Электрический паяльник

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) П) 23 КЗ ОБРЕ ЬСТВУ НИЯ кл фиг./ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВИД(71) Ленинградский институт ядерной .физики им. Б.П.Константинова(54 ) ( 57) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПАЯЛЬНИКсодержаший паяльный стержень -и нагреватель из полупроводникового материала, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью улучшения егоэксплуатационных характеристик, полупроводниковый материал имеет-о-переход с малым динамическимсопротивлением на участке обратимоголавинообразного пробоя и большимположительным температурным коэффициентом напряжения пробоя.Изобретение относится к пайке и может быть использовано для проведения монтажа элементов радиоэлектронной аппаратуры (микросхем, транзисторов и т.п.) .Известен электрический паяльник, содержащий нагреватель, выполненныйиз полупроводникового материала, .обладающего при определенной темпе- ратуре большим положительным коэфФициентом сопротивления 1 .1 ООднако этот паяльник обладает следующими недостатками: нагреватель изготавливается на определенную температуру, которую невозможноизменять в процессе эксплуатации, 15 причем положение критической (рабочей) температуры материала дрейфует за счет старения и загрязнения, корректировать же изменившуюся рабочую температуру путем изменения приложенного напряжения практически невозможно; наличие "варисторного" эффекта приводит к снижению величины температурного коэффициента сопротивления и ухудшению положительных свойств материалов при нагреве их путем пропускания электрического тока; для нагревателей паяльников необходимы материалы с рабочей температурой 250 С и выше, а также матери алы обладают пониженнойвеличиной температурного коэффициента сопротивления.Известен также электрический паяльник, содержащий паяльный стержень и нагреватель из полупроводникового материала, например 5 и 66 и т.п. 2) .Чистые полупроводниковые (ПП) материалы обладаИт при нормальной температуре очень высоким удельным 40сопротивлением, что является существенным препятствием к изготбвлению нагревателя из них, так как для нормального Функционирования такиенагреватели потребовали бы очень 4 высоких питающих напряжений, что недопустимо при монтаже радиокомпонентов. Добавление в чистые ПП-материалы примесей резко уменьшает их удельное сопротивление, что в принципе делает возможным изготовление нагревателя паяльника с напряжением 10-300 В.Недостатком такого нагревателятак же как и нагревателя из чисто-, го полупроводникового материала) является большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления (все ПП термосопротивления имеют отрицательный ТКИ величиной в несколько процентов на градус 60 Цельсия). Действительно, при включении такого нагревателя,под нап". ряжение в начальный момент протека" ет очень малый ток (сопротивление велико) и он начинает медленно ра зогреваться, Но по мере разогревасопротивление нагревателя начинаетпадать, ток возрастает, что приводит к еще большему разогреву и увеличению тока, что, в конечном итоге,может привести к разрушению паяльника, если не предпринять специальных мер, например ограничения токана определенном уровне. Однако такойпаяльник с ограничением тока обладает очень низким КПД, так как наограничительном резисторе выделяется мощность, во много раз превышающая мощность паяльника,Цель изобретения - повышениеэксплуатационных характеристик паяльника.Указанная цель достигается тем,что в электрическом паяльнике, содержащем паяльный стержень и нагреватель из полупроводникового материала, полупроводниковый материалимеет р -п-переход с малым динамическим сопротивлением на участкеобратимого лавинообразного пробояи большим положительным температурным коэффициентом напряжения пробоя.На Фиг. 1 изображен предлагаемыйпаяльник, общий вид; на фиг. 2паяльное жало в двух проекциях; нафиг, 3 - зависимость вольтампернойхарактеристики от температуры,Паяльник содержит ручку 1 изизоляционного материала с трубкой 2,В трубку 2 запрессовано медное жало 3Питающие выводы 4 выведенычерез хлорвиниловую трубку 5. Кпаяльному жалу 3 тугоплавким припоемб припаян кристалл 7 из полупроводникового материала, в котором сформирован р -П-переход, К р -И-переходучерез балластный резистор прикладывается обратное напряжение, несколько превышающее напряжение пробоя р -И-перехода,Паяльник работает следующимобразом. При подаче напряжения на кристалл-нагреватель на нем начинает выделяться мощность, что приводит к быстрому разогреву паяльного стержня 1. Так как размеры кристалла-нагревателя чрезвычайно малы (1 х 2 х 2 мм), нагреватель может быть расположен непосредственно вблизи рабочей поверхности жала 8, а паяльное жало может быть весьма малых размеров (диаметром 2,5 мм и менее и длиной около 10 мм - такого запаса достаточно на производственный износ), мощность, необходимая для получения заданной температуры рабочей поверхности, резко уменьшается.