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17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)o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)o

如图1-2所示，电路在单位时间(t)内所

做的功为固定不变。

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

万O

图1-4

图1-5所示的发动机氧传感器(02sensor)正常波形即为一种脉动直流

波形。

电压CH1<8.91s>

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「6所示。周期的单位为秒。

图1-6连续交流波形图1-7周期的意义

（二）频率

频率（frequency）是指一秒钟内所产生的周期数。如图『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-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=l/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。

正峰值

负峰值

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（Altei*natingCurrent,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1T0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1T1所

不O

方波的名称

图1-12

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，然后脉冲

幅度

再恢复至原基准的信号，如图1T4所示。

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

脉冲间隔宽度

在一周期内，脉冲的平均值与脉冲的最大宽度

值之比，也可以简单地说是脉冲宽度与周期的比%/%理想的脉冲

脉冲宽度

占空比二---------

周期

其计算方法如图1T5所示。

图1-15占空二匕的比值和计算

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0100%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（0N-

time）短，而使电子元件的功率低，故较常使用。

图1T6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lT6b）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。

图1-16脉冲的频率变化与宽度之变化

a）tl=t2b）tlWt2

如图l-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1T8所示。

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

To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。

车电子电路中的电波有着无数的变化波形，如图1T9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

些教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