コンデンサを使った遅延回路について

Question

最近、電子回路に興味があっていろいろ調べてはいるのですが、
自分にはどうしても理解できないのでアドバイス頂けませんでしょうか？

今、トランジスタを使って遅延ON(オンディレイ)で入力信号がONしたあと、
数秒後にスイッチングONする回路を作りたいのですが、
ネットで調べていると該当する回路は見つかったのですが、
自分には理解不能で困っています。

http://lightz.info/circuit/data/11_11_1.png

このような回路です。

コンデンサのマイナス側がトランジスタのベースに繋がっており、
どうしてこの回路でベース電流が流れるのでしょうか？
コンデンサはマイナスから電流って流れるんでしょうか？

遅延OFF回路についても上記アドレスのものではありませんが、
コンデンサのマイナスを使ってスイッチングしている回路をよく見かけます。

本当に初歩的なことなのでしょうけどどうか教えていただけませんでしょうか？

inara1 · Accepted Answer

平日は仕事なのでお返事が遅れました。

2つの回路
　（１）　http://lightz.info/circuit/data/11_11_1.png
　（２）　http://www.nct9.ne.jp/freetime/04kousaku/08winoff/01.gif​
ですが、（１）は左側がオンディレイ、右側がオフディレイです。しかし（２）はオフディレイでなく、オンディレイだと思います。
また（２）の回路ですが、Q１が p-ch FET なら、S-D間にある保護ダイオードの極性は逆じゃないでしょうか。

＞C1が充電される間、R1を通して電流が流れ、満充電状態になった時点で、電流がC1に流れなくなり、FETのゲートがマイナス０VになりFETがON(ポジション方向に電流が流れる
それで合ってます。ポジションスイッチをONにした直後はポジションランプは光りませんが、ある時間が経過すると、左右のポジションランプが点灯します。

D2 と D3 の働きもその通りです。ウインカーランプが点灯中は、ウインカーランプの上側が12Vになりますが、Q1のゲートはD2やD3の電圧降下によって11.4V ( 12V - 0.6V ) になります。Q1のソースにはD1がつながっていろので、ソニー電圧は11.4Vになっています。したがって、ウインカーランプが点灯中はQ1のゲート電圧とソース電圧は同じ11.4VになるのでQ1はOFFになり、ポジションランプが消灯します。D2 と D3 のカソード（三角形の先のほう）を共通にしているのは、ウインカー回路の左右を分離するためです（ダイオードにしないで直結すると左右のウインカーが同時に点灯してしまう）。

一方、ポジションスイッチをOFFにした直後は、コンデンサC1には電荷が残っていて、FETはON状態なので、C1の電荷は D1 → FET → ポジションランプ という経路で放電されます（Q1の内部ダイオードの向きが図通りだと、Q1には常に下向きの電流が流れてしまうので、Q1の内部ダイオードの向きは上向きの間違いだと思います）。放電経路の途中には大きな抵抗がないので、放電は一瞬で終わるはずです。したがってポジションスイッチをOFFにしてすぐにポジションランプは消灯するのではないでしょうか。放電するにしたがってコンデンサC1の電荷はなくなっていき、Q1のゲート電圧は12Ｖに近づいていきますが、その途中でQ1がOFFになるので、コンデンサC1の電荷は完全にはなくなりません（電荷が残っている状態でQ1がOFFになり、放電経路が遮断されます）。

＞このFETがOFFしているときのコンデンサの状態（D2から12Vが印加されてる間)は、コンデンサのマイナスからR1方向に放電している状態と考えてよいのでしょうか？
コンデンサの＋側から電流が流れ出すことで放電されると考えるほうがいいです。D2から12Vが印加された瞬間、コンデンサの－側は 11.4V（12V - 0.6V ）に一気に持ち上げられます。このときコンデンサに充分な電荷が残っていてQ1がONになっていれば、コンデンサの電荷はC1の＋側→D1→1→ポジションランプ という経路で放電されます（この放電は一瞬で終わるので、ウインカーが点灯するとほぼ同時にポジションランプは消灯するはずです）。このように、（２）の回路はポジションスイッチを入れてしばらくしてからポジションランプが点灯し、ポジションスイッチをOFFにするとほぼ同時にポジションランプが消灯するというオンディレイ回路だと思います。

