典型非线性环节的模拟

典型非线性环节的模拟

一、 实验目的

1、非线性环节的模拟方法。

2、掌握非线性的测量方法。

二、实验仪器

1、    信号与系统实验箱一台。

2、    40MHz双踪示波器一台。

图9－1  非线性环节原理框图

三、实验原理

    图9－1为非线性特性的测量接线图。正弦信号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也响应的非线性特性。

  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9-2(a)继电器特性电路图                            图9-2(b)继电器特性图

实现继电器特性的电路图与其特性分别由图9－2（a）和图9－2（b）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9-3(a)饱和特性接线图                                        图9-3(b)饱和特性图

实现饱和非线性的模拟电路和特性分别由图9－3（a）和图9－3（b）所示。它的数学表达式为：

        ±Ui R2/R1        |Ui| ≤ |Ui0|,      tgθ=R2/R1

图9-4(a)死区特性接线图                  图9-4(b) 死区特性图

实现死区特性的模拟电路和特性分别由图9－4（a）和图9－4（b）所示。它的数学表达式为 0 | Ui | ≤   |Ui0|     

UC=-K(Ui-Uio)SgnUi      |Ui| ≥ |Ui0|

当|UI|≤aE/(I-a)时,K=0;

当|UI|＞aE/(I-a)时,K=－(I-a)R2/R1, tg =(I-a)R2/R1

图中Uio、θ和K为死区非线性的主要特性征参数。改变电位器的分位值a，就能改变θ和K。

2、            回环非线性特性

图9－5（a）回环非线性接线图              图9－5（b）回环非线性接线图

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9－5和(b)所示。它的数学表达式为：

式中U=aE/（I-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。

1、带回环的继电器特性

图9－6（a）带回环继电器特性接线图        图9－6（a）带回环继电器特性图

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图9－6（a）和图9－6（a）所示。这里原算放大器接成正反馈。其反馈系数为K=R1/(R1+R),显然，R2越小，正反馈系数K越大，说明正反馈越强。环宽的电压Uio与输出幅限电压M和反馈系数K有关，其关系为Uio＝KM。

一、           实验步骤

1、接通电源，按下此模块的电源开关S6，用函数信号发生器模块产生一正弦信号（调节正弦信号的周期为1S左右），正弦信号的输出接到非线性环节的输入端和示波器的X轴，非线性环节的输出端接至示波器的Y 轴。X轴选择开关置于停止扫描位置。

1、用示波器（或X－Y记录仪）观察并记录各种典型非线性特性。

2、调节各种非典型线性电路中的电位器而改变其相关参数，观察它们对非线性特性的影响。（注：电位器的对应情况为：“继电器特性”对应W601，W602。“饱和特性”对应W603，W604。“死区特性”对应W605，W606。“回环非线形特性”对应W607，W608。“带回环继电器特性”对应W609,W610）

五、实验思考题

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？