典型非线性环节实验

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1、实验十典型非线性环节的模拟一、实验目的(1)熟悉典型非线性环节的模拟电路。(2)分析典型非线性环节的输入－输出特性。(3)掌握非线性特性的测量方法。二、实验设备序号型号备注该控制屏包含“三相电源输1DJK01电源控制屏出”等几个模块。2DJK15控制理论实验挂或DJK16控制理论实验挂箱箱3双踪慢扫描示波器4万用表图10-1第1页三、实验线路及原理图10-1为非线性特性的测量接线图。信号发生器的输出同时接到非线性环节的输入端和示波器的X轴，非线性环节的输出接至示波器的Y轴。X轴选择开关置于停止扫描位置，这样在示波器上就能显示出相应的非线性特性。要测试的非线性特性有下列五种，现分别叙述如下：

2、(1)继电器特性图10-2(a)图10-2(b)实现继电器特性的电路图与其特性分别由图10-2a和图10-2b所示。调节两只电位器的滑动臂，就可调节输出的限幅值M。(2)饱和特性图10-3(a)图10-3(b)第2页实现饱和非线性特性的模拟电路和特性分别由图10-3a和图10-3b所示。它的数学表达式为:±UiR2/R1，⏐Ui⏐≤⏐Ui0⏐，tgθ=R2/R1Uc=±M，⏐Ui⏐≥⏐Ui0⏐(3)死区特性图10-4(a)图10-4(b)实现死区非线性特性的模拟电路和特性分别由图10-4a和图10-4b所示。它的数学表达式为:0，⏐Ui⏐≤Ui0Uc=-K（Ui-Ui0SgnUi），⏐Ui

3、⏐≥Ui0当⏐Ui⏐≤aE/（1-a）时，K=0；当⏐Ui⏐>aE/（1-a）时，K=-（1-a）R2/R1，tgθ=（1-a）R2/R1图中Ui0、θ和K为死区非线性的主要特征参数。改变电位器的分位值a，就能改变θ和K。第3页(4)回环非线性特性图10-5(a)图10-5(b)实现回环非线性特性的模拟电路图和其非线性特性分别如图10-5a和10-5b所示。它的数学表达式为:C2U=（1−a）（U±U）cii0C1−1θ=tg（[]1−a）CC21式中U=aE（1−a），由上式可见，只要改变参数C1、C2和i0电位器的分位值a，就能改变特性的夹角θ。(5)带回环的继电器特性图10-6(a)

4、图10-6(b)实现带回环继电器特性的模拟电路图和其特性曲线分别由第4页图10-6a和图10-6b所示。这里运算放大器需接成正反馈。其反馈系数为K=R1/（R1+R2），显然，R2越小，正反馈的系数K越大，说明正反馈越强。环宽的电压Ui0与输出限幅电压M和反馈系数K有关，其关系为Ui0=KM。四、思考题(1)如果限幅电路改接在运算放大器的反馈回路中，则非线性特性将发生什么变化。(2)带回环的继电器特性电路中，如何确定环宽电压？(3)比较死区非线性特征值的计算值与实测数据，分析产生误差的原因。(4)比较饱和非线性特征值的计算值与实测数据，分析产生误差的原因。五、实验方法(1)根据典型非线性环

5、节设计相应的模拟电路图。(2)调节信号发生器的周期为1S左右，按图8-48接线。(3)用示波器（或X–Y记录仪）观察并记录各种典型非线性特性。(4)调节相关参数，观察它们对非线性特性的影响。第5页