阶跃响应冲激响应和卷积积分
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清华大学电机系电路原理教学组第9章阶跃响应、冲激响应和卷积积分的应用9.1 阶跃函数和冲激函数本章重点9.4 电路在任意激励作用下的零状态响应——卷积积分9.5 电容电压和电感电流的跃变9.2 阶跃响应9.3 冲激响应清华大学电机系电路原理教学组•阶跃响应和冲激响应 本章重点•阶跃函数和冲激函数•卷积积分返回目录•电容电压和电感电流的跃变清华大学电机系电路原理教学组9.1 阶跃函数和冲激函数一、单位阶跃函数(unit step function )1. 定义tε(t )10()t ε用可描述开关的动作。
+–u C U S ε(t )RCdef0 (0)() 1 (0)t t t ε<⎧=⎨>⎩def S S 0 (0)() (0)t U t U t ε<⎧=⎨>⎩U SS+–u C R C开关在t =0 时闭合清华大学电机系电路原理教学组2. 延迟的单位阶跃函数tε(t-t 0)t 0def0000 ()() 1 ()t t t t t t ε<⎧−=⎨>⎩3. 由单位阶跃函数可组成复杂的信号U SS+–u C RC开关在t =t 0时闭合清华大学电机系电路原理教学组0()()()f t t t t εε=−−t 0t-ε(t -t 0)ε(t )0f (t )1解所示矩形脉冲可分解为阶跃函数和延迟阶跃函数相加。
例1⎩⎨⎧><<<=), 0( 0)0( 1)(00t t t t t t f 1t 0tf (t )0试用阶跃函数表示上图所示的矩形脉冲。
清华大学电机系电路原理教学组()[()(1)](1)f t t t t t εεε=−−+−11t1t1f (t )例2试用阶跃函数表示图示的波形。
解f (t ) 分成两段表示。
1t101t1+(0< t <1)()[()(1)]f t t t t εε=−−(1< t )()(1)f t t ε=−则清华大学电机系电路原理教学组二、单位冲激函数(unit pulse function )1. 单位脉冲函数1()[()()]p t t t εεΔΔ=−−0lim ()()p t t Δδ→=令1ΔΔ→→∞面积不变Δ1/Δtp (t )0Δ减小,脉冲变窄,面积不变。
补充第一章 阶跃响应冲击响应与卷积积分法电路中除电阻元件外,还包括有电容和电感等动态元件,如此的电路称为动态电路。
在动态电路分析中,鼓励和响应都表示为时刻t 的函数,采纳微分方程求解电路和分析电路的方式,称为时域分析法。
本章要紧讨论一阶电路的阶跃响应、冲激响应、任意输入的零状态响应,和二阶电路在恒定输入下的零状态响应。
§1-1 阶跃响应和冲激响应电路的输入除恒定不变的常量(即恒定输入或直流输入)和按正弦规律变更的交流量(即正弦输入)之外,常见的还有另外两种奇异函数,即阶跃函数和冲激函数。
本节就来讨论这两种函数的概念、性质及作用于线性动态电路时所引发的响应。
单位阶跃函数(unit step function )用()t ε来表示,它概念为 0(0)()1(0)t t t ε<⎧=⎨>⎩ 波形如图1-1(a )所示,在0t =处,()t ε由0跃变至1。
若是单位阶跃函数的跃变点不是在0t =处,而是在0t t =处,波形如图1-1(b )所示,那么称它为延迟的单位阶跃函数,用0()t t ε-表示,即0000()()1()t t t t t t ε<⎧-=⎨>⎩图1-1单位阶跃函数与任一常量K 的乘积()K t ε仍是一个阶跃函数,现在阶跃的幅度为K 。
单位阶跃函数与任一函数()f t 的乘积将只保留该函数在阶跃点以后的值,而使阶跃点以前的值变成零,即有0000(0)()()()(0)0()()()()()t f t t f t t t t f t t t f t t t εε<⎧=⎨>⎩<⎧-=⎨>⎩因此,单位阶跃函数能够用来“起始”一个任意函数()f t ,这给函数的表示带来了方便。
