Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC Как паять

Люди, далекие от радиоэлектроники, смутно представляют назначение и принцип действия терморезистора. Какие функции выполняет этот элемент? Для его он предусмотрен? Как маркируется? О каких тонкостях проверки и подключения необходимо знать? Какие бывают виды, и в чем их особенности? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Содержание
  1. Что такое терморезистор, общие положения
  2. Общий принцип действия
  3. Начало
  4. Программирование
  5. PTC
  6. Устройство и виды
  7. Подведение итогов
  8. Позистор
  9. На схеме позистор имеет следующее обозначение
  10. Применение позистора
  11. Термистор
  12. На схеме имеет следующее обозначение
  13. Область применения термисторов NTC
  14. Типы по принципу действия
  15. Где находится на схеме
  16. По виду нагрева
  17. Цифровая паяльная станция своими руками
  18. Технические характеристики
  19. Шаг 1. Обычные и цифровые паяльники
  20. Обычные паяльники с регулятором температуры
  21. Шаг 2. Компоненты и материалы
  22. Шаг 3. Проектирование
  23. Шаг 4. Принципиальная схема
  24. Шаг 5. Печатная плата
  25. Шаг 6. Калибровка понижающего преобразователя.
  26. Шаг 7. Сборка системы
  27. Шаг 8. 3D-печать корпуса
  28. Шаг 11. Разъём Hakko 907.
  29. Шаг 12. Подключение внешних компонентов
  30. Шаг 13. Программирование
  31. Шаг 14. Отрегулируйте контрастность ЖК-дисплея и вставьте ручку потенциометра.
  32. Шаг 15. Закройте корпус и включите устройство
  33. Шаг 17. Станция готова к работе!
  34. Как подключить
  35. Главные параметры терморезисторов
  36. Термопара
  37. Где используется (сфера применения)
  38. Смотрите видео
  39. Классификация по температурному срабатыванию
  40. Смотрите видео по теме
  41. Как проверить с помощью мультиметра
  42. Базовые характеристики терморезисторов

Что такое терморезистор, общие положения

Терморезистор — полупроводниковый элемент с меняющимися характеристиками (по сопротивлению) в зависимости от температуры. Изделие изобрели в 1930 году, а его создателем считается известный ученый Самуэль Рубен.

С момента появления терморезистор получил широкое распространение в радиоэлектронике и успешно применяется во многих смежных сферах.

Деталь изготавливается с применением материалов, имеющих высокий температурный коэффициент (ТК). В основе лежат специальные полупроводники, по характеристикам превосходящие наиболее чистые металлы и их сплавы.

Читайте также:  Чем можно заменить канифоль для пайки. Чем можно в домашних условиях заменить паяльник?

При получении главного резистивного элемента применяются оксиды некоторых металлов, галогениды и халькогениды. Для изготовления используется медь, никель, марганец, кобальт, германий, кремний и другие вещества.

В процессе производства полупроводнику придется разная форма. В продаже можно найти терморезисторы в виде тонких трубок, крупных шайб, тонких пластинок или небольших круглых элементов.  Некоторые детали имеют габариты, исчисляемые несколькими микронами.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Основные виды терморезисторов — термисторы и позисторы (с отрицательным и положительным ТКС (температурный коэффициент сопротивления) соответственно. В термисторах с ростом температуры сопротивление падает, а позисторах, наоборот, увеличивается.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Общий принцип действия

Терморезисторы делаются максимально чувствительными к изменению температурного режима, ведь на этом принципе они и работают. При отсутствии нагрева атомы, входящие в состав детали, находятся в правильном порядке и формируют длинные ряды.

В случае нагрева количество активных «переносчиков» заряда растет. Чем больше таких единиц, тем выше проводимость материала.

При изучении кривой зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом лучшие характеристики терморезистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учесть, что принцип действия таких деталей строится на корреляции между температурным режимом и металлами в составе детали.

Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре.

Создаваемое электрическое поле подталкивает электрон, который перемещается до момента удара об атом. По этой причине движение электрона затормаживается.

При росте температуры атомы двигаются активнее. При таких обстоятельствах исходный актом быстрее столкнется с другим элементом. В результате возникает дополнительное сопротивление.

После снижения рабочей температуры электроны «падают» в нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Иными словами, они меньше перемещаются и не создают такого сопротивления.

В случае повышения температуры растет и показатель R. Но здесь нужно учесть тип терморезистора, от которого зависит принцип повышения и роста сопротивления при изменении температурного режима.

https://youtube.com/watch?v=H6VWREEo62s%3Frel%3D0%26modestbranding%3D1

Термистор паяльника и термисторы NTC

Здравствуй, Хабрасообщество. После прочтения нескольких статей на хабе Arduino я загорелся заполучить эту игрушку. И вот недавно получил посылку с платой. Затем побаловался со светодиодами и захотел чего-нибудь посерьёзнее. Решил сделать простейший термометр, используя всего термистор, резистор на 10 кОм и LCD дисплей. Кому интересно что получилось — прошу под кат.

