応用情報技術者 2014年 春期 午前2 問21
問題文
モータの速度制御などにPWM(Pulse Width Modulation)制御が用いられる。PWMの駆動波形を示したものはどれか。ここで、波形は制御回路のポート出力であり、低域通過フィルタを通していないものとする。
選択肢
ア：
イ：（正解）
ウ：
エ：
PWM制御の駆動波形とは【午前2 解説】
要点まとめ
- 結論：PWM波形は一定の高電圧レベルとゼロレベルを繰り返し、パルス幅の変化で制御する矩形波である。
- 根拠：PWMはパルスの幅（オン時間）を変えることで平均電圧を調整し、モータ速度などを制御するため、波形の高さは一定で幅が変わる。
- 差がつくポイント：波形の高さが変動するものや階段状の波形はPWMではなく、アナログ信号や他の変調方式と混同しないことが重要。
正解の理由
イの波形は、電圧レベルがゼロか一定の高レベルの2段階のみで構成され、パルス幅が変動しているため、PWMの基本的な特徴を正確に表しています。PWMはパルスの幅を変えることで平均電圧を制御し、波形の高さは一定です。これに対し他の選択肢は波形の高さが変動したり、階段状の変化を示しており、PWMの定義に合致しません。
よくある誤解
PWM波形は「波形の高さが変わる」と誤解されがちですが、実際はパルスの幅が変わることで制御します。高さが変わる波形はPWMではありません。
解法ステップ
- PWMの基本原理を理解する（パルス幅変調で平均電圧を制御）。
- 波形の縦軸（電圧レベル）が2段階（ゼロと一定高レベル）であるか確認。
- パルス幅が変動しているかをチェック。
- 波形の高さが変動している選択肢は除外。
- 以上の条件を満たす選択肢を選ぶ。
選択肢別の誤答解説
- ア：波形の高さが不規則に変動しており、PWMの特徴である一定の高さのパルス幅変調ではない。
- イ：正解。高さ一定でパルス幅が変動し、PWMの典型的な波形。
- ウ：階段状の上昇・下降を繰り返す波形で、PWMの矩形波とは異なる。
- エ：山形のステップ状波形で高さが複数段階に変化し、PWMの単純な2レベル波形ではない。
補足コラム
PWM（Pulse Width Modulation）は、デジタル制御でアナログ的な出力を得るための基本技術です。モータ制御だけでなく、LEDの明るさ調整や電源制御にも広く使われています。PWM波形は低域通過フィルタを通すことで平均電圧が滑らかになり、実際の負荷に応じた制御が可能になります。
FAQ
Q: PWM波形の高さが変わることはありますか？
A: 基本的にPWM波形の高さは一定で、パルス幅を変えることで平均電圧を調整します。高さが変わる場合はPWMではありません。
A: 基本的にPWM波形の高さは一定で、パルス幅を変えることで平均電圧を調整します。高さが変わる場合はPWMではありません。
Q: PWMとパルス振幅変調（PAM）はどう違いますか？
A: PWMはパルス幅を変える制御で、PAMはパルスの振幅（高さ）を変える制御です。PWMは矩形波の幅変化、PAMは高さ変化が特徴です。
A: PWMはパルス幅を変える制御で、PAMはパルスの振幅（高さ）を変える制御です。PWMは矩形波の幅変化、PAMは高さ変化が特徴です。
関連キーワード: PWM, パルス幅変調、モータ制御、矩形波、電圧制御、速度制御、波形解析
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