放電用ダイオードについて

電気を勉強し始めたばかりの初心者です。
リセット回路について学んでいるところで、放電用ダイオードというものを目にしましたが、
この子の役割がよくわかりません。
電源をONにしてコンデンサ充電後に電源をOFFにした場合、
コンデンサの放電電流はグラウンドに流れると思うのですが、
放電用ダイオードはその時どのように放電を助けるのでしょうか？

質問者からの補足コメント

• 回答ありがとうございます。
  ちょっと私の理解が間違っているかもしれないんですが、
  電源OFF後、放電電流はグラウンドに流れ、100kΩ側には流れないですよね？
  ダイオードあってもなくても、放電時間は変わらなくないですか？

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/05/19 16:17

• みなさまありがとうございます。
  電源OFFとリセットスイッチONを混同して、勘違いしておりました。
  参考書の一つ前のページに画像のような放電経路が記載されており、その印象に引っ張られていました。
  すみませんでした。
  
  電源OFF時は、放電は100kΩ側と74HC14側へ流れますよね。
  そこでダイオードを並列につなぐと放電が速くなる、ということですか？

  
    補足日時：2020/05/20 11:45

• あ！74HC14はインピーダンス高いため、こちらには流れないのでしたね。
  ごちゃごちゃになってしまって申し訳ないです。
  
  ダイオードは一定以上電圧がかかれば抵抗が0に近くなるため、
  ダイオードを並列に接続すると、ダイオードを通って一瞬で放電が完了するというわけですよね？
  たしか、ダイオードって電流流れすぎちゃうから電池とかに直接繋いじゃいけないんですよね。
  でも放電の時は、一瞬だから大丈夫なんですね。

    補足日時：2020/05/20 11:59

No.10 ベストアンサー 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/05/20 12:25

#5です。

>　電源OFF時は、放電は100kΩ側と74HC14側へ流れますよね。
>　そこでダイオードを並列につなぐと放電が速くなる、ということですか？
放電は早くなりますがそれが主目的ではありません。74HC14の内部を通ってVDD端子へ流れないようにするのが第一の目的です。

>　あ！74HC14はインピーダンス高いため、こちらには流れないのでしたね。
入力端子に加わっている電圧が　GND～VDD の間の値であれば高インピーダンスです。入力端子には電流は流れません。しかしGND以下とかVDD以上の電圧が加わると入力保護のダイオードが導通するので電流が流れます。この保護ダイオードに流しても良い電流はごくわずかです（東芝のデータブックでは1mA）。

>　たしか、ダイオードって電流流れすぎちゃうから電池とかに直接繋いじゃいけないんですよね。
回路図をよく見てください。コンデンサの放電電流は1KΩを通ってダイオードに流れます。
ですから　5V ÷ 1KΩ ＝ 5mA　以上の電流は絶対に流れません。もし1KΩなしでコンデンサからいきなりダイオードを接続していたら放電電流が大き過ぎてダイオードが破損することがあり得ます。
同じことがコンデンサからHC14のつながりにも言えます。#8殿が書いておられるようにコンデンサとHC14の間には数KΩ程度の抵抗を入れて放電電流を制限した方が良いのです。

>　でも放電の時は、一瞬だから大丈夫なんですね。
一瞬だから大丈夫、なんてありません。C-MOSは一瞬で壊れます。

この回答へのお礼

一瞬だから大丈夫じゃなかったですね・・・
ちゃんと1kΩの抵抗で流量制限してましたね。

放電の速さだけでなく、74HC14に放電電流を流れないようにしていたのですね。
入力電圧がVDD以上の時にインピーダンス下がるんですか！〇〇V以上でインピーダンス低くなるとかじゃないんですね。
だから電流を1mA以下にするために、コンデンサとHC14間に抵抗が必要なのですね。

とても勉強になりました。ありがとうございました。

お礼日時：2020/05/20 13:06

No.11 回答者： tekcycle 回答日時： 2020/05/20 20:54

電源の＋5V(画像の左最上部)を、電源オフで0Vにしたときに(リセットスイッチのオンオフとは関係無しに)、コンデンサの電荷を抜いてやる経路が要る、ということでしょうか？

で、コンデンサの左側と右側とで、抵抗値が左＞右となっていて、コンデンサの放電電荷が74Hを目差しかねないので、左＜右として左側から電荷が抜けてくれるよう、更にコンデンサの右側に10kΩの抵抗を取り付けろ、ということでしょうか？
(だとすると、元の本の説明が酷すぎるな)

No.9 回答者： p123p 回答日時： 2020/05/20 12:20

>放電の時は、一瞬だから大丈夫なんですね

回路図からは1kΩの抵抗が入ってます。通常この程度は必ず入れます。コンデンサに過大電流が流れてしまうので。

>ダイオードを並列につなぐと放電が速くなる、ということですか？
速くなりますが。前の説明にも書きましたが、電源が落ちるよりも放電が遅いと、ICの電源は落ちてるのにコンデンサに残った電圧がICの電源以上の過大電圧となってしまい壊れてしまうのです。ですから前にも書いた通り74HCの入力には10kΩ程度の抵抗を入れて置くのがベストなのです。
「74HC14の入力端子の寄生ダイオードを通して"電源に対して"電流が流れて、74HC14は破壊します。」これを10kΩ程度の抵抗で防げるのです。これが機器の信頼性アップのテクニックです。