（１）の回路の右側の回路は正真正銘のオフディレイ回路です。
スイッチング信号に12Vが加わると、コンデンサ（47μF）が12Vまで一瞬に充電されます。トランジスタのベースに流れる電流は、D1とVR+5kΩを解してスイッチング信号から常に供給されるので、スイッチング信号に12Vが加わった瞬間にトランジスタがONになりリレーが動作します。その後、スイッチング信号がOPENになったり、0Vが加えられると、コンデンサ（47μF）が放電し始めますが、放電経路はコンデンサの＋側→50kΩ（VR）→15kΩ→ベース（Ｂ）→エミッタ（Ｅ）→コンデンサの＋側 になるので、放電に時間がかかります。放電するにしたがって、コンデンサの＋側の電圧は下がっていき、トランジスタのベース電圧が0.6V未満になると、トランジスタがOFFし、リレーはOFFとなります。この回路でも、トランジスタがOFFになった瞬間にはコンデンサに電荷が少し残っていますが、コンデンサにたまった電荷はトランジスタがOFFになってもベースを通じて放電され続けます。回路（２）場合、Q1はMOS FETなので、コンデンサの放電経路はゲートでなく、ソース→ドレインになります（ゲートにはほとんど電流は流れません）。したがって、回路（２）ではQ1がOFFになると、放電経路が遮断されるので、コンデンサに電荷が残ってしまいます。

inara1 · Answer

知りたいのは左側のオンディレイ回路ですね。
（１）　スイッチング信号に12Vが加えられた瞬間には、コンデンサ（47μF）はショート状態なっています。そのとき、左側のトランジスタにベース電流がどっと流れます。ベース電流が流れるとコレクタに電流が流れるので、10kΩの下側の電圧がほとんど0Vにまで下がります。10kΩの下側の電圧がほとんど0Vにまで下がっている状態では、２番目のトランジスタのベース電圧もほとんど0Vになっていますから、２番目のトランジスタのコレクタには電流が流れません。２番目のトランジスタのコレクタに電流が流れなければリレーは動作しません（リレーはOFF）。

（２）　スイッチング信号に12Vが加えられた瞬間はコンデンサ（47μF）はショート状態ですが、時間の経過とともに、コンデンサに流れる電流は徐々に少なくなっていきます。そうすると、左側のトランジスタに流れるベース電流も徐々に少なくなっていきます。すると、左側のトランジスタのコレクタ電流も徐々に少なくなっていくので、10kΩの下側の電圧が0Vから徐々に上がっていきます。その電圧が上がっていくと、２番目のトランジスタのベース電圧も上がっていきます。２番目のトランジスタのベース電圧が上がっていくと、２番目のトランジスタのコレクタ電流が増えていきます。そして、２番目のトランジスタのコレクタ電流がある電流になったところでリレーは動作します（リレーがONになる）。つまり、スイッチング信号に12Vが加えられた瞬間にはリレーはOFFですが、ある時間が経過するとリレーがONになるような動作になります。

（３）　その後、スイッチング信号を12Vから0Vに戻すと、リレーに加えられる電圧が0Vとなるので、リレーはOFFになります。それと同時に、コンデンサ（47μF）は徐々に放電されります。この後、スイッチング信号にまた12Vが加わると最初の（１）の動作が始まります。50kΩの可変抵抗値が大きいほどONになるまでの時間が大きくなります。

mtaka2 · Answer

コンデンサは、電荷が貯まりきったら、それ以上電流は流れなくなりますが、電荷が貯まるまでの間は電流が流れます。つまり「コンデンサは一定期間電流を流す」という挙動を示します。

(あるいは、「コンデンサは直流は通さないが交流を通す」という特性について、例え見かけは直流を流そうとしてるようでも「かかる電圧が0Vから12Vに変化した」というのは「交流的な信号」であり、「交流」はコンデンサを通ることができる、と捉えてもいいかもしれません。)

例に挙げられた回路の場合であれば、
電解コンデンサに電荷が貯まるまでの間は、+に入れた電流が-に出て行く、という挙動になります。
電荷が貯まりきると、それ以上は電流は流れなくなりますから、その時点でトランジスタがオフになる、という動作になります。
(そして、1段目のトランジスタがオフになると、2段目のトランジスタがオンになり、リレーがオンに)
そこで、コンデンサに流れる電流を可変抵抗で調節することで、コンデンサが満タンになるまでの時間、すなわちリレーがオンになるまでの時間を変えることができる、ということになります。

コンデンサを使った遅延回路について

平日は仕事なのでお返事が遅れました。

知りたいのは左側のオンディレイ回路ですね。

コンデンサは、電荷が貯まりきったら、それ以上電流は流れなくなりますが、電荷が貯まるまでの間は電流が流れます。

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