Начало

Термистор — это переменный резистор, меняющий своё сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Нам потребуются следующие детали:
Arduino Uno — 1 шт
Термистор — 1 шт
Резистор c сопротивлением 10 кОм — 1 шт
LCD дисплей HJ1602A — 1 шт
Соединительные перемычки — несколько штук

Всё это у меня было, поэтому я сразу начал проектирование на breadboard.

Ножки к экрану я еще припаял в день покупки.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Затем присоединяем экран к выходам Arduino. У моего экрана распиновка такая.

1 (GND) GND — Земля
2 (VDD) 5v — Питание(+)
3 (VO/Contrast) — Управление контрастностью (сюда я подключил переменный резистор)
4 (RS) — 12 — Канал данных
5 (RW) — 11 — Канал данных
6 (E) — 10 — Канал данных
11 (DB4) — 5 — Канал данных
12 (DB5) — 4 — Канал данных
13 (DB6) — 3 — Канал данных
14 (DB7) — 2 — Канал данных
15 (BL1/Backlight1) — 13 — Питание подсветки(+)
16 (BL2/Backlight2) — GND — Земля(-)

Получилась вот такая картина.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Далее подключим одну ногу термистора к аналоговому входу A4 и резистор на 10 кОм в землю, а вторую ногу термистора к 5V.

Термистор паяльника и термисторы NTC

В общем то и всё. Аппаратная часть готова. Вот схема.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Программирование

С программированием тут всё понятно. Исходный код скетча:

Результат работы программы.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Искать в каталоге
Искать в этой группе

BEL FUSE — CIRCUIT P35

Центральный офис / склад

Николая Ершова, 28

ул. Терешковой, 22А

Максима Горького, 65А

переулок 1905 года, 9

PTC термисторы (позисторы) – полупроводниковые устройства, у которых увеличивается электрическое сопротивление с ростом температуры. То есть они имеют положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Позисторы представляют собой терморезисторы, которые изготовлены из твёрдых растворов на основе титаната бария, у которых показатель ТКС на порядок больше, нежели у металлов и их сплавов.

PTC термисторы могут быть низкотемпературными (для работы при температуре до 170 К), среднетемпературными (170 – 510 К) и высокотемпературными (570 – 1300 К).

Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Брянск, Владимир, Волгоград, Вологда, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Иркутск, Казань, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Липецк, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Орёл, Пенза, Пермь, Псков, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Саранск, Саратов, Смоленск, Ставрополь, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Чебоксары, Челябинск, Ярославль.
Доставка в пункты выдачи заказов Pickpoint, OZON, DPD, CDEK, «Связной», а также Почтой России в Тольятти, Иркутск, Хабаровск, Владивосток, Махачкала, Оренбург, Новокузнецк, Чебоксары, Калининград, Улан-Удэ, Сочи, Брянск, Сургут, Нижний Тагил, Чита, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Тамбов, Петрозаводск, Нижневартовск, Новороссийск, Йошкар-Ола и еще в более чем 1000 городов и населенных пунктов по всей России.

Товары из группы «PTC термисторы» вы можете купить оптом и в розницу.

Inrush Current Limiter Thermistors1

ограничение пусковых токов43подавление пускового тока19

NTC термисторы – полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

NTC термисторы работают таким образом, что при увеличении температуры их сопротивление наоборот уменьшается, то есть они имеют отрицательный ТКС.

Термисторы изготавливаются из смесей поликристаллических оксидов переходного металла (оксид марганца, кобальта, никеля или меди), легированных полупроводников (германий и кремний), которые имеют высокий температурный коэффициент сопротивления, на порядки больший, нежели ТКС металла и его сплавов.

Товары из группы «NTC термисторы» вы можете купить оптом и в розницу.

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

  • Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
  • Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
  • Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
  • В машинах для нагрева тракта впуска.
  • Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Устройство и виды

Терморезистор — полупроводниковый элемент, который в зависимости от вида меняет сопротивление при росте/снижении температуры. Сегодня выделяется два вида изделий:

В зависимости от типа полупроводника при его производстве применяются разные элементы. Как отмечалось, при создании резистивных элементов используются оксиды, халькогениды и галогениды различных металлов, а конструктивное исполнение может меняться в зависимости от сферы назначения.

Терморезистор является полупроводниковым прибором, работающим по принципу переменного сопротивления.

Термистор паяльника и термисторы NTC

При изменении температуры его внутреннее сопротивление меняется в зависимости от выбранного типа датчика. Существуют две разновидности данного электрического полупроводника:

  • NTC-терморезистор (сопротивление падает при увеличении температуры);
  • PTC-терморезистор (сопротивление увеличивается с ростом температуры).

Из особенностей датчика можно выделить его точность к измеряемой температуре. Погрешность терморезистора составляет всего 0.05 градусов Цельсия. Диапазон измерения: от -50о до +300 градусов на любом замеряемом промежутке.

