Примерное время на чтение статьи: 4 минуты

На предыдущем уроке мы рассмотрели графики постоянного и переменного токов. Самое смешное то, что на автомобиле постоянное напряжение мы сможем увидеть только на самой аккумуляторной батарее, к которой ничего не подключено. Переменное напряжение в виде красивой синусоиды мы также не увидим. То есть в чистом виде постоянного и переменного напряжения на автомобиле нет.

Смешанное напряжение

На автомобиле автоэлектрики работают со смешанным напряжением. Это и не постоянное, и не переменное напряжение, а, скажем так, смесь напряжений разных видов. Точнее, наверное, будет сказать, что смешанное напряжение – это напряжение, в котором присутствуют и постоянная составляющая, и переменная составляющая. На экране осциллографа можно увидеть кучу диаграмм такого напряжения. Измерить смешанное напряжение простым вольтметром, к сожалению, не получится. Он может показать какое-то среднее значение (постоянную составляющую) или колебаться, а форму истинного графика мы не увидим.

Сигнал и его параметры

Теперь давайте начнем привыкать к новому термину, которым часто пользуются автоэлектрики и диагносты. Этот термин называется сигнал. Что это такое? Сигнал – это тоже смешанное напряжение, измеряется также в вольтах, но в отличие от напряжения он несет некую информацию (на рисунке нарисовал красным цветом). Это не просто какая-то изменяющаяся по амплитуде линия, а линия напряжения, которая на себе тащит данные о состоянии каких-то датчиков. Например, о положении дроссельной заслонки.

В этом сигнале можно выделить некую постоянную составляющую, т.е. какое-то среднее значение постоянного напряжения, нарисую ее синим цветом в виде прямой линии. И можно выделить переменные составляющие (синие синусоиды под графиком), это те самые колебания относительно постоянной составляющей, в сумме дающие сам сигнал. Причем сигнал, как видим, совсем несинусоидального характера.

У любого сигнала есть такое понятие спектр. Все слышали про спектр солнечного света. У него в спектре разные цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и т.д. Если мы их все складываем, то получим белый цвет. То же самое можно проделать и со смешанным напряжением, любой сигнал можно разложить в сумму синусоид кратной частоты. Частота каждой синусоиды может быть в два раза, в три раза больше и т.д., чем обычная синусоида. При сложении всех этих синусоид получается наш исходный сигнал. Это доказано. И нам нет необходимости углубляться в данный вопрос.

Говоря о сигнале, мы будем применять слова «широкий спектр», «узкий спектр». Если сигнал меняется достаточно резко и быстро, чем острее его пики, тем шире его спектр. То есть такой сигнал состоит из широкого спектра синусоид, их количество в нем намного больше, чем в сигнале плавном.

Широтно-импульсная модуляция

Еще на современных автомобилях широко применяется широтно-импульсная модуляция. Что это? На картинке я попытался изобразить сигнал широтно-импульсной модуляции. Это прямоугольные импульсы. Амплитуда этих импульсов может быть 5 вольт, может быть 12 вольт, но чаще всего 12 вольт используется. На машине такой сигнал применяется, например, в цепях управления регуляторами холостого хода, в цепях управления всевозможными электромагнитными клапанами. Фактически это импульсы, которые следуют с периодом Т и шириной импульсов ꞇ.Ширина импульса может меняться. Отсюда и название широтно-импульсная модуляция.

У широтно-импульсной модуляции есть два параметра обратных друг другу. Первый параметр – это скважность.  Она равна отношению периода Т к ширине импульса ꞇ:  

скважность = Т / ꞇ

Термин скважность широко применяется в радиотехнике. В автоэлектрике же чаще говорят об обратной скважности величине, о коэффициенте заполнения.

коэффициент заполнения = ꞇ / Т

Это и есть второй параметр широтно-импульсной модуляции. Что это такое? Ну, грубо говоря, вот у меня есть квадратик. На сколько процентов этот квадратик заполнен импульсом, такой и будет коэффициент заполнения.

По-английски коэффициент заполнения называется DUTY. Такое название вы можете встретить в сканере. Если будете работать со сканером, то, проверяя, например, регулятор холостого хода, увидите примерно такую информацию: DUTY = 50% или там DUTY = 40%. Эти проценты означают, что ширина самого импульса ꞇ занимает 50 или 40% от общей ширины периода Т.

Фактически, меняя ширину прямоугольных импульсов, можно менять уровень, грубо говоря, постоянного напряжения. Чем шире импульс и больше коэффициент заполнения, тем выше напряжение. Например, если будем подавать импульсы напряжением 12 вольт с коэффициентом заполнения 50%, то получим постоянное напряжение 6 вольт. А если изменим коэффициент заполнения на 40%, то получим напряжение 4,8 вольта. Таким образом управляются на машине регулятор холостого хода, клапан рециркуляции отработавших газов и другие всевозможные электромагнитные клапаны.  Если, допустим, надо какой-то элемент устройства повернуть или выдвинуть-задвинуть, то с помощью широтно-импульсной модуляции просто меняют напряжение 12 вольт на требуемую величину.