Простой регулятор мощности на тиристорах: описание,схема и устройство

Регуляторы мощности на тиристорах – это самые распространенные конструкции, которые изготавливают радиолюбители. Прошли давно времена, когда монтаж аппаратуры производился паяльниками мощностью 80 Вт и больше. Современные элементы имеют малые габариты и их можно без особого труда спаять паяльником, мощность которого 40 Вт и даже меньше. Но вот проблема заключается в том, что такой инструмент часто перегревается, дымит и шипит. А тонкое жало, которым производятся все работы, очень быстро сгорает, покрывается слоем нагара. Производить пайку таким прибором становится очень сложно.

Для чего нужен регулятор мощности

Регулятор мощности паяльника на тиристоре позволяет установить пороговое значение температуры жала. Но четкой градуировки у прибора не будет, так как напряжение в сети может колебаться от 200 до 250 вольт. В некоторых случаях и вовсе оно снижается до критического значения в 170-180 В. Поэтому ориентироваться нужно на то, как ведет себя припой при касании его жалом. Канифоль должна дымиться и плавиться, но без выделения брызг и шипения. Пайка должна получаться блестящей и контурной.

Приборы для регулировки мощности не нужны паяльным станциям – там уже имеются встроенные блоки термостабилизации, регуляторы нагрева и температуры, а также цифровая индикация всех параметров. Но стоимость паяльной станции очень высокая – самая простая обойдется в 3000 рублей. И если вы выполняете работы небольших объемов, можно использовать простой паяльник мощностью до 25 Вт и тиристорный регулятор. Конечно, качество пайки зависит от опыта мастера.

Принцип работы тиристоров

Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый элемент структуры p-n-p-n. В цепях постоянного тока эти элементы не применяются, так как в таком случае его отключить становится очень сложно. Тиристоры применяются при разработке устройств, которые работают в цепях с высоким напряжением и током. И если тиристор будет работать при постоянном токе, то приходится идти на разные ухищрения.

На схемах тиристор обозначается примерно так же, как и полупроводниковый диод. С единственным отличием – имеется еще управляющий вывод. По сути, тиристор может использоваться в выпрямителях, так как у него односторонняя проводимость. Но применить его в качестве выпрямительного устройства можно только в том случае, если на управляющий электрод подать положительное напряжение. В советской литературе тиристоры называли управляющими диодами. До тех пор, пока не будет подан импульс на управляющий вывод, элемент полностью закрыт. Причем во всех направлениях.

Подключение светодиода для индикации работы

Через тиристор к источнику питания 9 В подключается светодиод через ограничительный резистор. При помощи кнопки поступает напряжение от делителя, собранного на резисторах, к управляющему электроду тиристора. В этом случае элемент переходит в открытое состояние и пропускает ток, который поступает на светодиод.

Кнопка, используемая в схеме, не имеет фиксатора, но при ее отпускании светодиод все равно продолжит светиться. Следовательно, нажатие на кнопку дает импульс тока, который откроет переход тиристора и заставит загореться светодиод. Причем повторные нажатия не заставят светодиод погаснуть или изменить яркость свечения. Такую схему можно использовать в простом регуляторе мощности на тиристоре, чтобы сделать индикацию.

Небольшие нюансы

Тиристор исправен, если переход открывается путем нажатия на кнопку. Из такого состояния его смогут вывести только внешние факторы. Такой простой прибор можно использовать, например, для диагностики исправности элемента.

Но бывают и исключения. Например, при нажатии кнопки загорается светодиод, а после отпускания он тут же гаснет. В чем может быть проблема? Нет, все с силой нажатия нормально – от нее не зависит качество работы схемы. От длительности импульса тоже не зависит работа. Тогда от чего? Существует такая характеристика, как ток удержания – вполне возможно, что в цепи он меньше, нежели по паспорту у тиристора.

