Всі осцилографи мають екран для відображення осцилограм. Екран може бути виконаний як електронно-променева трубка, як рідкокристалічний монітор або може використовуватись монітор комп'ютера. Нижче наведено приклад типового екрану осцилографа.

На монітор нанесені поділки - вони дозволяють візуально оцінити параметри сигналу. Поділки, що нанесені по горизонтальній осі, дозволяють вимірювати часові параметри. Поділки, нанесені по вертикальній осі, дозволяють вимірювати напругу.

Графіки на моніторі називають осцилограмами. Найпростіший осцилограф відображає лише осцилограми напруги. Ця форма відображення показує залежність напруги від часу. Існують прилади, що відображають залежність амплітуди від частоти – спектроаналізатори. Такі прилади використовуються при вимірах рівнів шуму або вібрації, а також для аналізу спектрального складу сигналу. Графіки, які відображаються такими приладами, називаються спектрограмами.

Шляхом перегляду осцилограм напруги і спектрограми можна виявити несправності в електричних ланцюгах у робочому режимі без їх розбирання. За осцилограмами напруги можна виявити несправності датчиків, виконавчих механізмів та електропроводки в електронних системах автомобілів.

Нульова лінія

Якщо до входу осцилографа не підключати жодного джерела напруги, осцилограма буде виглядати як рівна горизонтальна лінія. Таку лінію називають "нульова лінія", оскільки вона відображає рівень, що відповідає напрузі, що дорівнює 0 Вольт на вході осцилографа.

Якщо вхід осцилографа підключити до джерела постійної напруги, наприклад до автомобільної акумуляторної батареї, то отримана осцилограма так само буде мати форму рівної горизонтальної лінії, але її положення по вертикалі на екрані буде відрізнятися від положення нульової лінії.

Різниця між положеннями отриманої осцилограми та нульовою лінією прямо пропорційна значенню напруги.

Більшість осцилограм напруги сигналів мають форму відмінну від рівної горизонтальної лінії. Положення нульової лінії на екрані осцилографа можна змінювати по вертикалі - підняти вище або опустити нижче. Необхідність зміни положення нульової лінії (вище або нижче) залежить від форми досліджуваного сигналу, а також виникає у разі використання багатоканального осцилографа.

Посилення

Графік на екрані осцилографа відображає залежність значення напруги від часу. Чим більша амплітуда досліджуваного сигналу, тим більше на екрані осцилографа вертикальне відхилення сигналу. Залежно від амплітуди, для наочності відображення сигналу вибирають відповідне посилення. Значення посилення вимірюється у Вольтах на поділку.

Можливість зміни значення посилення дозволяє на екрані осцилографа відображати сигнали з дуже малою амплітудою напруги, так і сигнали з дуже великою амплітудою напруги. Необхідне значення посилення залежить від амплітудних параметрів досліджуваного сигналу.

Один і той же сигнал буде відображатися по-різному, залежно від вибраного посилення. Більше значення Вольт/поділ вибирають тоді, коли на екрані потрібно відобразити весь сигнал по амплітуді.

Менше значення Вольт/поділ вибирають тоді, коли потрібно детально дослідити форму та амплітудні параметри окремих ділянок сигналу. У такому випадку на екрані відображається лише частина сигналу амплітуди.

Наведені приклади демонструють, як змінюється відображення осцилограми одного сигналу на екрані осцилографа при зміні значення посилення.

Розгортка

Осцилограф промальовує графік напруги зліва направо, починаючи з лівого боку екрану. Швидкість промальовування графіка називається розгорткою. Розгортка вимірюється у Секундах на поділку. Значення розгортки можна змінювати за допомогою перемикача час/поділ.

Один і той же сигнал відображатиметься по-різному, залежно від вибраного значення розгортки. Менший час/поділ вибирають тоді, коли потрібно детально досліджувати форму та часові параметри окремих ділянок сигналу. У такому випадку на екрані відображається короткий за часом фрагмент сигналу.

Якщо на екрані потрібно відобразити більший за часом фрагмент осцилограми, наприклад для виявлення окремих імпульсів з неправильною формою сигналу або пропуски імпульсів, вибирають більший час/поділ.

