これも便利!! 負荷を一定時間動作させる「シリアルタイマー」：Wired, Weird（1/2 ページ）

[山平豊，内外テック]

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　今回はシリアルタイマーを紹介しよう。シリアルタイマーは2端子の回路で負荷と直列（シリアル）に接続して負荷を一定時間動作させるタイマーだ。名前はもちろん仮称だが、非常に便利な回路だ。

　シリアルタイマーの目的は簡単な接続で信号の時間を伸ばすことにある。例えば数秒しか出力しないセンサーのオン信号に接続すると、数十秒の長い時間のオン出力に変えることができる。シリアルタイマーの最適な用途はセンサーライトだ。人感センサーが作動した時にセンサーのオン出力は1秒程度であるがシリアルタイマーを付加するとこれを数十秒オンさせることができる。またシリアルタイマーの出力は駆動能力が大きいので、LEDライトなどの重い負荷も直接駆動することができる。

　まずはシリアルタイマーの回路の基本から説明しよう。

一般的に発振回路（無安定回路）の回路を一部変更することで、タイマー（単安定回路）に変えることができる。昔、マルチバイブレータを学んだ方であればお分かりいただけるだろう。

　これは便利！ 2端子の発振回路「シリアルオシレータ」で紹介したシリアルオシレータも同じで、簡単にタイマーに変えることができた。シリアルタイマーの回路図を図1に示す。

【図1】シリアルタイマーの回路図

　図1の右側の破線で囲んだ部分がシリアルタイマーで、2端子回路であることが分かる。図1の左側は電源、負荷とセンサーの接点がつないである。この回路はシリアルオシレータの回路を2カ所変更している。1つ目は抵抗R₁をダイオードD₁へ変更している。2つ目はR₃を削除している。なお、オン時間を長くするためコンデンサC₁を大きな容量にした。回路を比較するため、シリアルオシレータの回路図を図2に示す。

【図2】シリアルオシレータの回路図

　図1の動作を簡単に説明しよう。ダイオードD₁は電源投入時にコンデンサC₁を急速充電させ、タイマーの電源を確保する。コンデンサC₁は短時間で充電されるのでC₁の充電電圧が安定し、タイマーの精度を確保できる。次に抵抗のR₃がないので、トランジスタQ₁のベース電圧は電源電圧の同じ電位であり、通常はベース電流が流れない。このため電源投入時はQ₁、Q₂ともオフとなっている。タイマーの時間はC₁の放電時間で決まるので、C₁を大きくすればタイマーの時間を長くできる。

　シリアルタイマーは、入出力ライン（＋）とGND（−）間にトリガ入力としてセンサー信号を接続する。センサー接点が短時間オンすると、タイマー出力のトランジスタQ₂が長時間オンし、タイマーが動作する。

　具体的な回路の動きを詳細に説明する。センサーが作動してシリアルタイマーの入出力端子（＋）の電位が約0.5V以上下がると、コンデンサC₁からQ₁のベースに電流が流れQ₁がオンする。Q₁がオンするとQ₂のゲートに電圧が印加されQ₂もオンし、タイマー出力がオンになる。この後はセンサーがオフしてもQ₁、Q₂はオン状態を維持し、LEDは点灯する。

　センサー単体は小さい駆動能力でかつ、Q₁を動作させる短い時間の動作で十分である。タイマーがスタートするとコンデンサC₁はR₂,R₄の抵抗を通して放電する。コンデンサC₁が放電し、その電圧がFET Q₂のゲートしきい電圧まで下がるとFET Q₂がオフし、タイマー出力がオフになってLEDが消灯する。FET Q₂がオフするとトランジスタQ₁のベース電圧が上がり、Q₁も急激にオフする。その後コンデンサC₁はダイオードD₁を通して急速充電されて初期状態へ戻る。

　シリアルタイマーの時間を確認してみた。電源電圧が12VでFETのゲートしきい値電圧が2Vのものを使用したら、図1の回路構成でLEDは約9秒間点灯した。コンデンサC₁を33uF程度にすると、約30秒のタイマーになった。

　タイマーの時間はコンデンサC₁の放電時間で計算できる。12VからFETがオフするしきい値電圧までの放電時間を求める。タイマーの計算式はT=C×R×LN（Vcc/Vgs）である。C=10uF　R=0.5MΩ（＝R₂//R₄）Vcc=12V　VG=2Vとするとタイマー値は約9秒になる。電源電圧を高くしFETのゲートしきい電圧が低いものを使えば、タイマーの時間をかなり長くすることもできる。