カップリングコンデンサでワンパルス信号

添付回路のように、カップリングコンデンサを利用して、SWの入力時間に影響なく
ワンパルスの信号を負荷に与えたいと考えています。
（SWを押した時のみ、ワンパルス出したい）

ワンパルスの時間ですが、コンデンサ容量のみで決まってくるでしょうか？
10msぐらいONさせたいのですが、それぞれの定数をどのように算出して決めれば
良いか悩んでいるのと、添付のような回路で問題（抜け）が無いかをどのように検証
すれば良いか悩んでいます。

尚、負荷は24V　30Ωで駆動するソレノイドです。

No.5 ベストアンサー 回答者： inara1 回答日時： 2011/01/15 11:06

ANo.4さん（anachrocktさん？）の回路の動作をシミュレーションしてみました（ソレノイドは30Ωの抵抗とインダクタで置き換えています）。

上側の波形はスイッチが1度だけ ON する場合、下側の波形はスイッチのチャタリングを想定して何度も ON/OFF する場合です。上側の波形では、最初のパルス幅と2番目以降のパルス幅が異なっていますが、これは、2度目以降はコンデンサ C1 が放電しきっていないためで、スイッチの動作間隔が 100ms 以上あれば同じパルス幅（最初のパルス幅）になるはずです。下側の波形では、スイッチが何度もON/OFFしても出力パルスは1個しか出ていません。

出力パルス幅（Vdの幅）は MOS-FET のしきい値電圧で変わるので、R1 か R2 を可変抵抗にして調整するといいと思います。

No.4 回答者： bogen555 回答日時： 2011/01/14 21:10

設計の考えかたはこうします。

負荷が重いんでトランジスタ１個で作るのは、回路設計に慣れてからにします。
以前はダーリントン・トランジスタを使いましたが、今ならMOSFETでしょう。
SWの入力時間に影響なくワンパルスの信号を負荷に与えたければ、ワンショット・マルチバイブレータとゆう回路を採用します。
MOSFETを使ったワンショット・マルチバイブレータの回路を添付します。
MOSFETのオン時間TONは
TON≒C1×(R1+R2)
で表されますが、実際に作って現物あわせがエエでしょう。
仕様部品は、秋月電子で入手できます。
トランジスタ　2SA1015GR
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00882/
パワーMOSFET　2SK2232
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02414/
汎用整流用ダイオード　1N4007
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00934/
トランジスタのベースにつながるダイオードはスイッチング用でOKです。
ソレノイドに並列に入れるダイオードは、スピードアップの目的で抵抗とコンデンサが直列になった「スパイク・キラー（商品名）」等に換えてもかまいません。
2SK2232はアバランシェ耐量保証型のMOSFETのため、ダイオードが無くても壊れることはありません。
ただし、スパイク・ノイズが大きくなる為、スパイク・キラー等のノイズ対策は必要かも知れません。

詳しい動作と検証は、親切な方（inara1さん）がやってくれると思います。
作るのはその後がエエでしょう。

No.3 回答者： KEN_2 回答日時： 2011/01/13 21:34

質問者様の回路を元に少し細部まで検討してみました。

前提条件を先に列挙します。
>SWの入力時間に影響なく、ワンパルスの信号を負荷に与えたいと考えています。
　１）この条件を満たすのには、SWのチャタリングの簡易除去を考慮しなければなりません。
　SWのチャタリングはSW種類により左右されますが、1mSから10mSを考慮する必要があります。（ここでは約5mSとします。）
　２）SWの押す時間は人間の反応時間から20mSから50mS程度が限界といわれています。
　３）Q1のhfeが高く取れないために時定数は、C1とR3（R1とC1はチャタリング除去で必要です）にR2の負荷抵抗が加わりますので、
　τ=C1＊（R2＊R3）/R2＋R3　とR2//R3の影響は無視できません。
　４）ソレノイド駆動ですので、SWを押しての10mSは厳しく、30mSから50mS程度の変動幅は容認しなければなりませんし、また、厳密な時間幅は不要と判断されます。
　つまり、SWを手で押す時間の関係で、SWを押す時間が短い場合；SWのオン時間＋放電時定数時間か、SWを押す時間が長い場合；C1とR2//R3の放電時定数時間に左右されます。