Наведені приклади демонструють, як змінюється відображення осцилограми одного сигналу на екрані осцилографа при зміні значення розгортки.

Синхронізація

Для зручного та наочного відображення періодичних (циклічно повторюваних) сигналів застосовується синхронізація. Синхронізація забезпечує промальовування окремих імпульсів, починаючи завжди з однієї і тієї ж точки екрану, завдяки чому створюється ефект нерухомого або стабільного зображення. У разі вимкненої синхронізації, осцилограф промальовує графік напруги зліва направо, починаючи з крайньої лівої сторони екрана доти, поки екран не заповниться на всю ширину, після чого промальовування знову починається з крайньої лівої сторони екрана, що незручно для відображення швидких періодичних сигналів.

Для налаштування синхронізації необхідно вибрати рівень синхронізації (значення напруги, після досягнення якого осцилограф починає промальовувати осцилограму) і фронт сигналу (спадаюча або зростаюча напруга).

Якщо використовується багатоканальний осцилограф, необхідно також вказати, за сигналом якого каналу здійснювати синхронізацію.

Аналоговий сигнал

Значення напруги більшості аналогових сигналів змінюється у часі. Якщо зміни циклічно повторюються, такий сигнал називають періодичним, наприклад сигнал управління форсункою. Якщо осцилограма напруги періодичного сигналу перетинає нульову лінію, такий сигнал називають змінним. Якщо осцилограма напруги періодичного сигналу не перетинає нульової лінії, такий сигнал називають постійним. Як приклад складного аналогового сигналу постійного струму можна навести сигнал лямбда-зонда.

Синусоїдальний сигнал

Найпростішим прикладом змінної аналогової напруги є синусоїда. Такий сигнал характеризується лише двома параметрами – амплітуда та частота. Нульова лінія синусоїдальної змінної напруги розташовується посередині сигналу.

Необхідно відзначити, що більшість сигналів змінної напруги значно відрізняються від чистої синусоїдальної. В автомобільній електроніці близькими до синусоїдального є сигнали, що згенеровані магнітними датчиками положення зубчастих коліс.

Подібні сигнали генерують деякі датчики швидкості обертання колінчастого валу, розподільчого валу, швидкості обертання коліс.

Цифровий сигнал

Цифрові сигнали від аналогових відрізняються наявністю лише двох рівнів напруги - "високий"/"низький", "увімкнено"/"вимкнено", "1"/"0". Такі рівні напруги цифрового сигналу називаються "логічними рівнями". У більшості випадків логічні рівні цифрового сигналу мають точні значення напруги, наприклад +5 Вольт і 0 Вольт.

Цифрові сигнали генеруються ключами (вимикачами). Роль ключів виконують транзистори, що перемикаються між станами "відкритий"/"закритий". Іноді цифрові сигнали генеруються механічними ключами – механічними вимикачами, перемикачами, електромеханічними реле...

Але переважно, цифрові сигнали використовуються у обчислювальній техніці, в тому числі й у цифрових блоках керування електронними системами автомобілів.

Частота

Частота - це кількість циклів періодичного сигналу, що повторюється за певний період часу. Якщо за такий період часу прийняти одну секунду, кількість циклів періодичного сигналу повторилося за цей період часу називають Герц (Гц). В автомобільній електроніці кількість обертів двигуна прийнято розраховувати за період часу, що дорівнює одній хвилині (об/хв).

По осцилограмі напруги періодичного сигналу можна легко виміряти частоту проходження імпульсів. Для цього необхідно виміряти тривалість повного циклу сигналу – період. Далі отримане значення часового проміжку можна перерахувати у частоту, скориставшись відповідною формулою.

Розрахуємо частоту проходження імпульсів сигналу датчика положення колінчастого валу.