Термистор паяльника и термисторы NTC

  • с повышением температуры срок эксплуатации сокращается. Производитель дает гарантию до 1000 часов работы;
  • для точного показания требуется калибровка с эталонным измерителем.

Подведение итогов

Точность показания температур безусловно выше у терморезисторых датчиков, однако термопары могут похвастаться большим диапазоном измерения. Материал, из которого сделан терморезистор, со временем деградирует, тогда как термопары живут гораздо дольше. Методы определения температур у датчиков отличаются. Для каждого типа нужен свой прибор или контроллер, позволяющий контролировать показания.Главным критерием выбора можно считать диапазон измерения. Если температура превышает порог в 300 градусов, следует применять термопару. В противном случае нет смысла переплачивать, можно обойтись недорогими термосопротивлениями, поскольку термопара стоит на порядок дороже.

Позистор

— это электронный компонент, имеющий положительный коэффициент сопротивления и выполняющий двойную функцию: нагревателя и температурного датчика. При подаче высокого напряжения или тока электронный компонент греется. Чем выше становится температура, тем сильнее увеличивается его внутреннее сопротивление, а значит меньше тока будет протекать через элемент. Нагрев РТС-компонента может происходить под воздействием внешней среды. В этом случае он работает, как датчик температуры.Позисторы имеют корпусное исполнение в виде круглых шайб, залитых эмалью, либо в виде керамических элементов, последовательно установленных в едином корпусе.

Термистор паяльника и термисторы NTC

На схеме позистор имеет следующее обозначение

Термистор паяльника и термисторы NTC

Применение позистора

Поскольку позистор является достаточно точным компонентом, его область применения в радиоэлектронике следующая:

  • защита первичных цепей обмотки трансформаторов;
  • эффективный пускатель тока электродвигателей;
  • ограничитель тока в нагревательных устройствах (паяльники, клеевые пистолеты, отопительные радиаторы);
  • размагничивание старых кинескопных телевизоров.

Термистор

– чувствительный электронный компонент с отрицательным коэффициентом сопротивления. При нагреве его внутреннее сопротивление начинает падать. Компонент может служить в виде температурного датчика или переменного резистора (в качестве защиты от перегрева в электрических цепях). Параметры термистора не линейны, это значит, что при повышении температуры сопротивление падает непропорционально и неравномерно.Корпус термистора выполнен виде бусинок, покрытых керамикой или стеклом, которые отличаются между собой размерами.

Термистор паяльника и термисторы NTC

На схеме имеет следующее обозначение

Термистор паяльника и термисторы NTC

Один из существенных недостатков терморезистора – это несовпадение характеристик при изготовлении по одному и тому же техпроцессу. Компоненты в одинаковых условиях могут выдавать разные данные, поэтому при замене одного компонента на аналогичный требуется повторная калибровка. При длительной эксплуатации в условиях повышенной температуры NTC-терморезисторы со временем начинают деградировать и нуждаются в замене. Максимальная температура эксплуатации датчиков – 300 градусов Цельсия.

Область применения термисторов NTC

  • измерение температуры радиокомпонентов компьютера и мобильной техники (процессоров и чипов памяти, жестких дисков, видеокарт и т.д.);
  • в блоках питания и литий-ионных (Li-ion) батареях в качестве защиты от перегрева;
  • в офисной технике (лазерных принтерах и факсах);
  • в 3D-принтерах (для экструдеров и подогреваемых столиков).

По сути оба компонента умеют контролировать температуру, но сопротивление РТС- терморезистора с нагревом стремится к бесконечности, тогда как сопротивление NTC-терморезистора при тех же условиях стремится к нулю. Чтобы произвести измерение температуры, необходим контроллер, который будет вычислять данные сопротивления компонентов.

Типы по принципу действия

Терморезисторы различаются по принципу действия. Выделяется два типа:

  • . К этой категории относятся термопары, термодатчики, заполненные термометры и термометры биметаллического типа.
  • . В эту группу входят терморезисторы, построенные на инфракрасном принципе действия. Они активно применяются в оборонной сфере, благодаря способности выявлять тепловое излучение ИК и оптических лучей (выделяются газами и жидкостями).

Где находится на схеме

Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, TH1 или RK1.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.

Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.

Термистор паяльника и термисторы NTC

По виду нагрева

По способу нагревания терморезисторы делятся на два типа:

  • ПРЯМОГО НАГРЕВА. Подразумевается изменение температуры детали под действием окружающего воздуха или тока, протекающего через деталь. Устройства с прямым нагревом чаще всего применяются для решения двух задач — изменения температуры или восстановления нормального режима. Такие терморезисторы применяются в градусниках, ЗУ, термостатах и других устройствах.
  • КОСВЕННОГО НАГРЕВА. В отличие от прошлого типа здесь нагрев происходит из-за элементов, находящихся в непосредственной близости от резистора. Узлы никак не взаимосвязаны. При таком подходе сопротивление полупроводника обуславливается изменением тока, который проходит через близлежащий элементы. Терморезисторы, работающие на косвенном принципе, нашли применение в мультиметрах (комбинированных приборах).

