エンベデッドシステムスペシャリスト 2023年 午前2 問12
問題文
フォトカプラの使用方法として、適切なものはどれか。
選択肢
ア：それぞれ独立した電源で駆動される二つの回路間で、電気的に絶縁して信号を伝える。（正解）
イ：対向するLEDとフォトトランジスタの間の光路上を、物体が横切ったことを検出する。
ウ：ディスプレイの輝度を部屋などの明るさにあわせて適切に制御するために、環境の照度を測定する。
エ：光ファイバで長距離通信を行うときに、送信側の出力素子として用いる。
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フォトカプラの用途【午前2解説】
正解の理由
フォトカプラは、LEDなどの発光素子と、フォトトランジスタなどの受光素子を組み合わせた部品です。入力側の信号を光に変えて出力側へ伝えるため、二つの回路の間に電気的な接続を設けずに信号を伝達できます。
そのため、電源や電位が異なる回路間を絶縁しながら信号を伝える説明であるアが適切です。回路間の電気的な干渉や、故障時の電流の流入を防ぐ目的でも利用されます。
解法ステップ
- 問われている部品が「フォトカプラ」であることを確認します。
- 「光を使って信号を伝え、回路間を電気的に絶縁する」という基本用途を思い出します。
- この用途と一致する選択肢として、アを選びます。
選択肢別の誤答解説
- ア：正しいです。光を介して信号を伝えることで、二つの回路を電気的に絶縁できます。
- イ：対向する発光素子と受光素子の間を物体が横切ったことを検出するのは、フォトインタラプタ（透過形光センサ）の用途です。
- ウ：周囲の明るさを測定するのは、照度センサの用途です。ディスプレイの自動輝度調整などに使われます。
- エ：光ファイバ通信の送信側では、通信装置の構成に応じてLEDやレーザダイオードなどの発光素子が使われます。これはフォトカプラの主な用途ではありません。
よくある誤解
-
「光を使う部品はすべてフォトカプラ」と考える
光で物体を検出するセンサや、光ファイバ通信用の発光素子とは用途が異なります。 -
「信号を絶縁する」と「信号を伝えない」を混同する
フォトカプラは信号を光に変えて伝えます。電気的な接続を絶つ一方で、信号そのものは伝達できます。 -
フォトカプラとフォトインタラプタを混同する
フォトカプラは主に回路間の電気的絶縁に使われ、フォトインタラプタは光路を物体が遮ることの検出に使われます。
補足コラム
フォトカプラでは、入力側のLEDが点灯すると、光を受けた出力側の受光素子が動作します。入力側と出力側の間に導線がないため、回路間の電気的絶縁を保てます。電源回路や制御回路などで、安全性やノイズ対策のために利用されます。
FAQ
Q. フォトカプラは、二つの回路の電源が同じでも使えますか？
A. 使えます。電源が別かどうかにかかわらず、回路間を電気的に絶縁して信号を伝える必要がある場合に利用できます。
A. 使えます。電源が別かどうかにかかわらず、回路間を電気的に絶縁して信号を伝える必要がある場合に利用できます。
Q. フォトカプラでは、入力側と出力側の信号は同じ形で伝わりますか？
A. 基本的には入力信号に応じて出力側が動作します。ただし、伝達速度や出力の極性などは、フォトカプラの種類や回路構成によって異なります。
A. 基本的には入力信号に応じて出力側が動作します。ただし、伝達速度や出力の極性などは、フォトカプラの種類や回路構成によって異なります。
関連キーワード: フォトカプラ、電気的絶縁、フォトトランジスタ、フォトインタラプタ、照度センサ
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