Датчик, осцилограма напруги вихідного сигналу якого наведена вище, генерує один імпульс напруги за один оберт колінчастого валу. Часовий проміжок між двома найближчими такими імпульсами називається періодом. В даному випадку, два наступних один за одним імпульси віддалені один від одного на 7,4 поділки на екрані осцилографа по горизонталі. Для відображення даного сигналу на екрані вибрана розгортка (часовий проміжок між кожною поділкою на екрані осцилографа по горизонталі) 10 мілі Секунд/поділ, тобто 0,01 Секунди. Помноживши кількість поділок відповідного періоду на значення розгортки можна отримати чисельне значення періоду повторення сигналу в секундах:

0,01 ∙ 7,4 = 0,074 Секунд

Знаючи значення тривалості періоду повторення сигналу, можна розрахувати, скільки таких періодів пройде за секунду, тобто частоту сигналу в Герцах. Для перерахунку періоду в частоту, необхідно розділити вибраний часовий проміжок (у даному випадку 1 Секунда) на період повторення сигналу (для цього сигналу 0,074 Секунд):

1 / 0,074 = 13,5 Гц

Якщо в даному випадку розрахувати скільки таких періодів пройде за одну хвилину, то отримане значення буде відповідати частоті обертання колінчастого валу в обертах за хвилину. Для перерахунку періоду в частоту, необхідно розділити вибраний часовий проміжок (у даному випадку 60 секунд) на період повторення сигналу (для цього сигналу 0,074 секунд):

60 / 0,074 = 810 об/хв

Подібний розрахунок можна здійснити, маючи в своєму розпорядженні будь-який осцилограф, але деякі осцилографи здатні розраховувати і відображати частоту сигналу в Герцах або в обертах за хвилину в автоматичному або напівавтоматичному режимі.

Тривалість імпульсу

Тривалість імпульсу – це часовий проміжок, протягом якого сигнал перебуває у активному стані. Активний стан – це рівень напруги, який включає виконавчий механізм (приводить механізм у дію). Залежно від схеми включення виконавчого механізму, активний стан може мати різні рівні напруги, наприклад 0 Вольт, +5 Вольт, +12 Вольт… Наприклад, напруга активного стану сигналу керування електромагнітною форсункою в більшості систем керування двигуном теоретично дорівнює 0 Вольт, а практично може коливатися в діапазоні 0…+2,5 Вольт та більше.

Для наведеного вище сигналу, тривалість імпульсу відкриття форсунки становить 4,4 поділки на екрані осцилографа по горизонталі, що при розгортці 1 мілі Секунда/поділ відповідає 4,4 мілі Секунди.

Скважність

Скважність - це відсоток часу від періоду повторення, коли сигнал знаходиться в активному стані. Скважність – один із параметрів сигналів ШІМ (Широтно-Імпульсна Модуляція).

Сигнали ШІМ застосовуються для керування деякими виконавчими механізмами. Наприклад, у деяких системах керування двигуном сигналом ШІМ приводиться в дію електромагнітний клапан холостого ходу. Крім того, сигнал ШІМ генерують деякі датчики, перетворюючи величину вимірюваного фізичного параметра в шпаруватість.

ЕРС самоіндукції

ЕРС (Електро-Рушійна Сила) самоіндукції – це напруга, що виникає внаслідок зміни значення величини магнітного поля та/або його напряму навколо електричного провідника. У разі високої швидкості зміни величини магнітного поля всередині соленоїда (обмотка електромагнітного реле, електромагнітної форсунки, котушки запалювання, електромагнітного датчика частоти обертання) напруга ЕРС самоіндукції може досягати десятків/тисяч Вольт. Величина напруги ЕРС самоіндукції залежить в основному від індуктивності обмотки та швидкості зміни величини магнітного поля. Для електромагнітних виконавчих механізмів величина магнітного поля найбільш швидко змінюється при його руйнуванні, тобто при швидкому відключенні напруги живлення соленоїда.

У деяких випадках ефект ЕРС самоіндукції небажаний, і вживаються заходи для його зменшення/усунення. Але деякі електричні ланцюги спроектовані так, щоб отримати максимальний сплеск ЕРС самоіндукції, наприклад система запалювання бензинового двигуна.

Деякі системи запалення при напрузі живлення 12 Вольт здатні розвивати напругу ЕРС самоіндукції до 40-50 тисяч Вольт.

Джерело: injectorservice.com.ua