потенціометра. Середній вивід з одним із крайніх можна з'єднати безпосередньо на потенціометрі. Від того, який вивід ви з'єднаєте, буде залежати за годинниковою стрілкою чи проти регулюватиметься збільшення чи зменшення.

От і все. Деталі встановлено. Лишилося їх з'єднати, а для цього плату потрібно перевернути пайкою догори.

Вигляд реальної зібраної плати ви можете побачити на фото.

Перевертаємо плату, для того, щоб продовжити роботу. У нас є лише запаяні компоненти на своїх площинках. Для того, щоб не просто механічно повторювати дії, а розуміти, що ви робите і для чого – рекомендую перемалювати електронну схему пристрою. Саме вона буде подальшим нашим посібником.

Контролюючи себе і відмічаючи потрібні з'єднання на схемі, ми будемо відтворювати їх на нашій макетній платі.

Я не буду продукувати повторювані зображення на кожне відтворене з'єднання, а наведу макетну плату та схему з "доріжками-відрізками" поміченими різними кольорами. 

1. Найкоротше з'єднання: диністор із виводом G (затвором) симістора. Колір червоний.

2. З'єднайте внутрішні виводи терміналів між собою. Колір блакитний.

3. Створіть з'єднання між постійним та змінним резистором, додавши перемичку для його включення у режимі реостату. Колір зелений.

4. Наступне з'єднання – ланцюжок поєднання разом конденсатора, диністора і потенціометра. Колір жовтий.

5. Передостаннє з'єднання – середній вивід симістора з терміналом увімкнення навантаження, до якого приєднано резистор. Колір оранжевий.

6. Останнє, найдовше з'єднання – вивід Т1 симістора з терміналом приєднання напруги мережі живлення, до якого включено кінець конденсатора. Колір темно-синій.

Такі шинки сформуйте припоєм, спаюючи між собою сусідні площинки. Виглядає це приблизно ось так:

Не звертайте уваги на певні огріхи, ця макетна плата вживана, тож побувала у бувальцях.

Все. Регулятор готовий. Якщо вам заважатиме зайвий шматочок монтажної плати, просто відріжте його, або відкусіть кусачками, перекушуючи перетинки між отворами.

Наш регулятор не вершина технічного прогресу, він має недоліки. Основне його призначення – регулювання напруги на пасивному (нагрівальні пристрої, лампочки розжарення, паяльники і т. ін.) навантаженні. Та мета була єдина – ознайомити аматора-початківця з технологією власноручного виготовлення простого регулятора, який би давав змогу підтримувати необхідну температуру жала, захищаючи паяльник від перегріву. Мета досягнута, регулятор відповідає жаданому призначенню. 

До речі, за умови використання в регуляторі симісторів серії ВТА, ВТВ, для управління активним навантаженнями (електродвигуни, трансформатори) з індуктивною складовою, завдяки їхнім характеристикам можна обійтись без снабера (snubber). Ділянки кола, яка виконує роль своєрідного амортизатора для захисту силових елементів від надмірних імпульсних сплесків. Хоча й тут не обійшлося без певних нюансів, втім, про це пізніше.

Неначебто все. Я намагався пояснити детально, саме з врахуванням потреб початківців. Гадаю у вас усе вийшло вдало.

Нагадаю ще раз: плата не розв'язана гальванічно з мережею, тому усі металеві частини мають потенціал 220 В по відношенню до землі. Вмикати, перевіряти, пробувати роботу цього пристрою слід після його монтування в ізольованому корпусі і на важіль потенціометра обов'язково повинна бути одягнена пластикова ручка. Торкатися будь-якої металевої частини регулятора, після увімкнення його до мережі, вкрай небезпечно!

Юним аматорам радив би проводити експерименти з мережею 220 В лише у присутності дорослих членів сім'ї. Та й взагалі, початківцям, які не мають досвіду роботи з високою, небезпечною напругою, не завадило б скористатися під час таких експериментів допомогою товариша. Суто для страховки. Продовження