典型非线性环节实验

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 1 2

型 号

DJK01 电源控制屏

备 注

该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

DJK15控制理论实验挂或DJK16控制理论实验挂箱 3 4

图10-1

箱

双踪慢扫描示波器 万用表

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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：

(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)

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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/R1 Uc= ± 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⏐≤ Ui0

Uc=

-K（Ui-Ui0SgnUi）， ⏐Ui⏐≥Ui0 当⏐Ui⏐≤ a E /（1-a）时，K=0；

当⏐Ui⏐> a E/（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。

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(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: Uc=

C2

（1−a）（Ui±Ui0） C1

[1−a）C2C1] θ=tg−1（

式中 Ui0=aE（1−a），由上式可见，只要改变参数C1、C2和电位器的分位值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) 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

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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。

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