例如关于线性函数()(f t Kt K =为常数),由图1-2(a)、(b)、(c)能够清楚地看出()f t 、()()f t t ε及0()()f t t t ε-的不同。
《信号与系统》知识要点第一章 信号与系统1、 周期信号的判断 (1)连续信号思路:两个周期信号()x t 和()y t 的周期分别为1T 和2T ,如果1122T N T N =为有理数(不可约),则所其和信号()()x t y t +为周期信号,且周期为1T 和2T 的最小公倍数,即2112T N T N T ==。
(2)离散信号思路:离散余弦信号0cos n ω(或0sin n ω)不一定是周期的,当 ①2πω为整数时,周期02N πω=;②122N N πω=为有理数(不可约)时,周期1N N =; ③2πω为无理数时,为非周期序列注意:和信号周期的判断同连续信号的情况。
2、能量信号与功率信号的判断 (1)定义连续信号 离散信号信号能量:2|()|k E f k ∞=-∞=∑信号功率: def2221lim ()d T T T P f t t T →∞-=⎰ /22/21lim|()|N N k N P f k N →∞=-=∑⎰∞∞-=t t f E d )(2def(2)判断方法能量信号: P=0E <∞, 功率信号: P E=<∞∞, (3)一般规律①一般周期信号为功率信号;②时限信号(仅在有限时间区间不为零的非周期信号)为能量信号;③还有一些非周期信号,也是非能量信号。
例如:ε(t )是功率信号; t ε(t )3、典型信号① 指数信号: ()at f t Ke =,a ∈R② 正弦信号: ()sin()f t K t ωθ=+tt4、信号的基本运算 1) 两信号的相加和相乘 2) 信号的时间变化 a) 反转: ()()f t f t →- b) 平移: 0()()f t f t t →± c)尺度变换: ()()f t f at →3) 信号的微分和积分注意:带跳变点的分段信号的导数,必含有冲激函数,其跳变幅度就是冲激函数的强度。
正跳变对应着正冲激;负跳变对应着负冲激。
冲激响应和阶跃响应实验报告一、实验目的本次实验旨在深入理解和掌握线性时不变系统(LTI)的冲激响应和阶跃响应的概念、特性以及求解方法。
通过实际的实验操作和数据测量,观察和分析系统在冲激和阶跃输入信号作用下的输出响应,进一步认识系统的时域特性,为后续的系统分析和设计打下坚实的基础。
二、实验原理(一)冲激响应冲激响应是指线性时不变系统在单位冲激信号δ(t) 作用下的零状态响应,记为 h(t)。
对于连续时间 LTI 系统,其冲激响应满足卷积积分的关系:y(t) = x(t) h(t)其中,x(t) 为输入信号,y(t) 为输出信号。
单位冲激信号δ(t) 的定义为:δ(t) = 0 (t ≠ 0)∫(∞,+∞)δ(t) dt = 1(二)阶跃响应阶跃响应是指线性时不变系统在单位阶跃信号 u(t) 作用下的零状态响应,记为 g(t)。
单位阶跃信号 u(t) 的定义为:u(t) = 0 (t < 0)u(t) = 1 (t ≥ 0)三、实验设备与软件1、示波器2、函数信号发生器3、实验电路板4、计算机及相关软件四、实验内容与步骤(一)冲激响应的测量1、按照实验电路图搭建实验电路,选择合适的电阻、电容等元件。
2、利用函数信号发生器产生单位冲激信号,并将其输入到实验电路中。
3、使用示波器观察并记录输出信号的波形,测量其幅度、上升时间、下降时间等参数。
(二)阶跃响应的测量1、重新调整实验电路,使其适用于阶跃响应的测量。
2、由函数信号发生器产生单位阶跃信号,并输入到实验电路中。
3、通过示波器观察并记录输出信号的阶跃响应波形,测量其稳态值、上升时间等参数。
五、实验数据与分析(一)冲激响应数据记录了不同实验条件下冲激响应的波形和相关参数,如下表所示:|实验条件|幅度|上升时间|下降时间|||||||条件 1|_____|_____|_____||条件 2|_____|_____|_____|通过对数据的分析,可以发现冲激响应的幅度与电路中的元件参数有关,上升时间和下降时间则反映了系统的响应速度。