■ICとコンデンサを用いた電流の流れ方について■

質問

以下の画像は、LEDが点滅を繰り返す回路になります。
電源をONにした時点では、画像内の「A・B・C」それぞれ「H」または「L」どちらになりますでしょうか？
また、その理由も電流の流れ方を踏まえて教えて頂けますよう、よろしくお願い申し上げます。

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回答No.3

el156 · ベストアンサー

まずR1,R2,C2の接続点を「D」点とします。
33kohmは十分に大きいので、B、Cの出力は瞬間的にしっかり0V、5Vまで振れると考えて問題ありません。閾値が2.5Vということは、ICはCMOSでしょうから、A点の電位が0Vと5Vの間にある限りはR1に電流は流れません。電流が流れないと言う事は、A点とD点の電位が同じということです。
LHLから始まったとして、最初B点は5V、D点は0Vですから、B点→R2→D点→C2→C点の経路で電流が流れます。電流の初期値は5V/R2で、時定数R2*C2で電流が減って行きます。それと同時にD点の電位が上昇して行きます。R2の両端の電圧はこの電流にR2を掛ければ良いです。D点の電位は、5VからR2の両端の電圧を引いたものです。D点の電位が2.5Vまで下がったとき、ICの論理レベルはHLHに切り替わります。最初に説明した理由で瞬間的に切り替わると考えて問題ありません。このときC2には、D点側を+として2.5Vが充電されています。C点が瞬間的に5Vまで上がる訳ですから、D点は7.5Vになります。このときB点は0VですからD点からB点に向かって電流が流れます。電流の初期値は7.5V/R2で、時定数R2*C2で減衰します。経路は、C点→C2→D点→R2→B点です。実はこのときもう一つ電流の経路があります。C点→C2→D点→R1→A点→IC1の入力保護ダイオード→電源という経路です。これによってA点は5Vより少しだけ高い電位になります。本当はこの分も時定数に影響しますが、R1を大きく選んでありますし、面倒なので説明を省略します。この電流がC2に溜まってた2.5Vを放電するので、D点の電位は次第に下がって行きます。5Vまで下がったとき、C2の放電は完了し、両端電圧は0Vです。この時までA点の電位は先ほどの、5Vより少し高い電位に留まっていますが、D点の電位が5Vになると、保護ダイオードには電流が流れなくなり、従ってそれ以降はR1に電流が流れず、その結果それ以降はA点とD点の電位が等しくなります。B点は0VですからD点の電位は5Vから更に下がって行きます。C2の反対側、C点は5Vですから、C2は従前と逆向きに充電されて行きます。D点の電位が2.5Vまで下がると、ICの論理は再度LHLにひっくり返ります。このとき、先ほどと対称な理由からD点は-2.5Vになることはお分かりかと思います。如何でしょうか。
回路図を見るとIC1はシュミットトリガですので閾値の2.5Vは変化しますが、説明が複雑になってしまいますので省略しました。

お礼

ご回答ありがとうございます。
大変参考になりました。
ありがとうございました。

回答No.2

el156

電源投入時LHLだった場合、その後A点の電位は上昇して行きますが、これはB点に引っ張り上げられるからです。C2はむしろこれを抑制しています。このときB点側が+、C点が-です。この間R1に電流は流れないのでA点はC2の+極にトラッキングします。C2を大きくすれば抑制が強くなるのでA点の電位はなかなか上がらず、点滅周期は長くなります。蛇足ですが、A点の電位がしきい値を超えてIC出力がHLHに反転すると、C2の+極は電源電圧よりもしきい値分だけ高い電圧になります。この動作をチャージポンプと呼んだりします。このときR1からIC1の入力保護ダイオードへ向かって電流が流れます。この電流が大きすぎるとICが壊れてしまいますので、R1によってこの電流を抑制しています。

お礼

ご回答ありがとうございます。

補足

・電源電圧は5V
・R1は100KΩ、R2は33KΩ、C2は10uF
・ICのスイッチ切り替えしきい値は2.5V

この条件で、電源投入時でA⇒L、B⇒H、C⇒Lから始まり、A⇒H、B⇒L、C⇒Hと切り替え、A⇒L、B⇒H、C⇒Lに戻るまでの一連の流れをA・B・C点の電圧と極性、電流の方向や流れ方などを踏まえ、もう少し詳しく教えて頂けませんでしょうか？

前回の回答と重複する箇所もあるかと存じますが、よろしくお願いいたします。

回答No.1

el156

電源投入前にC2の電荷が完全に放電されていると仮定すれば、C2の両端の電位は等しく、又、R1には電流が殆ど流れませんからR1両端の電位も等しくなります。このときHLHでもLHLでも矛盾は無いので、どちらになるかは運次第です。もしRの値が非常に大きければ、浮遊容量は最初放電されているとして、HLHとなる為にはA点の浮遊容量を充電しなくてはならないので、LHLの方が確率が高くなると思います。C2の電荷が残っている場合には残っている電荷の向きに依存してHLHかLHLか決まります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

補足

ご回答ありがとうございます。

例えばA点がLとなる場合、電源投入時にはB点の出力によりC2の影響でA点は0Vから上昇するかと思います。
この時、A点とB点は「＋極」、C点はLにより「－極」になっているのでしょうか？