まず、検討しなければならない事項があり、計算値以前に決定される値と定数の範囲があります。
１．SWに流す電流は5mA～20mA程度とします。少な過ぎても多過ぎてもSW接点の問題が発生します。
　よって、R1＋R2の値は1.2KΩから5KΩ以内となります。
２．R4の値はQ1のVbe;0.7VからQ1のIcboを流す目的ですので、1KΩから5.1KΩ程度を選択します。（あまり厳密な定数ではありません。おまじないの定石と考えてください。）
３．R2とR3は、放電時定数とQ1のベースドライブ電流を考慮します。
４．R1とC1は5mS程度のチャタリング除去を考慮します。

考え方は以上ですが、細部の計算結果は省きまして実用的な定数を記載します。
1.R1；500Ω、R2；4.7KΩとしてSW接点に約5mAを流します。
2.R3；500Ω、R4；4.7KΩとしC1；10uFとして約20msecの放電時定数となります。
3.Q1のパルス駆動のhfeは150で計算していますが、TYP；250程度以上のhfeランク品を選択してください。
（Q1のhfeが低過ぎるとR3の値を低くしなければならず、実用的ではなくなります。）

なお、D1は無くとも問題ありませんが、R1はチャタリングの簡易除去に必要で削除してはなりません。
またR1が必要あるために、R2とR3の抵抗値と時定数は、教科書通りの単純な計算式に当てはめても成り立たずに半分近い時定数値となります。
　Vbe/R4は無視して、τ=C*RもLNで立ち上がり0.63、立下り0.37で計算してあります。
計算に必要な項目と、無視しても問題にならない項目を選択して計算する必要があり、使用部品で電解コンデンサなどは＋20％の偏差がありますので、現実に即した計算が必要です。
＊詳細は別途補足質問ください。
　

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2011/01/13 09:47

スイッチON後のトランジスタのベース電流は

ib(t) =((Vcc - VBE)/R3)*EXP(-t/τ） - VBE/R4　　　　（１）

で表されます。

時間ｔが経過してt　=　Tの時にぎりぎり負荷RL(30Ω)に電流を流すのに必要な
ベース電流ib(T)はコレクタ電流 Ic=Vcc/RL の１／hfeですから

ib(t) = Vcc/RL/hfe=((Vcc - VBE)/R3)*EXP(-T/τ） - VBE/R4

EXP(-T/τ） =(Vcc/RL/hfe + VBE/R4)/((Vcc - VBE)/R3)

- T/τ= ln((Vcc/RL/hfe + VBE/R4)/((Vcc - VBE)/R3))

τ = C*R3 = - T/ln((Vcc/RL/hfe + VBE/R4)/((Vcc - VBE)/R3))　　（２）

式（２）よりCを求めると

C = - T/(R3* ln((Vcc/RL/hfe + VBE/R4)/((Vcc - VBE)/R3)))　　（３）

となります。式（３）で　T=0.03sec、R3=820Ω、R4＝1000Ω、Vcc＝24V、
RL=30Ω、hfe=100、VBE＝0.7VとしてCの値を求めると

C＝10uFと求まります。

抵抗R2はCを放電するのに必要ですが、値は１ｋΩ程度で放電時定数は30msec
程度になります。もっと早く放電したい場合はこの値を小さくします。


尚。R1とダイオードD1は不要です。

No.1 回答者： KEN_2 回答日時： 2011/01/12 23:31

大まかに概略計算すると、R1とC1の時定数でほぼ決定されますが、R3とR4の分圧比でパルス幅がスライスされて多少変化します。

R1とC1の比とR1とR2の分圧比でパルス信号の波高値が決定されます。
R3とR4の分圧比でQ1のパルス電圧が決定されます。

『10msぐらいONさせたいワンパルスの時間のソレノイド駆動』ですので、以下の手順で決定します。
１．Q1のTRの種類とhfeを選定ください。『負荷は24V　30Ω』から1A以上のIcと10W程度のPcのTRが必要です。hfeは100から150程度を考慮ください。
２．R3とR4の比とIbをQ1のhfe/2程度流すIcから決定してください。Q1のBは0.7Vでオンと考えてください。（R3に印加するのは、10V程度で考えてください。）
３．R3に印加する電圧をR1とR2の分圧比で決定してください。（10V程度で考えてください。）
４．R1とC1の比で時定数が決定されます。

＊以上が大まかな設計手順になります。使用際は別途補足質問ください。