応用情報技術者 2017年 秋期 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制御の駆動波形は一定周期で高レベルと低レベルの矩形波が繰り返される波形であり、イが正解です。
- 根拠：PWMはパルス幅を変化させて平均電圧を制御するため、一定周期の矩形波でパルス幅（高レベル時間）が変わる波形が特徴です。
- 差がつくポイント：波形の規則性とパルス幅の変化に注目し、不規則な高さや多段階の電圧変化はPWM波形ではないと判断することが重要です。
正解の理由
イの波形は、高レベルと低レベルの矩形波が高速で繰り返されており、パルス幅が変化している様子が見られます。PWM制御はこのパルス幅の変化によって出力の平均電圧を調整し、モータの速度などを制御します。したがって、PWMの駆動波形として最も適切です。
よくある誤解
PWM波形は単に「パルスが不規則に並ぶ波形」や「段階的に電圧が変化する波形」と誤解されがちですが、PWMは一定周期の矩形波でパルス幅を変える制御方式です。
解法ステップ
- PWMの基本原理を理解する（一定周期の矩形波でパルス幅を変化させる）。
- 各選択肢の波形の特徴を確認する。
- 不規則な高さや多段階の電圧変化はPWM波形ではないと判断する。
- 一定周期で高低レベルが繰り返され、パルス幅が変化している波形を選ぶ。
- それがイの波形であることを確認する。
選択肢別の誤答解説
- ア：パルスの高さや幅が不規則で一定周期の矩形波ではなく、PWM波形の特徴を満たしません。
- イ：一定周期の矩形波でパルス幅が変化しており、PWM制御の典型的な波形です。
- ウ：段階的に電圧が変化する波形で、PWMの矩形波とは異なり、デジタル制御の波形ではありません。
- エ：複数段階のステップ状波形で、PWMの単純な高低レベルの矩形波とは異なります。
補足コラム
PWM（Pulse Width Modulation）は、パルスの幅を変えることで平均電圧を制御し、モータの速度制御やLEDの明るさ調整などに広く使われています。低域通過フィルタを通さない場合、出力は矩形波のままですが、フィルタを通すと平均電圧に近い直流成分が得られます。
FAQ
Q: PWM波形はなぜ矩形波なのですか？
A: PWMはパルスのオン・オフを高速に切り替えることで平均電圧を制御するため、矩形波が基本形となります。
A: PWMはパルスのオン・オフを高速に切り替えることで平均電圧を制御するため、矩形波が基本形となります。
Q: PWMのパルス幅を変えると何が変わりますか？
A: パルス幅を変えることで平均電圧が変わり、モータの回転速度やLEDの明るさを調整できます。
A: パルス幅を変えることで平均電圧が変わり、モータの回転速度やLEDの明るさを調整できます。
関連キーワード: PWM制御、パルス幅変調、矩形波、モータ速度制御、電圧制御
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