Для того чтобы все заработало, нужно просто вместо светодиода установить простую лампу накаливания. Стоит заметить, что ток удержания – это характеристика, которая имеет очень большой разброс. В некоторых случаях приходится осуществлять подбор тиристора для использования в конкретной схеме. У импортных элементов ток удержания имеет меньший разброс, поэтому их все чаще применяют в конструкциях.

Как можно закрыть переход тиристора?

Но вот проблема в том, что никаким способом закрыть элемент не получится. При помощи подачи напряжения на управляющий электрод можно только включить светодиод. Есть элементы запираемого типа. Но они в регуляторах мощности на тиристорах или выключателях не используются. Обычные тиристоры отключаются только в том случае, если перестанет протекать ток по участку анод-катод.

Самый простой способ – отключить батарейку (источник постоянного напряжения) от всей схемы. В этом случае тиристор закроется и светодиод потухнет. И если снова подключить батарейку к схеме, светодиод гореть не будет. Придется нажимать на кнопку для запуска всей схемы.

Второй способ закрытия тиристора

Еще один способ закрытия тиристора – это замыкание анода и катода. Но вот в регуляторах напряжения и мощности на тиристорах используется не светодиод, а достаточно мощная спираль. И тепловая инерция у нее довольно большая. При коммутации тиристора таким способом можно получить снижение мощности спирали (паяльника) на 50%. Аналогично происходит регулировка мощности в бытовых микроволновках.

Конструкция простого регулятора мощности

На рисунке приведена практическая схема регулятора мощности на тиристоре. Обратите внимание на то, что снижать мощность спирали до нуля не нужно, по этой причине можно осуществить регулировку только положительного полупериода напряжения сети. Отрицательный может через полупроводниковый диод поступать сразу на спираль паяльника. Это позволит снизить мощность вдвое.

А вот положительный полупериод будет идти на тиристор, с помощью которого произойдет регулирование. Управление элементом очень простое – два резистора и конденсатор. Конденсатор заряжается, после чего от него поступает напряжение на управляющий электрод тиристора. В тот момент, когда напряжение на выводах конденсатора будет достаточно высоким, произойдет включение тиристора. И к нагрузке начнет протекать положительный полупериод сетевого напряжения. В это время происходит разряд конденсатора.

При помощи переменного резистора, установленного в цепи питания конденсатора, производится регулировка скорости заряда. Отсюда можно уловить простую закономерность: чем быстрее произойдет заряд конденсатора, тем быстрее откроется переход тиристора. Следовательно, скорее в нагрузку уйдет положительная часть полупериода напряжения сети. Это свойство используется во всех без исключения регуляторах мощности на тиристорах, управляющие цепочки только имеют различные конструкции.

Сложные схемы регуляторов

Рассмотренная выше схема может использоваться для регулирования мощности паяльника. Но проблема заключается в том, что плавность регулировки никакая, могут происходить скачки, да и схема работает только с одним полупериодом. Чуть более сложная схема регулятора мощности на тиристоре КУ202Н или подобном может быть реализована с небольшим усложнением.

А теперь рассмотрим более сложную конструкцию регулятора мощности на тиристоре. Своими руками ее собрать несложно, придется только найти нужные компоненты. В конструкции используется транзистор типа КТ117 – это разработка советских инженеров, у него две базы и один эмиттер, коллектора нет. Используется этот элемент только в схемах, где необходимо реализовать генерацию импульсов. Если нет возможности найти такой транзистор, его можно собрать из двух. Как и в прошлой конструкции, происходит регулирование только положительной полуволны, но более плавно. Переменным резистором регулируется скорость нарастания заряда на конденсаторе, который открывает тиристор.

А вот схема, в которой регулируется сразу два полупериода:

Это светорегулятор, напряжение, поступающее от сети, проходит через диодный мост и выпрямляется. Схема управления тиристором запитана от стабилитронов. Именно благодаря использованию мостового выпрямителя можно добиться регулировки обоих полупериодов сетевого напряжения.