Цифровая паяльная станция своими руками

Термистор паяльника и термисторы NTC

В этом посте мы будем делать в домашних условиях недорогую цифровую паяльную станцию Hakko 907! Она способна поддерживать переменную и постоянную температуру (до 525 °C). Для создания паяльной станции потребуются несколько компонентов общей стоимостью всего 7 долларов (не считая блока питания, но можно использовать уже имеющийся блок питания). Мне не удалось найти подробные инструкции по созданию такой станции, поэтому я решил подготовить собственный туториал с подробным описанием процесса.

Технические характеристики

  • Станция совместима с ручными паяльниками аналогичного типа.
  • Температурный диапазон: от 27 до 525 °C.
  • Время прогрева: от 25 до 37 с (до 325 °C).
  • Рекомендованный источник питания: 24 В, 3 А.
  • Мощность: 50 Вт (средняя).

Схема сборки, разводка печатной платы, код и файлы стандартной библиотеки шаблонов доступны по ссылке.

Шаг 1. Обычные и цифровые паяльники

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Как и любой самодельщик, я взял за основу обычный паяльник. Эти паяльники отлично проявляют себя в работе, однако у них есть ряд недостатков. Любому домашнему мастеру, кто хоть однажды паял, известно, что нагрев таких паяльников занимает от 7 до 15 минут и только после этого их можно использовать по назначению. После нагревания такие паяльники продолжают работать в максимальном температурном диапазоне. В некоторых случаях такие паяльники при длительном контакте с электронными компонентами могут их повредить. Я на своём опыте знаю, что, если неудачно дотронуться сильно разогретым наконечником паяльника до перфорированной макетной платы, можно повредить приклеенный на плату медный слой. Вообще говоря, таких ошибок можно избежать, и для этого существуют свои способы и приёмы, но, стоит только попробовать пайку с цифровой паяльной станцией, у вас никогда не возникнет желания вернуться к старым методам.

Обычные паяльники с регулятором температуры

Для регулирования температуры нагрева обычных паяльников существует простой и распространённый способ – подключить в цепь питания регулятор температуры, ограничивающий мощность, подаваемую на нагревательный элемент. Такие регуляторы устанавливаются на продукты довольно часто. В своё время у меня была паяльная станция Weller с таким регулятором. И это было на самом деле очень удобно! Единственным недостатком такого способа является отсутствие замкнутого контура температурной обратной связи. В некоторых случаях температура паяльника будет меньше установленной регулятором, так как по мере пайки поглощающих тепло компонентов температура наконечника будет снижаться. Чтобы компенсировать падение температуры, можно повернуть регулятор, но, стоит прекратить пайку, температура снова повысится. Время разогрева паяльника можно несколько уменьшить, если повернуть регулятор в крайнее (максимальное) положение, а после разогрева повернуть его обратно.

Цифровая паяльная станция

Я предпочитаю третий способ – самый любимый. Он довольно схож со способом использования паяльника с регулятором температуры, но при этом все действия выполняются автоматически с помощью PID-системы (системы с пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором). Говоря простым языком, такая автоматизированная электронная система управления паяльной станцией «поворачивает» ручку регулятора температуры за вас. Если система обнаружит, что температура наконечника паяльника опустится ниже установленного значения, система повысит мощность до значения, необходимого для выработки тепла на наконечнике паяльника. Если температура паяльника поднимется выше установленного значения, питание на паяльник перестанет подаваться, что приведёт к снижению температуры. С помощью такой системы ускоряется весь процесс пайки – система постоянно включает и отключает нагревательный элемент паяльника и, таким образом, поддерживает постоянную температуру на его наконечнике. Поэтому при использовании цифровых паяльных станций паяльник разогревается значительно быстрее.

Шаг 2. Компоненты и материалы

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

В зависимости от того, где вы собираетесь купить компоненты станции, итоговая цена системы может оказаться разной (советую закупить компоненты на Aliexpress, так выйдет дешевле всего). Я ещё попробую выяснить, в каких именно интернет-магазинах можно приобрести самые дешёвые компоненты, и, возможно, внесу в ссылки некоторые изменения. Свои компоненты я приобрёл в местном магазине E-Gizmo Mechatronics Manila.Требуемые материалы:

  • Программируемый контроллер Arduino Nano.
  • Понижающий преобразователь (MP2303 производства D-SUN).
  • Гнездовой 5-штырьковый DIN-разъём.
  • Гнездо для подключения внешнего источника постоянного тока (2,1 мм).
  • Источник питания 24 В, 3 A.
  • ЖК-дисплей 16X2 I2C.
  • Операционный усилитель LM358.
  • МОП-транзистор IRLZ44N (я использовал IRLB4132, он лучше).
  • Электролитический конденсатор 470 мкФ, 25 В.
  • Сопротивление 470 Ом, 1/4 Вт.
  • Сопротивление 2,7 кОм, 1/4 Вт.
  • Сопротивление 3,3 кОм, 1/4 Вт.
  • Сопротивление 10 кОм 1/4 Вт.
  • Потенциометр 10 кОм.

