汽车波形基础知识.docx

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汽车波形基础知识

汽车波形基础知识

现代汽车大量采用了电子部件用于发动机的电子控制系统，随之，在车辆检测过程中，对电子器件的检修提出了更高的要求，以往常规的检测方式已无法适应现代车辆的要求。

特别是在直接点火系统的检查中，常规的断缸测试已经无法精确判断系统是否正常，而示波器由于其具有实时性，不间断性，直观性，而越来越得到广泛的应用。

利用示波器检测点火次级波形，可以有效地检查车辆行驶性能及排放问题产生的原因。

利用点火波形可以检查短路或开路的火花塞高压线以及由于积炭而引起点火不良的火花塞。

由于点火次级波形明显地受到各种不同的发动机、燃油系统和点火条件的影响，所以它能够有效地检测出发动机机械部件和燃油系统部件以及点火系统部件的故障。

而且一个波形的不同部分还分别能够指明在汽缸中的哪个部件或哪个系统有故障。

第一节直流波与交流波

一、直流波

所谓“直流”（DirectCurrent,DC）是指电源而言，不论是电压源或电流源，在理想状态下，电压或电流的输出大小和方向（极性）不随时间而变化。

如图1-1直流电流电路图所示，当点火开关闭合时，电路中的电流按照箭头所示方向流动，并且电流维持在同一方向和大小。

此电流称为直流电流（DCA）。

在此情况下，因蓄电池供给的电压一定，极性（方向）也是一定的，所以此电压被称为直流电压（DCV）。

如图1-2所示，电路在单位时间（t）内所做的功为固定不变。

图1-2

一般来说，只有蓄电池或电池等纯直流电源，其直流电流或电压的波形为一直线。

其他如整流器、直流发电机等的输出波形，在瞬间的大小仍会随时间产生微小的变化，但其极性却不会改变，这种波形称为脉动直流波形（pulsatingDC）,如图1-3、图1-4所示波形。

在分类上，它仍属于直流电，与交流电的区别是，其波形都在零线的上方。

图1-5所示的发动机氧传感器（O2sensor）正常波形即为一种脉动直流波形。

图1-5氧传感器波形

二、周期、频率与振幅

（一）周期

当波形出现规律性的连续变化时，则波形重复出现一周，完成一次循环所需的时间称作周期（Period），如图1-6所示。

周期的单位为秒。

图1-6

（二）频率

频率（frequency）是指一秒钟内所产生的周期数。

如图1-8a）所示，一秒只有一个周期，其频率为每秒1周，称作1赫兹（Hertz）,简写为1Hz（赫兹）。

如图1-8b）所示，周期为1/2秒，故其频率为2Hz。

所以频率与周期之间的关系互为倒数，即：

F=1/t

式中：

f频率（Hz）

T周期（S）

图1-8频率与周期

我们平常所用的家用电源为一交流电源，国内的频率为50Hz，即此交流电压每秒会产生50次（50个周期）的变化。

图1-9正弦波形的幅值大小

（三）幅值

自零线到峰值间的电压或电流大小称作振幅（amplitude）。

如图1-9所示，其振幅为10V，在此正弦波形中，正半波的最大振幅称为正峰值，负半波的最大幅值称为负峰值，正峰值与负峰值之差，称为峰-峰值。

用VP-P表示。

三、交流波形

一般所谓的交流电（AlternatingCurrent,AC），通常是指正弦交流而言，即其电流或电压的大小和方向（极性）皆随时呈正弦函数（sin）曲线做周期性变化。

但是，广义的AC则并不是一定指正弦波形，因此，交流方波、三角波以及锯齿波等非正弦函数曲线也都属于交流信号，但却不是呈现正弦波波形。

如图1-10所示，电压波形在时间横坐标轴（零线）以上者为正半波，在零线以下者为负半波，因此交流电包含正、负两个半波。

完成一正、一负所需要的时间即是前节所述的“周期”。

直流电（DC）

交流电（AC）

方向、极性固定

方向、极性交换

电压、电流稳定

电压、电流随时间变化

电压值稳定无法改变

适于变压

容易测量

易于作放大

可作为放大器的电源电压

可作为放大器的信号输入及输出

第二节方波与脉冲

一、方波

简单地来讲，可以认为，方波（squarewave）就是指边缘上下变化急速，并且以周期性有规律地出现的矩形波，即称之为方波，即在一周期内，正半波与负半波的时间相等，波形幅值也一致，只是相位相反。

