旦那～、電子工作してたらPWMっていう言葉が出てきました。教えて欲しいです！
PWMとはデジタル信号を使ってアナログ信号っぽく出力できる制御方法です！デューティ比も関連する用語なので、詳しく解説しますね。
デジタルとアナログの違い
まず、手始めにデジタルとアナログの違いについて解説します。
簡単に言うと、デジタルははっきりと区切れる状態、アナログは変化があり曖昧な状態です。
例えば5V電池を扇風機 (DCモーター) に繋ぐ場面を考えます。電池を繋ぐと、5Vの電圧がかかり、モーターが動きます。そして一定量の風が吹きます。逆に電池を外すと、電圧が0Vになりモーターが止まります。このように電圧が5Vか0Vか、一定の風が吹くか止むかというはっきりした状態はデジタルになります。
一方、人間は扇風機じゃなくてもうちわを使って涼むことができます。うちわの風量は人のさじ加減によって変化し、曖昧であるため、アナログな状態と言えます。
PWMとは
では、扇風機で風量調節をするにはどうすればよいでしょうか。電池は、電圧が5Vか0Vしかないので電圧を自由に調整するのは不可能です。
そこで、マイコン(Arduino)を接続してみます。電子機器の頭脳として使われるマイコンは頭がいいので、電圧をかける時間とかけない時間を調整することができます。
この電圧をかける時間とかけない時間を調整して、デジタル信号なのにあたかもアナログ信号のように出力する方法をPWMといいます。これにより風量を調節することができます。
例えば、先ほどのように0.1秒ごとに5Vになるように制御してみます。1秒あたりでは平均で2.5Vかかっていることになり、5Vの時に比べて羽がゆっくり回ります（この平均電圧は実効電圧と呼ばれています）。厳密には0.1秒ごとに羽が動いたり止まったりしている訳ですが、人間の目には速すぎて追いきれず、回っているように見えるというわけです。パルス波を使って説明するならこんな感じです。
次に、0.1秒間と0.65秒間5Vになるよう制御します。1秒間あたりの実効電圧は3.75 Vになり、2.5Vの時に比べて羽が少し速く回ります。
デューティ比とは
この5 V(HIGH) を保持する時間をパルス幅といい、周期に対しての割合をデューティ比と言います。周期とは一定時間で同じパルス波が出力される際のその一定時間になります。今回の周期は1秒間になります。
PWMは元々Pulse Widths Modulationの略で、パルス幅を変化させるという意味になります。パルス幅を変えることで、デューティ比も変わり、様々な信号を出力できます。デジタル信号を使って疑似的なアナログ信号を出力するとも言えます。
PWMの使用例
今回はDCモーターを例に解説しましたが、他にもLED照明の調光に使われたりします。デューティ比を大きくしたり小さくしたりすることで、LEDが明るくなったり暗くなったりするというわけです。
PWMを使ってLEDを明るくする電子工作についてもブログに書いているので、興味がある方は是非チェックしてみてください。
まとめ
PWM、デューティ比についてまとめるとこんな感じです。
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