ЗАМЕЧАНИЕ: на принципиальной схеме и печатной плате ошибочно указан транзистор IRFZ44N. Следует использовать транзистор IRLZ44N, это версия транзистора IRFZ44N логического уровня. В моей системе я использовал транзистор IRLB4132, так как его у нас легче купить. Можно использовать и другие МОП-транзисторы. Они будут нормально работать, если их технические характеристики соответствуют приведённым ниже. В старой версии паяльной станции я использовал транзистор IRLZ44N.

Рекомендованные технические характеристики МОП-транзисторов:

  • N-канальный МОП-транзистор логического уровня – МОП-транзисторы логического уровня можно непосредственно подключать к штыревому соединителю логической платы (цифровому штырьку Arduino). Поскольку напряжение насыщения затвора ниже обычных напряжений Vgs стандартных МОП-транзисторов, на МОП-транзисторе логического уровня предусмотрен затвор для подачи напряжений насыщения 5 или 3,3 В (Vgs). Некоторые производители не указывают это в технических характеристиках. Это отражено на кривой зависимости Vgs от Id.
  • Значение Vds должно быть не менее 30 В – это предельное значение напряжения МОП-транзистора. Мы работаем на 24 В, и, в принципе, значения напряжения Vgs 24 В должно хватить, но обычно, чтобы обеспечить стабильную работу, добавляется некоторый запас. Стандартное значение напряжения Vgs для большинства МОП-транзисторов составляет 30 В. Допускается использование МОП-транзисторов с более высокими напряжениями Vgs, но только в том случае, если другие технические характеристики не выходят за пределы диапазона.
  • Сопротивление Rds(on) 0,022 Ом (22 мОм): чем ниже, тем лучше. Rds(on) – это сопротивление, формируемое на контактах стока и истока МОП-транзистора в состоянии насыщения. Проще говоря, чем ниже значения сопротивления Rds(on), тем холоднее будет МОП-транзистор. При увеличении значения Rds(on) МОП-транзистор будет при работе нагреваться благодаря рассеиванию мощности из-за – хоть и небольшой, но всё-таки присутствующей – резистивности МОП-транзистора, даже если он находится в состоянии проводимости.
  • Id не менее 3 А (я предлагаю более 20 А) – это максимальный ток, который может выдержать МОП-транзистор.

Шаг 3. Проектирование

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Внутри паяльника Hakko 907 находится нагревательный элемент, рядом с которым размещается датчик температуры. Оба этих элемента имеют керамическое покрытие. Нагревательный элемент представляет собой обычную спираль, генерирующую тепло при подаче питания. Датчик температуры фактически представляет собой терморезистор. Терморезистор ведёт себя аналогично резистору – при изменении температуры сопротивление терморезистора меняется.

Таинственный терморезистор Hakko

К сожалению, Hakko не приводит практически никаких данных о терморезисторе, установленном внутри нагревательных элементов. Для меня это много лет оставалось загадкой. Ещё в 2017 году я провёл небольшое лабораторное исследование, пытаясь узнать тепловые характеристики таинственного терморезистора. Я прикрепил датчик температуры к наконечнику паяльника, подключил омметр к штырькам терморезистора и подал питание на нагревательный элемент с испытательного стенда. Увеличивая температуру паяльника, я фиксировал соответствующие сопротивления терморезистора. В итоге у меня получился график, который оказался полезным при разработке электрической схемы. Потом я выяснил, что, возможно, этот терморезистор представляет собой терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Другими словами, по мере повышения температуры вблизи терморезистора сопротивление терморезистора также увеличивается.(При выполнении следующих шагов рекомендую сверяться с третьим рисунком.)

Делитель напряжения для датчика

Чтобы избавиться от возможной проблемы, связанной с пропуском температурных значений, я использовал операционный усилитель, усиливающий низкое пиковое значение выходного напряжения делителя напряжения (1,6 В). Расчёты, представленные на третьем рисунке, устанавливают требуемое минимальное значение коэффициента усиления и значение коэффициента усиления, выбранное мной для рабочей системы. Я не стал доводить коэффициент усиления до значения, при котором 1,6 В на выходе делителя напряжения превращались бы в 5 В опорного напряжения АЦП в Arduino, так как мне хотелось обеспечить определённый запас, если другие паяльники Hakko, подключаемые к делителю напряжения, будут выдавать напряжения выше 1,6 В (что может привести к нелинейным искажениям). Достаточно большой запас обеспечивается при использовании коэффициента усиления 2,22, при этом система сможет работать с другими моделями паяльников.