この回答へのお礼

一瞬でもダメでしたね・・・ちゃんと1kΩの抵抗ありましたね。すみません。
ICに電源以上の電圧を加えると壊れてしまうのですね。勉強になります。
それで、コンデンサとICの間に抵抗を挟んで、電圧降下させるようにするのですね。
10kΩだと、5V÷10kΩ＝0.5mAしか流れないからセーフというとことですね。
とても勉強になりました。ありがとうございます。

お礼日時：2020/05/20 13:37

No.8 回答者： p123p 回答日時： 2020/05/19 19:45

No1.6.7で再度失礼

私ならこんな回路設計しません。10μと74HC14の間に10kΩを挿入します。
因みに、昔のオムロンもこんな設計してましたね。

No.7 回答者： p123p 回答日時： 2020/05/19 19:41

No1.6です。

やってみなはれ。壊れますよ。そして10μの電圧は測定してた場合、オシロスコープ或いはテスターからの電流で徐々に放電。
その上でベストアンサーを決めれば良いです。

因みに、私はこの手のエンジニア46年、世界初の特許も含めて4件保有、特許審査官にも講義をする人間です。信じなくても良いですが、上記の事やれば分かります。徐々に放電に付いては74HC14の破壊でわりと直ぐに電圧が下がる場合あり。
特にHCはCMOSなので静電気ですら壊れる繊細なものです。

No.6 回答者： p123p 回答日時： 2020/05/19 19:34

No1ですが、>放電電流はグラウンドに流れ・・どこにグラウンドがあるのかな? コンデンサの反対のグラウンド? 何処にもグラウンドは無いですよ。

+5Vの電源が0Vになるので、それがグラウンドです。
従って、74HC14の入力端子の寄生ダイオードを通して電流が流れて、74HC14は破壊します。

No.5 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/05/19 19:22

電源がOFFになた時にコンデンサに残っている電荷がC-MOSの入力端子に入りVDD（電源端子）に向けて流れるのです。

C-MOSの入力インピーダンスは極めて高いのですが静電気から保護するために GNDと入力間、入力とVDD間に保護ダイオードが入っています。

下のリンクはC-MOS4011のデータシートですが、この3ページ目の上のあたりに入力部の等価回路があります。GNDと入力間、入力とVDD間に保護ダイオードがありますね。
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4011b.pdf#se …

電源(VDD)がOFFになった後に入力にあるコンデンサ（提示図の10μＦ）の電荷がこの保護ダイオードを通ってVDDへ放電することがあるのです。C-MOSの入力にある保護ダイオードは容量が小さいので静電気のような突発的なものには保護効果があるものの提示図のような入力にあるコンデンサの放電には耐えられない可能性が高いのです。そのため放電経路を確保するためにダイオードを追加するのです。

No.4 回答者： go 回答日時： 2020/05/19 19:16

先ずここの先生方が悩んでいるのは、「放電電流がGNDに流れる」という所だと思います。

何をどう考えたら そう思えるのか一生懸命です、きっと☺。
なので そこの所は的確な説明が難しいかなと･･･。
ただ、このダイオードが必要なのは電源が不安定な変動をしたとき、リセットがかからないと言うのが一番の理由です。普通に起こる話だと、電源SWをオフしてすぐオンとかを考えると分かると思います。
ICを壊すかも･･･と言うのはありますが、10μF/5Vなら実力 先ず壊れません。
真面目に設計するとしても、OKの場合も十分もあります。

先に 放電電流の経路を説明ください。そうすれば優しい諸先輩方も説明がしやすくなると思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
「リセットがかからない」という状態がよくわからず悩んでいたのですが、やっとわかった気がします。
ダイオードなしの回路で、電源OFFしてすぐにONにした場合、
電源をONにした瞬間はまだコンデンサが放電しきっていないため、一つ目の74HCの入力はたぶん「H」になりますよね。
だから電源をONにした時に、リセットがかからないじゃないか！ってことで合ってますか？

お礼日時：2020/05/20 13:37

No.3 回答者： Wabu_478 回答日時： 2020/05/19 17:40

「放電電流はグラウンドに流れ」とは、どういう経路を想定しているのですか？

スイッチはオフですから流れません。
74HC14の入力側は極めてインピーダンスが高く、こちらにも流れません。

電源オフにすると、コンデンサの電荷は+5Vのライン経由でGNDに流れるのです。ダイオードがないと100Kオームの抵抗を経由するので、時間がかかるのです。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
スイッチOFFでしたね…スイッチの方に流れると勘違いしてました。すみません…。
100kΩだと時間かかりますが、ダイオードあったらめちゃ放電しますよね。
お陰ですっきりしました。ありがとうございました。

お礼日時：2020/05/20 13:37

No.2 回答者： p123p 回答日時： 2020/05/19 15:45

補足と訂正

電源オフ後に暫くコンデンサに電圧が残ってるのでICが破壊されてしまうのです。IC電源無いのに電圧が加わると破壊されるのです。IC電源以上の電圧が掛かるので。