如图1-11所示。

方波与正弦波的不同之处在于，正弦波是一单频率信号，而方波则是由基本波（正弦波）和奇数谐波频率所组合而成的信号。

如图1-12所示，由多次奇数谐波叠加上去，则最后的波形前沿和后沿将会变得更陡直，波顶也会更平坦。

理想的方波，电压由零上升到最大，或由最大下降到零，都应是垂直，并且时间都很短。

方波经常应用在低频测试，如测试放大器的频率响应。

将方波输入至放大器，即如同将许多正弦波和其多次谐波输入一样，如果放大器的频率响应不够宽大平直，则输出频率波形将与输入者不相同，因而形成一失真方波。

由此失真程度便可以判断出放大器的高低频响应效果，以了解放大器的频率宽度。

二、脉冲

对于部分技术人员来讲，常把脉冲误作方波。

脉冲（pulse）也是在极短的时间内从某一基准变成另一基准，然后再恢复至原基准的信号，如图1-14所示。

图1-14理想的脉冲

脉冲与方波的不同点在于占空比（dutycycle）的不同。

所谓占空比是指在一周期内，脉冲的平均值与脉冲的最大值之比，也可以简单地说是脉冲宽度与周期的比值，即：

占空比=

其计算方法如图1-15所示。

图1-15占空比的比值和计算

方波的占空比为50%，即两个电位（正半波与负半波）所占的时间相等，因而形成固定的比值。

当信号的振荡频率改变时，其占空比仍维持50%，与振荡频率无关。

但是，脉冲的占空比则可以有不同的比值，从0~100%皆可。

占空比小于50%称为窄幅波；超过50%者称为宽幅波。

通常窄幅波因作用时间（ON-time）短，而使电子元件的功率低，故较常使用。

图1-16说明脉冲之频率与脉冲宽度无关。

图1-16a）表示两频率相同而脉冲宽度不同的脉冲；图1-16b）则是两个频率不同而脉冲宽度却保持不变的脉冲。

由此可见，利用脉冲来作控制，其变化是相当多的。

如图1-17a）所示，当脉冲是在零线以上时，称此脉冲波形为正向脉冲；反之，如图1-17b）所示，当脉冲在零线以下时，称此脉冲波形为“负向脉冲”。

此外，脉冲的基准线未必是0V，可以是任何电压值，如图1-18所示。

图1-17脉冲波形

图1-18不同基线的脉冲

A基准线为2V）b）基准线为-2Vc）基准线为2Vd）基准线为-2V

第三节示波器

示波器（oscilloscope）不仅是电子工程师在测试和设计电路时重要的仪器，对于从事汽车相关专业人士来说，它也已经成为基本并且必备的测试仪器了。

这是由于现今汽车电子、电脑化后，全车流通着各式各样的电波，若仅通过传统的数字仪表来显示电压、电流数值，而忽略掉电波波形、相位、振幅等的变化，则将会使得测试过程徒劳而无获。

在汽车电子电路中的电波有着无数的变化波形，如图1-19所示。

即使是同样功能的传感器（sensors），却会因所采用的形式不同，而传送出不同的电波波形。

车上的电波大多属于模拟式波形，形状不如数字式波形易于分析。

在一个不良电路中，其波形必然会有问题，不论是干扰、搭铁不良或是电子元件本身的机械毛病，甚至于间歇性电路问题，都可通过示波器来检查。

虽然目前有一些数字式仪表在侦测非正弦波波形信号时，可以通过仪表内的计算电路而算出波形的平均值、峰值及有效值（RMS）等，但仍无法通过检查波形来找出电路的故障。

总结以上示波器的特点，我们可以得到示波器在汽车维修检测中的几大优势。

1．直观性

直观性指的是传感器及执行器的工作状况，可以通过肉眼观察屏幕上变化的波形全貌，看到波形的基准、频率、振幅等信息。

如杂乱的波形、不完整的波形，都可以清晰地观察到。

特别是针对点火系统的波形，可以直观的看到实际缸内燃烧发生的情况，对于次级点火系统的工作情况，从隔皮猜瓜，作到了通过波形分析，准确地判断故障点。

2．实时性

实时性指的是通过示波器可以实时的跟踪传感器及执行器在每一时刻的实际情况，不放过任何一可疑情况。

3．准确性

准确性指的是通过示波器的波形显示，可以得到每一时刻的波形实际的幅值、频率的信息，与万用表检测方法的最大区别，就是，万用表所检测得到的是某一段的平均值，而示波器检测得到的是完整准确的波形。

万用表检测无法发现的异常，在示波器面前则无所遁形。

如转速传感器转子上的脏垢导致的波形杂乱，用万用表检测，电压无异常，但通过示波器则可以准确地看到异常的杂波，而这也许就是发动机或某电子控制系统工作异常的原因。