Шаг 4. Принципиальная схема

Термистор паяльника и термисторы NTC

В качестве коммутационного устройства для регулирования напряжения методом широтно-импульсной модуляции в проекте используется простой N-канальный МОП-транзистор логического уровня. Он выступает в качестве цифрового переключателя, подающего питание на нагревательный элемент. Нереверсивный операционный усилитель (LM358) используется для усиления очень малых напряжений, выдаваемых терморезистором делителя напряжения. В качестве регулятора температуры используется потенциометр 10 кОм, а светодиодный индикатор представляет собой обычный индикатор, который я подключил и запрограммировал таким образом, чтобы он отображал состояние активности нагревательного элемента. В данном проекте я использовал ЖК-дисплей 16X2 с драйвером интерфейсной шины I2C, так как новичкам в электронике в нём проще разобраться.

Шаг 5. Печатная плата

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Шаг 6. Калибровка понижающего преобразователя.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Поскольку большинство клонов программируемого контроллера Arduino Nano способны принимать входное напряжение не более 15 В (более высокое напряжение может вывести из строя пятивольтовый регулятор AMS1117), а нагревательному элементу для оптимальной работы требуется напряжение 24 В, для совместной работы обоих этих компонентов я ввёл в схему понижающий преобразователь. Регулятор AMS1117 5 В, присутствующий в большинстве клонов программируемого контроллера Arduino Nano, имеет падение напряжения 1,5 В, другими словами, входное напряжение на VIN-контакте Arduino Nano должно составлять 6,5 В (5 В + 1,5 В).

  • Установите напряжение на источнике питания 24 В.
  • Подключите источник питания ко входу понижающего преобразователя.
  • С помощью мультиметра отслеживайте напряжение на выходе понижающего преобразователя.
  • Отрегулируйте подстроечный резистор до значения напряжения на выходе 6,5 В.
  • Для обеспечения более высокой стабильности можно установить значение 7 В.

Шаг 7. Сборка системы

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Для сборки системы воспользуйтесь принципиальной схемой или схемой размещения компонентов (см. предыдущие этапы).

Шаг 8. 3D-печать корпуса

Мои настройки 3D-принтера:

  • Высота уровня 0,3 мм.
  • Сопло 0,5 мм.
  • Заполнение 30 %.

Файлы для 3D печати (Solidworks и STL): Шаг 9. Финишная отделка корпуса (покраска и шлифовка).

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

После завершения печати полученный 3D-корпус корпус можно отшлифовать. Свой корпус, чтобы он выглядел более изящно, я выкрасил в чёрный цвет.Шаг 10. Установка внешних компонентов.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Закрепите на свои места в корпусе ЖК-дисплей, потенциометр 10 кОм, гнездо для подключения внешнего источника постоянного тока и плату. С помощью суперклея прикрепите DIN-разъём и ЖК-дисплей к корпусу.

Шаг 11. Разъём Hakko 907.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

У вас, как и у меня, может возникнуть проблема с 5-штырьковым DIN-разъёмом для паяльника Hakko. Штырьковый разъём можно вырезать из паяльника и заменить его на 4-штырьковый разъём (возможно, у вас такой имеется). У меня нашлась пара 5-штырьковых DIN-разъёмов, однако не та, которая используется на Hakko. Третий штырёк – это обычный контакт заземления, его можно игнорировать, если не хочется возиться со схемой заземления и защитой от статического электричества.

Шаг 12. Подключение внешних компонентов

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Такое подключение можно выполнить согласно принципиальной схеме (см. предыдущие шаги). Для дополнительной защиты я рекомендую добавить предохранитель в цепь от гнезда для подключения внешнего источника постоянного тока до платы. Я предохранитель не ставил, так как в моём блоке питания предохранитель уже имеется.

Шаг 13. Программирование

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

  • Подключите программируемый контроллер Arduino к компьютеру.
  • Загрузите шаблон моей программы.
  • Внесите в шаблон необходимые изменения.
  • Для паяльников Hakko 907 я использовал стандартные значения.
  • После калибровки эти значения, возможно, придётся изменить.
  • Не забудьте установить библиотеки Wire.h и LiquidCrystal_I2C.h.

Как работает код

В коде не используется техника PID. В первой версии я использовал старый PID-код, и он работает практически так же, как компараторная версия кода (в этом руководстве). Я остановился на более простой версии, так как с ней легче работать (настраивать, модифицировать и пр.). Я могу отправить по электронной почте версию PID, но она мало что изменит. Код Arduino (V1.0)

Шаг 14. Отрегулируйте контрастность ЖК-дисплея и вставьте ручку потенциометра.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Если контроллер Arduino и 16×2 ЖК-дисплей ранее вами не использовались, первым делом нужно настроить подстроечный резистор контрастности ЖК-дисплея. После завершения настройки вставляется пластиковая ручка потенциометра контроля температуры.