В предложенном паяльнике качественная пайка микросхем и полупроводниковых приборов обеспечивается приподводимой мощности около одного ватта. Диаметр трубки 2 немногим более диаметра паяльного стержня, а длина этой трубки практически не ограничена, так как нагреватель находится на паяльном жале, что позволяет,изготавливать паяльник большой длины и малого диаметра для работы в труднодоступных местах. Использование кристалла с Р -й-пере-, ходом, имеющего вольтамперную харак теристику с положительным темпераурным коэффициентом напряженияТКН), способствует быстрому выходу на тепловой режим и существенно более высокому КПД. Кроме того, благо даря. положительному ТКН исключается возможность неограниченного саморазогрева паяльного стержня дажепри малых балластных сопротивлениях. Мощность, выделяемая на балластном сопротивлении, не превышает 0,3- 0,5 Вт, что позволяет разместить .его в ручке паяльника (т.е. электри.ческий,КПД паяльника составляет 60-80) .Вольтамперная характеристикаагревателя и зависимость этой хактеристики от температуры см. фиг. 3) и определяют, в конечном счете,положительные свойства паяльника. При определенном напряжении 0 на электродах прибора, например стабилитрона, предлагаемого в качестве нагревателя, ток начинает быстро возрастать, Напряжение Оявляется напряжением лавинообразного пробоя Р -й-перехода. Температурная З 5 зависимость напряжения пробоя оценивается величиной Эо относиЗТОотельным температурным коэффициентом напряжения пробоя (для стабилитронов это относительный ТКН стабилизации).Резкое возрастание тока при напряжениях выше Но происходит из-за лавинообразного размножения носите- . лей в запертом р -й-переходе прибора. 45 Температура нагревателя зависит от мощности, рассеиваемой в р -И-переходе, т.е. от,приложенного напряжения. Благодаря положительному ТКН пробоя в паяльнике имеет место ста-50 ; билизация температуры нагревателя при неизменном приложенном напряжении. Так, на фиг, 3 указаны две вольтамперные характеристики -О- перехода: одна при исходной темпеРатуре То, другая - при пониженной температуре Т,(понижение температуры происходит, например, при касании жалом паяльника массивной детали, подлежащей пайке). Благодаря крутому наклону характеристик малому значению динамического сопротивления-П-перехода на участке проАОбоя г = - 1 незначительное понижеф 1 /ние температуры вызывает резкое увеличение тока через нагреватель и соответствующее увеличение выделяемой мощности, стремящееся поддержать температуру йагревателя на прежнем уровне. Качество стабилизации тем выше, чем больше относительно (в процентах) изменение выделяемой внагревателе мощности при изменении температуры нагревателя на 1 ОС.Для предлагаемого паяльникаЭРРо "оЗР гт.е. стабильность температуры нагревателя (а также и эксплуатационные, свойства паяльника) тем лучше, чем больше температурный коэффициент напряжения пробоя-И-перехода и чем меньше его динамическое сопротивление. Для изготовления опытных образцов используются лишьр. -О-переходы от серийно выпускаемых кремниевых стабилитронов, при изготовлении которых стремятся юб свести к минимуму (так как увеличениеувеличивает температурную нестабильность стабилизаторов напряжения). Но даже с такими приборами стабилизация температуры нагревателя значительно улучшается.Таким образом, предлагаемый паяльник обладает по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, высоким КПД, повьааенным удобством в эксплуатации благодаря малым габаритам и подводимой мощности и быстрым выходом на рабочий режим, простотой конструктивного исполнения и дешевизной при его изготов,.лении. В качестве основного элемента паяльника-нагревателя могут быть использованы кристаллы стабилитронов, массово выпускаемые промышленностью.Шекм иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная аказ 6795/11 ВНИИ по 113035, Тираж 11осударстам изобреква, Ж-З Подписноенного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. Напряжение на наеребааеле