实验八 典型非线性环节
本次实验以运算放大器为基本单元，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二级管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路，来模拟实际系统中常见的继电、饱和、死区、间隙等典型的非线性特性，并对典型非线性特性进行详细的理论分析和实验研究，从而为非线性系统的研究打下良好的基础。
一、 实验目的
1．熟悉各典型非线性环节的理论分析。
2．了解典型非线性环节的输入、输出在X_Y坐标上的曲线，并通过实验测量来和理论曲线进行对比分析。
二、 实验设备
PC机一台，TD－ACC系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容
1．继电特性 (1) 模拟电路图
ìá?2?é￡5V¨XY200K¨???500K_Ui10Kaèê?è????t?¨?ü10K10K-Uoa3ê?ìμ??ì×D?o2?ù¨b￡￡|′?2′o2?ù -ìá?2?é¤′μ??3??Z-5V￡??μ?2?′?¨a￡￡|图8－1
图中双向稳压二极管在实验装置中由两只单向的5.1V的稳压二极管负极对接而成。 (2) 将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做一对比并予以分析。
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UoMUoM0-MUi0-MUií????ìμ?ì×D?μ2êà?ìμ?ì×D? 图8－2理想继电特性
图4.1－2中M值等于双向稳压管的稳定值。 2．饱和特性
(1) 模拟电路图：见图8－3
¨????è???t?¨?ü10KUiaèê?¤1±íì×D?o2?ù¨b￡￡|′?2′o2?ù10K10K-￡10K-￡Uoa3ê? 图8－3
(2) 输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线对比及分析。
UoMUoM0-MUi0-MUií???±¤1íì×D?μ2ê౤1íì×D? 图8－4
理想饱和特性图中特性饱和值等于稳压管的稳压值，斜率K等于前一级反馈电阻值与输入电阻之比，即： K = R1/R
3．死区特性 (1) 模拟电路图
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+12V30KBìá?2?éRfUiaèê?R2ìá?2?éA30K??2?D?-12V 10K10K-￡Uoa3ê?R1INOUTR0-￡图8－5
(2) 将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做一对比并予以分析。
UoMUoM￡-5.1V0-MUi-M05.1VUií??????÷ì×D?
图8－6
图4.1－6中特性的斜率K为：K?RRf0μ2êà???÷ì×D? ， 死区??R230?12(V)?0.4R2(V)，式
中R2的单位KΩ，且R2 = R1（实际Δ还应考虑二极管的压降值）。 4．间隙特性 (1) 模拟电路图
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+12V30KBìá?2é?Uiaèê?R2ìá?2é?A30K??2??D-12V 1uF10K10KR0Rf￡-Uoa3ê?R1INOUT1uFCf￡-Ci
图8－7
(2) 将输入、输出电压在X_Y坐标上的实际测量曲线与理论响应曲线做一对比并予以分析。见图8－8
UoCBUoCBa￡-5.1VAa5.1V0DEAUiD0EUií????a??ì×D?μ2êà?a??ì×D? 图8－8
间隙特性如上图所示，图中空间特性的宽度Δ（OA）为：
??R230?12(V)?0.4R2(V) （8－1）
式中R2的单位为KΩ ，且R1 = R2。特性斜率为：tg??CiCf?RRf0 （8－2）
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根据式（8－1）和（8－2），改变R2和R1可改变空间特性的宽度；改变可调节特性斜率（tgα）。
RRf0或
CiCf的比值
四、 实验步骤
1．准备：将信号源单元的“ST”插针和“＋5V”插针用“短路块”短接。 2．实验步骤
(1) 按图8－1接线，图8－1中的（a）和（b）之间的虚线处用导线连接好（图8－1（a）中，＋5V与Z之间，以及－5V与X之间用短路块短接）。
(2) 将CH1和CH2路表笔分别接至模拟电路中的输入端（Ui）和输出端（Uo），打开集成软件中的X_Y测量窗口，开始测量。
(3) 调节电位器，改变输入电压Ui，观测并记录Uo～ Ui图形，响应曲线可参照4.1.3节中介绍。
(4) 分别按图8－3，图8－5，图8－7接线，输入电压电路采用图8－1中的办法，重复上述步骤 (2) ～ (3) 观察并记录各典型非线性环节的输入电压和输出电压的对应关系。
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