Шаг 15. Закройте корпус и включите устройство

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Теперь можно закрепить заднюю панель корпуса. Но перед этим необходимо проверить правильность калибровки паяльной станции. В качестве источника питания можно использовать аккумуляторные батареи или любой источник питания с выпрямителем из моего списка рекомендаций по источникам питания. Для получения максимальной производительности паяльной станции рекомендую использовать блок питания 24 В, 3 А. Таким блоком питания паяльной станции может быть импульсный источник питания в металлическом корпусе или, как вариант, зарядное устройство для ноутбука. Если вы не хотите покупать новый источник питания, можно приобрести б/у. Зарядные устройства для ноутбуков, как правило, имеют номинал 18 В, 2,5 A. Они работают нормально, но время разогрева паяльника может достигать 37 с.Шаг 16. Бонус: как повысить теплопередачу.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Совет: для обеспечения лучшей теплопередачи я обычно наношу на наконечник паяльника Hakko 907 термопасту. Этот приём хорошо работает и значительно улучшает теплообмен! В течение первых 30 минут работы нужно не забывать обдувать наконечник воздухом, так как паста может вскипеть и начать выделять испарения. Через 30 минут паста превратится в мелоообразное вещество. Со временем, когда нужно заменить наконечник, помните, что высушенная паста прилипнет к наконечнику и нагревательному элементу. Удалить мелоообразное вещество можно с помощью резинового молотка.

Шаг 17. Станция готова к работе!

Термистор паяльника и термисторы NTC

Я пользуюсь такой станцией уже почти 5 лет, и в этой статье рассказал о том, как изготовить её доработанную версию. Я внес небольшие усовершенствования в конструкцию, чтобы каждый, кого это заинтересовало, мог сделать то же самое. Интересно, получится ли у вас собрать такую станцию Hakko?

Термистор паяльника и термисторы NTC

Узнайте, как прокачаться в других специальностях или освоить их с нуля:

Другие профессии и курсы

Терморезисторы NTC — изделия, имеющие отрицательный температурный коэффициент. Их особенность — повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один или два порядка выше, чем у металла), небольшие габариты и широкий температурный диапазон.

Полупроводники NTC удобны в применении, стабильны в работе и способны выдерживать большую перегрузку.

Особенность NTC в том, что их сопротивление увеличивается при снижении температуры. И наоборот, если t снижается, параметр R растет. При изготовлении таких деталей применяются полупроводники.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Принцип действия прост. При повышении температуры число носителей заряда резко растет, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении детали, кроме полупроводников, могут применяться и переходные металлы.

При анализе NTC нужно учесть бета-коэффициент. Он важен в случае, если изделие применяется при измерении температуры, для усреднения графика и вычислений с помощью микроконтроллеров.

Как правило, термисторы NTC применяются в температурном диапазоне от 25 до 200 градусов. Следовательно, их можно использовать для измерений в указанном пределе.

Отдельного нужно рассмотреть сфера их использования. Такие детали имеют небольшую цену и полезны для ограничения пусковых токов при старте электрических двигателей, для защиты Li аккумуляторов, снижения зарядных токов блока питания.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Терморезистор NTC также используется в автомобиле — датчик, применяемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в машине.

Еще один способ применения — контроль температуры двигателя. В случае превышения безопасного предела, подается команда на реле, а дальше двигатель глушится.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

Не менее важный элемент — датчик пожара, определяющий рост температуры и запускающий сигнализацию.

Терморезисторы NTC обозначаются буквами или имеют цветную маркировку в виде полос, колец или других обозначений. Варианты маркировки зависят от производителя, типа изделия и других параметров.

Пример обозначения 5D-20, где первая цифра показывает сопротивление терморезистора при 25 градусах Цельсия, а расположенная рядом с ней цифра (20) — диаметр.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Чем выше этот параметр, тем большую мощность рассеивания имеет изделие. Чтобы не ошибиться в маркировке, рекомендуется использовать официальную документацию.

Как подключить

Принцип подключения термисторов прост (на примере Arduino). Для этого потребуется монтажная плата, деталь и резистор на 10 кОм. Так как изделие имеет высокое сопротивление, этот параметр для проводников не влияет на конечный результат.

Один контакт сопротивления подключается к контакту 5В, а второй — к контакту термистора.

Вторую отпайку терморезистора необходимо посадить на «землю». Центр двух резисторов подключается к контакту «Аналог 0).

Главные параметры терморезисторов

При выборе детали важно ориентироваться на ее показатели и характеристики, меняющиеся в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей.

При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.

  • ГАБАРИТЫ. При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме).
  • СОПРОТИВЛЕНИЯ RT и RT. Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
  • ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ Τ (СЕК). Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия.
  • ТКС (в % на один градус Цельсия). Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at.
  • Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.
  • Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне).
  • Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.
  • Коэффициент рассевания (измеряется в Вт на один градус Цельсия). Условное обозначение — H. Параметр отражает мощность, которая рассеивается на термическом резисторе при разнице в температурных режимах детали и окружающего воздуха на один градус.

Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик применяемого полупроводника и особенностей обмена тепла между изделием и окружающей его средой. Параметры связаны друг с другом через специальную формулу — G=H/100а.

Некоторые рассмотренные параметры связаны друг с другом. В частности, постоянная времени τ равна отношению между теплоемкостью и коэффициентом рассеивания.

При покупке позитрона, кроме указанных выше параметров, нужно учесть интервал позитивного температурного сопротивления и кратность изменения R в секторе положительного ТКС.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термопара

Термопара – это датчик, состоящий из двух разных по свойствам токопроводящих проводников, спаянных между собой. Измерение происходит за счет образования термической электродвижущей силы (напряжения), образованной между проводниками. В зависимости от холодного или горячего источника ток на датчике будет менять свое направление между положительным или отрицательным значением. Особых настроек датчик не требует, нужно лишь сверить показания с эталонным устройством.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Диапазон измерения датчика варьируется от -270 до 2500 градусов и зависит от применяемых внутри сплавов проводников. Например, вольфрам-рениевый сплав в термопаре способен измерить температуру до 2500 градусов Цельсия. К недостатку датчика можно отнести маленький выходной сигнал, который требует обязательного наличия электронного усилителя и преобразователя сигналов. Точность измерения зависит от размеров устройства, при неправильном выборе погрешность температуры достигает 2.5-4 градусов Цельсия.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термопара широко применяется в следующих отраслях:

  • в научных исследованиях и медицине;
  • в промышленности (изготовление металлопродукции);
  • в автоматизированных системах управления (ЧПУ станки).

Где используется (сфера применения)

Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важных при реализации процессов, зависящих от правильности настройки температурного режима.

Такой подход актуален для компьютерных технологий, устройств передачи информации, высокоточного промышленного оборудования и т. д.

Распространенный способ применения терморезисторов — ограничение токов, возникающих в процессе пуска аппаратов.

При подаче напряжения к БП конденсатор быстро набирает емкость, что приводит к протеканию повышенного тока. Если не ограничить этот параметр, высок риск повреждения (пробоя) диодного моста.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Для защиты дорогостоящего узла применяется термистор — элемент, ограничивающий ток в случае резкого нагрева. После нормализации режима температура снижается до безопасного уровня, и сопротивление термистора возвращается до первоначального уровня.

Смотрите видео

Смотрите познавательное видео по теме.

Классификация по температурному срабатыванию

Терморезисторы отличаются по температуре, на которую они реагируют при срабатывании. С этой позиции выделяются следующие типы деталей:

  • . Такие элементы срабатывают при температуре ниже 170 Кельвинов (минус 1020С). 1 Кельвин = минус 272,150С.
  • . Здесь диапазоне работы выше и находится между 170 и 510 Кельвинами.
  • . Терморезисторы такого класса работают при температурах от 570 Кельвинов.
  • . Выделятся также индивидуальная группа высокотемпературных термических резисторов, работающих в диапазоне от 900 до 1300 К.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Вне зависимости от вида (позисторы, термисторы) терморезисторы могут работать в разных температурных режимах и внешних условиях. При эксплуатации в условиях частых изменений температур первоначальные параметры детали могут меняться.

Речь идет о двух параметрах — сопротивлении детали в условиях комнатной температуры и коэффициенте сопротивления.

Смотрите видео по теме

Существует также еще два вида терморезисторов, которым стоит уделить внимание:

  • SMD — детали с особым типом монтажа (для внешнего крепления). Внешне они не сильно отличаются от конденсаторов SMD, изготовленных из керамики. Габариты соответствуют стандартному ряду — 1206, 0805, 0603 и т. д. По виду отличить такие изделия от терморезисторов SMD почти невозможно.
  • Встроенные. Применяются в паяльных станциях (для контроля температуры жала), в том числе термовоздушного типа.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Термистор паяльника и термисторы NTC

В дополнение стоит сказать, что в электронике вместе с терморезисторами используются термореле и термические предохранители, которые работают на похожем принципе и также устанавливаются в электронных приборах.

Как проверить с помощью мультиметра

Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.

С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.

  • Перевод прибора в режим замера сопротивления.
  • Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
  • Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
  • Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
  • Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.

Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.

Термистор паяльника и термисторы NTC

После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.

Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.

Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.

https://youtube.com/watch?v=VAYXMn6RnEM%3Frel%3D0%26modestbranding%3D1

Базовые характеристики терморезисторов

При оценке терморезисторов нужно учесть и проанализировать их характеристики:

  • Вольтамперная характеристика — кривая на графике, показывающая зависимость напряжения на образце от проходящего через терморезистор тока. График рисуется с учетом теплового равновесия с окружающей природой. Для позисторов и термисторов графики различаются.
  • Температурная характеристика. При построении графика снимается зависимость сопротивления от температуры в определенном режиме. По оси R выставляется параметр по принципу десятикратного увеличения (10Х), а по оси времени пропускается участок в диапазоне от нуля до 223 Кельвинов.
  • Подогревная характеристика. С помощью графика можно увидеть параметры термических резисторов, работающих на косвенном принципе. Иными словами, кривая отражает зависимость сопротивления детали от подаваемой к нему мощности. При указании графика масштаб по сопротивлению берется с учетом 10Х.

Термистор паяльника и термисторы NTC

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий