当前位置：文档之家 › 电路分析基础-拉普拉斯变换

电路分析基础-拉普拉斯变换

  • 格式：ppt
  • 大小：1.73 MB
  • 文档页数：29

下载文档原格式

  / 29

合集下载

电路的拉普拉斯变换分析法

电路的拉普拉斯变换分析法


E s2 2
E s2 2
- sT
e2
E s2 2
- sT
1 e 2
半波正弦周期函数的拉普拉斯变换为
- sT
L
f t
E s2 2
1e 2 1- e-sT
E s2 2
1
- sT
1-e 2
7.2.4 频率平移特性
若 f (t) L
F (s)
则 L{ f (t)e-s0t } F (s - s0 )
( a)
=0
lim e-(s-a)t 0
t
( a)
a 称为收敛域
拉氏反变换 由F(s)到f(t)的变换称为拉普拉斯反变换，简称拉氏反变换
拉氏变换对
f (t) 1
j
F
(
s)e
st
ds
2j - j
F(s) L[ f (t)] 拉氏正变换 f (t) L-1[F(s)] 拉氏反变换
tf
tdt
f
0
可得
LAd
t
0
Ad
t e-st
dt
Ae0
A
对于单位冲激函数来说，可令上式 A=1，即得：
Ld t 1
书中表7 -1给出了一些常见函数的拉普拉斯变换
拉氏变换法的实质就是将微分方程经数学变换转变成代数 方程，然后进行代数运算，再将所得的结果变换回去。它 和应用对数计算数的乘除相类似。不同的只是在对数运算 中变换的对象是数，而在拉氏变换中变换的对象是函数。
dt
0- dt
L[ f '(t)] L[ df (t)] df (t) e-st dt
dt
0- dt
由上式应用分部积分法，有
L[df (t)] dt
拉普拉斯变换在电路分析中的应用)

拉普拉斯变换在电路分析中的应用)

拉普拉斯变换在电路 分析中的应用
目录
• 引言 • 拉普拉斯变换基本原理 • 电路元件拉普拉斯变换表示 • 线性时不变电路分析 • 非线性电路分析 • 复杂电路分析 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
电路分析的重要性
电路分析是电气工程和电子工程领域 的基础，对于设计和分析各种电路系 统至关重要。
复杂电路的挑战
独立电流源的拉普拉斯变换表示为 $frac{I}{s}$，其中$I$为电源电流。 在拉普拉斯域中，独立电流源的阻 抗与频率成反比。
传输线元件
传输线
传输线的拉普拉斯变换表示为$frac{1}{sqrt{LC}s}$，其中$L$和$C$分别为传 输线的单位长度电感和电容。传输线的阻抗与频率的平方根成反比，随着频率 的增加而减小。
与傅里叶变换的关系
拉普拉斯变换可视为傅里叶变换的扩展，能够处理更广泛 的信号和系统，包括不稳定系统和具有初始条件的系统。
在电路分析中的应用
拉普拉斯变换在电路分析中的主要应用包括求解线性时不 变电路的响应、分析电路的稳定性和暂态行为，以及设计 滤波器、控制器等电路元件。
02
拉普拉斯变换基本原理
定义与性质
利用伏安特性曲线或负载线等方 法，通过图形直观分析非线性电 路的工作状态。
解析法
通过建立非线性电路的数学模型， 采用数值计算或符号计算等方法 求解电路方程，得到电路的响应。
仿真法
利用电路仿真软件对非线性电路 进行建模和仿真分析，可以得到 较为准确的电路响应和性能参数。
拉普拉斯变换在非线性电路中应用
逆拉普拉斯变换
定义
逆拉普拉斯变换是将复平面上的函数转换回时域的过程，它 是拉普拉斯变换的逆操作。通过逆拉普拉斯变换，可以得到 电路的时域响应。
一般线性电路的动态分析--拉氏变换法

一般线性电路的动态分析--拉氏变换法


L [ F ( s )]
2 j c j
F ( s )e ds
注意：拉普拉斯正变换、反变换必须一一对应！
例：求以下函数的象函数：冲激函数； （复习相关知识） （3）指数函数。 解：（1） 单位阶跃函数 f(t) =ε(t)
st 0
2、拉普拉斯反变换
f (t )
1 2
j
c j
c j
F ( s )e ds
st
通常可以L [ ]符号表示对方括号里的时域函 数作拉氏变换；
L[ f (t )] f (t )e dt F ( s)
st 0
用符号L-1 [ ]表示对方括号里的复变函数作 拉氏反变换。 1 c j 1 st
例：利用导数性质求以下函数的象函数：
（1）f(t)=cos(ωt) （2）f(t)=δ(t)
1 d sin(t ) 解：（1） cos( t ) dt
L[sin(t )] 2 s 2
1 d sin(t ) L[cos( t )] L dt 1 s 2 - 0 2 s s 2 s 2
常用函数的拉氏变换及反变换对应表
原函数f(t) cos(ωt)
e-atcos(ωt) t t e-at
象函数F(s)
s s2 2 sa ( s a) 2 2
1 s2 1 ( s a) 2
常用函数的拉氏变换表见教材。
§9.3 拉普拉斯反变换
一、部分分式展开法
电路响应的象函数通常可表示为两个实系 数的s的多项式之比，即s的一个有理分式
结论： 由此可见，根据拉氏变换的性质，可以简化 常用函数的拉普拉斯变换。
常用函数的拉氏变换及反变换对应表 原函数f(t)
电路PPT-拉普拉斯变换

电路PPT-拉普拉斯变换


)]
1
1 esT
F1(s)
對於本題脈衝序列
f1
(t
)
(t
)
(t
T 2)F1Fra bibliotek(s)
(1 s
1 s
esT
/
2
)
L[
f
(t
)]
1
1 esT
(1 1 esT/2) ss
11
s
( 1
esT
/
2
)
5.拉普拉斯的卷積定理
若： L[ f1(t)] F1(s) L[ f2(t)] F2(s)
返回 上頁 下頁
则：
返回 上頁 下頁
例 一些常用的變換
乘法運算變換
①對數變換 A B AB 為加法運算
lg A lg B lg AB
②相量法
正弦量 i1 i2 i
時域的正弦運算 變換為複數運算
相量 I1 I2 I
拉氏變換
對應
f(t)(時域原函數)
F(s)(頻域象函數)
返回 上頁 下頁
2. 拉氏變換的定義
原函數f(t) 用小寫字母表示，如 i(t), u(t)
返回 上頁 下頁
3.典型函數的拉氏變換
F(s) f (t)estdt 0
(1)單位階躍函數的象函數
f (t) (t)
F(s) L[ (t)] (t)estdt estdt
0
0
1 est s 0
1 s
返回 上頁 下頁
a1sm1 (s p1)n
am
F(s)
K11 s p1
(s
K12 p1)2
(s
K1n1 p1)n1
K1n (s p1)n
电路第十三章拉普拉斯变换

电路第十三章拉普拉斯变换

电路第十三章拉普拉斯变换第十三章拉普拉斯变换内容提要本章介绍拉普拉斯变换法在线性电路分析中的应用。

主要内容有：拉普拉斯变换的定义，拉普拉斯变换与电路分析有关的一些基本性质，求拉普拉斯反变换的部分分式法(分解定理),还将介绍KCL和KVL的运算形式，运算阻抗，运算导纳及运算电路，并通过实例说明它们在电路分析中的应用。

目录§13—1拉普拉斯变换的定义§13—2拉普拉斯变换的基本性质§13—3拉普拉斯反变换的部分分式展开§13—4运算电路§13—5应用拉普拉斯变换法分析线性电路本章作业13—1(2)(4)(6)(8)、13—2(1)(3)、13—3(2)(4)、13—4、13—12、12—16、12—18§13—1拉普拉斯变换的定义拉普拉斯变换是一种数学变换。

定义：F()=∫f(t)e–tdt0–∞S=σ+jω拉普拉斯正变换1σ+j∞F()etdf(t)=拉普拉斯反变换2πj∫σ–j∞拉氏正变换f(t)拉氏反变换F()=L[f(t)]原函数一一对应象函数f(t)=L–1[F()]F()简写符号例：计算下列原函数的象函数；1.f(t)=ε(t)2.f(t)=δ(t)∞0–3.f(t)=e–αtε(t)4.f(t)=tε(t)解：F()=∫f(t)e–tdt1.F()=L[ε(t)]=∫∞0–ε(t)e–tdt=∫0∞–e–tdt=0+1–t–e1=0–∞∞2.F()=L[δ(t)]=∫δ(t)e–tdt=∫δ(t)dt=10–0–∞3.F()=L[e–αtε(t)]=∫∞∞0–e–αte–tdt=1e–(α+)t–α+∞0–1=α+0–124.F()=L[tε(t)]=∫=–1[te–t0–同理：F()=L[tnε(t)]=n!n+1te–tdt–∫∞0–e–tdt]=§13—2拉普拉斯变换的基本性质一、线性性质若：L[f1(t)]=F1()L[f2(t)]=F2()则：L[A1f1(t)+A2f2(t)]=A1F1()+A2F2()证：L[A1f1(t)+A2f2(t)]=∫[A1f1(t)+A2f2(t)]e–tdt0–∞=∫A1f1(t)e–tdt+∫0A2f2(t)e–tdt0––∞∞=A1∫0f1(t)e–tdt+A2∫f2(t)e–tdt–∞∞0–=A1F1()+A2F2()例：计算下列原函数的象函数；1、常数U解：1、L[U]=L[Uε(t)]=U2、L[A(1–e–αt)]=L[A]–L[Ae–αt]=3、L[inωt]=L[1ejωt–2j11–=2j–jωαAA–A+α=(+α)2、A(1–e–αt)3、inωt1–jωte]2jω112j+jω=2+ω2同理：L[coωt]=22+ω二、(时域)微分性质设：L[f(t)]=F()则：L[f′(t)]=F()–f(0–)证：L[f′(t)]=∫∞df(t)0–dte–tdt=∫e–tdf(t)0–∞=e–tf(t)∞0––∫f(t)(–)e–tdt∞0–0–∞=–f(0–)+∫f(t)e–tdt=F()–f(0–)导数性质的意义在于把原函数求导数的运算转换为象函数乘以再减去初始值的代数运算。

电路分析第十三章-拉普拉斯变换

电路分析第十三章-拉普拉斯变换

⑵ 在t充分大时， f (t) 满足不等式
f (t) ≤ Me ct
其中M和c 都是实常数，即f(t)为指数级函数。
∫ 则 F (s) = ∞ f (t)e−st dt 0− 在σ > c 的范围内存在。
西南交通大学
证明条件⑵：
∫ 若 ∞ f (t)e−st dt 收敛， 则 L[ f (t)] 也收敛。 0−
)
−
Eε (t
−
t0
)
F (s)
=
L
[
f
(t)] =
E t0
⋅
1 s2
−
E t0
⋅
1 s2
e − st0
−
E
1 e−st0 s
=
E s 2t0
[1− (1+
st0 )e−st0 ]
西南交通大学
3、复频域位移 f (t) ↔ F (s)
f (t)e−αt ↔ F (s + α)
∫ 证明：L [ f (t)e−αt ] = ∞ f (t)e−αte−st dt 0− ∫= ∞ f (t)e−(s+α)t dt = F (s + α) 0−
同理
L[
cosω0t ⋅ε (t)
]=
s
s2 + ω02
5、幂函数tn ，n为正整数
L [ tn
]=
n! s n+1
L[
t
]=
1 s2
西南交通大学
4、幂指数信号 tn n为正整数
L ∫ [t n ] =
∞ 0−
t
en −st
dt
| ∫ =
− tn s
e − st
∞ 0−
拉普拉斯变换基础知识讲解

拉普拉斯变换基础知识讲解


0
0
0
在t＝0 至t＝0＋ f(t)=(t)时此项 0
2 象函数F(s) 用大写字母表示,如I(s)，U(s)。 原函数f(t) 用小写字母表示，如 i(t), u(t)。
3 象函数F(s) 存在的条件：
0 f (t )est dt est为收敛因子
如果存在有限常数M和c使函数f(t)满足：
s2
s
2
初值定理： f(t)在t = 0处无冲激则
f (0 ) lim f (t) lim SF (S)
t0
s
终值定理：
lim f (t)存在时 t
f () lim f (t) lim SF (S)
t
s0
f () lim f (t) lim SF (S)
t
s0
证：利用导数性质
lim
s0
t (t) t n (t)
1
1
1
n!
S
S2 S n1
微分
sint (t)
S2 2
e-tt n (t )
n!
(S )n1
cost (t)
S
S2 2
e-t (t )
1
S
e-t sint (t)
(S )2 2
L[ f (t t0 ) (t t0 )] est0 F (S )
e sT
/
2
)
[
f
(t )]
1 1 esT
1 ( s
1 s
e ) sT /2
1 S
( 1
1 e ST
/2)
F (S ) L[et f (t)]
例1：L[tet (t)]
(S
1
拉普拉斯变换详解

拉普拉斯变换详解


s2 s2
s
例3 求周期函数的拉氏变换
解
设f1(t)为第一周函数
[ f1(t )] F1(s)
f(t) 1
T/2 T
... t
则：
1 [ f (t )] 1 esT F1(s)
证：f (t) f1(t) f1(t T )ε(t T )
f1(t 2T )ε(t 2T )
[ f (t )] F1(s) esT F1(s) e2sT F1(s)
S
校验：
U(S)
1
S(1 SRC )
u(0
)
lim
s
S
S(1
1 SRC
)
lim
s
(1
1 SRC
)
0
u() lim 1 1 s0 (1 SRC )
小结： 积分
(t) (t)
t (t ) t n (t)
1
1
1
n!
S
S2 S n1
微分
sint (t)
S2 2
e-tt n (t )
)
例3 求 : f (t) teat的象函数
解
[te αt ] d ( 1 ) 1
ds s α (s α)2
3.积分性质
设： [ f (t)] F (s)
则：
t
1
[ 0
f
(t)dt]
s
F(s)
证：令
t
[ 0
f
(t)dt]
φ( s )
[ f (t)]
d dt
t
0
f
(t )dt
(s
p
)
kn
s pn
f
电路分析基础-第11章拉普拉斯变换课件

电路分析基础-第11章拉普拉斯变换课件


+ am + bn
m
F(s)=H0
i=1
(s–zi)
n
j=1
(s–pj)
H0 实数常数。
zi F(s)的零点。 pj F(s)的极点。
把F(s)分解成若干简单项之和，而这些简单项可
以在拉氏变换表中找到，这种方法称为部分分式
展开法，或称为分解定理。
2. nm F(s)为假分式，用长除法，得：
(1) n=m：F (s) = A +
2 k et cos(t ) (t 0)
cosx 1 (ejx ejx ) 2
应用举例
例：11-8 求F (s) =
s2
s+3 + 2s + 5
பைடு நூலகம்
的原函数f (t)。
解：F (s)
=
s2
s+3 + 2s + 5
=
s
k1 - p1
+
s
k2 - p2
极点为 p1,2 1 j2
k1
N(s) D(s)
？
解： ℒ [t] ℒ [ t ( )d ] 0
ℒ [ (t)]
s
1 s2
4. 延迟性质
ℒ ℒ 例：11-5 求下图所示矩形脉冲的象函数。
f (t) 1
0T
t
解： f (t) (t) (t T )
F (s) 1 1 esT ss
5. 位移性质 ℒ
ℒ 例：11-6 应用位移性质求下列函数的象函数。
简 表
te-at sin(t)
1
(s a)2
F (s)
s2 2
e-atsin(t)
电路分析-拉普拉斯变换

电路分析-拉普拉斯变换

t 0 s
f (0 ) lim f ( t ) lim sF ( s )
终值定理 f(t)及其导数f (t)可进行拉氏变换，且 lim f ( t )存在时 ，则
t
lim f ( t ) lim sF ( s )
t s 0
例1
1 ℒ [ ( t )] s
. . . . . .
常用函数的拉普拉斯变换 拉普拉斯变换的基本性质 复频域中的电路定律 运算阻抗和运算导纳 拉普拉斯变换法分析电路的动态响应 网络函数
返回目录
15.1
拉普拉斯变换
一、拉氏变换（Laplace transf s ) f (t )e st dt
二、拉氏变换存在条件
当 0 时 lim f ( t )e t 0
t t 在 0的 全 部 范 围 内 收 敛 ， 即 f ( t ) e dt 存 在 ， 0
则 f ( t )e
t
f ( t )可 进 行 拉 氏 变 换 。
j
收敛轴 收敛区
不同的 f (t)，0的值不同，称 0为复平面s内的收敛横坐标。 0
域（time domain）。原函数 f(t ) 用小写字母表示，如 i(t )， u(t )。 F(s) 称为象函数（transform function），属复频域 （complex frequency domain） 。象函数F(s) 用大写字母 表示 ，如 I(s)，U(s)。 记号 ℒ [f(t)]表示取拉氏变换。 ℒ -1 [F(s)]表示取拉氏反变换。
例3
1 1 ) ℒ [ A(1 e )] A( s s 1 j t [sin t ] ℒ [ (e e j t )] ℒ 2j 1 1 1 [ ] 2j s j s j s2 2
《电路分析》拉普拉斯变换

《电路分析》拉普拉斯变换


A (t ) A
A (t ) A / s
P294
A eat A sa
t 1/ s2
sin(t )
s2
2
c os(t )
s2
s
2
四、分部分式法求反拉氏变换
F(s) N(s) D(s)
1、当D(s)=0有n个不同实根p1、p2……时
F(s) N (s) k1 k2 kn
D(s) s p1 s p2
k11
n
ki
D(s) s p1 (s p1 )2
(s p1 ) m i2 s pi
其中：k11
(s
p1 ) m
N(s) D(s)
s p1
k12
d [(s ds
p1 )m
N(s)] D(s)
s p1
k13
1 2
d2 ds2
[(s
p1 )m
N(s)] D(s)
s p1
k1m
1 (m 1)!
d m1 dsm1
s j
N(S) D'(s) s j
| k1
| e j1
k2 [s ( j)] F(s)
s j
N(S) D' (s) s j
| k1 | e j1
K1、K2是一对共轭复数。
例3: 已知
F(s) s2 6s 5 s(s2 4s 5)
求 f (t)
F (s)
s2 6s 5 s(s2 4s 5)
s
iC(t) C
+
-
uC(t)
+ UC(s) -
IC(s)
1/sC
CuC(0-)
3、电感 U L (s) sL I L (s) LiL (0 )

《电路分析》拉普拉斯变换

《电路分析》拉普拉斯变换电路分析是电路理论的一部分，其主要目的是通过建立数学模型，研究电路中电压、电流等参数的变化规律及相互之间的关系。

拉普拉斯变换是电路分析中常用的数学工具之一，可以将时域中的电路方程转化为复频域中的代数方程，方便求解和分析。

拉普拉斯变换的基本概念是将一个函数f(t)变换为变量s的函数F(s)。

数学上，拉普拉斯变换定义如下：F(s) = L{f(t)} = ∫[0,∞]e^(-st)f(t)dt其中，s为复数变量，F(s)为拉普拉斯变换后的函数，f(t)为原函数。

拉普拉斯变换具有线性性质、平移性质、微分性质等，这些性质使得电路中的微分方程和积分方程可以很方便地通过拉普拉斯变换转化为代数方程。

在电路分析中，拉普拉斯变换可以应用于求解电路中的电压和电流。

通过变换，可以将电路中的微分方程转化为代数方程，然后对代数方程进行求解。

例如，对于一个由电阻、电感和电容组成的电路，可以利用拉普拉斯变换将电路方程转化为复频域中的代数方程，然后通过求解代数方程得到电路中的电压和电流的复频域表达式，最后再进行逆变换得到时域中的电压和电流的解析表达式。

拉普拉斯变换的另一个重要应用是可以用于描述电路中的单位阶跃响应和冲击响应。

单位阶跃响应是指在电路中加入一个单位阶跃信号后电路的响应情况，而冲击响应是指在电路中加入一个冲量信号（冲击函数）后电路的响应情况。

通过拉普拉斯变换，可以将电路中的阶跃响应和冲击响应转化为复频域中的代数方程，从而方便求解和分析。

总之，拉普拉斯变换在电路分析中起着非常重要的作用，它使得电路中的微分方程和积分方程可以通过转化为复频域中的代数方程进行求解和分析。

拉普拉斯变换的应用可以帮助我们更好地理解和掌握电路的特性和行为。

在实际电路设计和故障诊断中，掌握拉普拉斯变换的原理和应用，对于提高电路分析和设计的能力都具有重要意义。

第十三章 拉普拉斯变换在电路分析中的应用

第十三章 拉普拉斯变换在电路分析中的应用（289）
简述： 一、拉普拉斯变换——一种积分变换法 通过积分变换可以将时域函数变为频域函数，从而把时域的 微分方程化为频域的代数方程。 经过拉普拉斯反变换又可以将计算结果返回时域。
二、正弦稳态电路、一阶二阶动态电路均为时域电路 用拉普拉斯变换法求解也是可行方法之一。 三、拉普拉斯变换法分析时域电路——运算法 1、拉普拉斯变换将时域电路转化为运算电路（频域电路） 2、在运算电路中求频域响应U(S)、I(S) 3、拉普拉斯反变换将U(S)、I(S)转化为时域函数u(t)、i(t)
O j45
K 0.5 j0.5 0.5 2e
αt
f(t) 2 K e cos(ωtθ) 2e cos （2t 45 ）
t 0
14
S3 例：求F（s） 的原函数f（t） 2 （s 1）(S 4S 8)
解：S2 4S 8 0有解 P1 ， 2 2 j2 K1 K2 K F（s） s 1 S 2 j2 S 2 j2
4
$13-2 拉氏变换的基本性质（291）
若L[f（t）] F（S），则拉氏变换 有如下性质：
1、线性性质 L[Kf（t）]=K L[f（t）]=KF（s） L[f1（t）+ f2（t）]= F1（S）+ F2（S） L[K1f1(t)+K2 f2(t)]=K1 F1(S)+ K2 F2(S) 例13-2（291页）
解： S2 3S 2 0， 有 解 S 1， S 2 8S 2 k1 k2 F（ s） （ S 1） （ s 2） （ S 1）（ S 2）
求k1：等式二边同乘以（S 1）并令S 1 8S 2 有：k1 [(S 1)F(S)] 6 S 1 S 1 （s 2） 8S 2 同理：k2 [(S 2)F(S)] 14 S 2 S- 2 S 1 6 14

拉普拉斯变换

拉普拉斯变换拉普拉斯变换是一种在信号与系统领域中广泛应用的数学工具。

它将一个时间域函数转换为一个复频域函数，从而可以方便地进行信号的分析和处理。

拉普拉斯变换不仅在电子工程、通信工程领域得到广泛应用，还在物理学、控制论、图像处理等领域有重要应用。

一、拉普拉斯变换的定义拉普拉斯变换的定义如下：对于给定函数f(t)，它的拉普拉斯变换F(s)定义为：F(s) = L{f(t)} = ∫{0,∞} f(t)e^(-st)dt其中，s是复变量，表示变换域的频率。

f(t)是定义在非负实数轴上的函数。

拉普拉斯变换有一个重要的性质是可逆的，即给定F(s)，可以通过逆变换求得原函数f(t)。

二、拉普拉斯变换的性质拉普拉斯变换有一系列的性质，这些性质可以帮助我们简化计算或者分析信号的特性。

下面介绍几个常用的性质：1. 线性性质：对于任意常数a和b，以及两个函数f(t)和g(t)，有线性性质成立：L{af(t) + bg(t)} = aF(s) + bG(s)其中，F(s)和G(s)分别是函数f(t)和g(t)的拉普拉斯变换。

2. 积分性质：对于函数f(t)的积分，有以下性质成立：L{∫{0,t} f(τ)dτ} = 1/(s)F(s)其中，F(s)是函数f(t)的拉普拉斯变换。

3. 正比例性质：如果一个函数f(t)等于另一个函数g(t)乘以常数a，那么它们的拉普拉斯变换也有类似的关系：L{ag(t)} = aG(s)其中，G(s)是函数g(t)的拉普拉斯变换。

三、拉普拉斯变换的应用1. 信号系统分析：拉普拉斯变换广泛应用于信号与系统的分析。

通过将差分方程或微分方程转换成拉普拉斯域，可以简化对系统的分析和建模。

根据拉普拉斯变换的性质，可以求解系统的频域响应、稳定性、传输函数等重要特性。

2. 控制系统设计：在控制论中，拉普拉斯变换是设计和分析控制系统的重要工具。

通过将系统的传递函数转换成拉普拉斯域，可以方便地调整系统的稳定性、响应速度、抗干扰能力等参数，并进行频域设计和系统优化。

电路原理第九章拉普拉斯变换

稳定性分析方法
利用拉普拉斯变换，通过计算系统的极点和零点，判 断系统的稳定性。
电路系统的频率响应分析
频率响应定义
电路系统在不同频率下的输入与输出关系称为频率响应。
频率响应分析方法
通过拉普拉斯变换将时域函数转换为复频域函数，进而分析频率 响应。
频率响应特性
频率响应具有幅度和相位特性，这些特性决定了电路系统在不同 频率下的性能表现。
到该函数的拉普拉斯变换。
拉普拉斯变换具有线性性和时移性等性质，使得复杂电路的分
03
析变得简单。
拉普拉斯变换的性质
1 2 3
线性性
如果函数$f(t)$和$g(t)$的拉普拉斯变换分别为 $F(s)$和$G(s)$，那么对于任意实数$k$和$l$， 有$(kf(t)+lg(t))的拉普拉斯变换=kF(s)+lG(s)$。
04
拉普拉斯变换的逆变换
逆变换的定义和性质
逆变换的定义
如果一个函数f(t)的拉普拉斯变换存在，那么就存在另一个函数g(s)的拉普拉斯 变换等于f(t)，并且g(s)可以通过一定的积分运算从f(t)得到，这个过程就是逆 变换。
逆变换的性质
逆变换具有线性、时移、频移、微分、积分等性质，这些性质在求解逆变换时 非常有用。
时移性
如果函数$f(t)$的拉普拉斯变换为$F(s)$，那么 对于任意实数$a$，有$(f(t-a))的拉普拉斯变换 =e^{-as}F(s)$。
频移性
如果函数$f(t)$的拉普拉斯变换为$F(s)$，那么 对于任意实数$b$，有$(f(t)e^{bt})的拉普拉斯 变换=F(s-b)$。
拉普拉斯变换的应用
拉普拉斯变换的微分性质
微分性质
如果函数f(t)的拉普拉斯变换存在，那么对于实数a，函数f''(t)的拉普拉斯变换等于函数f(t)的拉普拉斯变换乘以 s^2。

电路原理拉普拉斯变换


U0 s 1
RC
t
uc (t ) U0e RC
验证初值定理和终值定理
UC
(s)Βιβλιοθήκη sU0 1RC
t
uc (t ) U0e RC
uC
(0
)
limsUC
s
(s)=lim s
s
sU0 1
U0
RC
uC
()
limsUC
s0
(s)=lim s0
s
sU0 1
0
RC
6. 时域卷积定理 (timedomain convolution theorem)
根据延迟性质 F (s) 1 1 esT ss
例6 求三角波旳象函数
f(t) T
解 f (t) t[ (t) (t T )]
F (s) 1 esT s2 s2
f (t) t (t) (t T ) (t T ) T (t T )
F (s) 1 1 esT T esT
s2 s2
拉普拉斯变换旳基本概念
拉普拉斯 变换
拉普拉斯变换旳基本性质
拉普拉斯反变换
反变换公式 拉普拉斯变换表 部分分式展开
§91 拉普拉斯变换
一、拉普拉斯变换简介
拉普拉斯变换法是一种数学积分变换，其关键是把时 间函数f(t)与复变函数F(s)联络起来，把时域问题经过数学 变换为复频域问题，把时间域旳高阶微分方程变换为复频 域旳代数方程以便求解。
t
[f(t)]
d dt
f (t)
s
f (t) f (0 )
微分定理能够推广至求原函数旳二阶及二阶以上导数旳 拉普拉斯变换，即
d2
dt
2
f (t) s{s

电路分析基础--拉普拉斯变换


2. 时域导数性质
设：L[ f (t )] F ( s)
df ( t ) L[ ] sF ( s ) f (0 ) dt
1 d 例1：L[cos t ] L[ (sin t )] dt
[s 2 sint 2 s
1
0
s ] 2 s 2
1 d 例2：L[ ( t )] L[ ( t )] S ( t ) 0 1 S dt
T t
1 1 sT F ( s) e s s
f ( t ) t[ ( t ) ( t T )]
例2： T
f(t)
T
f ( t ) t ( t ) ( t T ) ( t T ) T ( t T )
1 1 sT T sT F ( s) 2 2 e e s s s
A 例1： L[ A] S
例2： L[ A(1 e
t
1 1 ) )] A( s s
电路分析中应用: KCL、KVL。
1 jt 例3： L[sin t ] L[ (e e jt )] 2j
1 1 1 [ ] 2 2 j S j S j S 2
F(s)称为f(t )的象函数，用大写字母表示 ，如 I(s)、U(s)。 f(t )为原函数用小写字母表示，如 i(t ), u(t )。
二. 常用函数的拉氏变换
F ( S ) f ( t )e st dt
0
st

1.
f (t ) (t )
L[ ( t )] ( t )e dt 0 e dt
f3(t) e-t t
三个函数的拉氏变换式相同
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

df (t ) 如果L[ f (t )] F (s), 则f (t )的导数f ' (t ) 的拉氏变换为 dt df (t ) L[ f ' (t )] L[ ] sF (s) f (0 ) dt
同理可得f(t)=eαt 的拉氏变换为：
L[e ]
t
0
e
( s )t
求单位阶跃函数f(t)=ε(t)、单位冲激函数f(t)=δ(t)、 正弦函数f(t)=sinωt的象函数。 由拉氏变换定义式可得单位阶跃函数的象函数为 1 st 1 st st F (s) L[ (t )] (t )e dt e dt e 0 0 0 s s 同理，单位冲激函数的象函数为

0
f (t )e st dt

该式左边的f(t) 在这里称为F(s)的原函数，此式表 明：如果时域函数f(t)已知，通过拉氏反变换，又 可得到它的象函数F(s)，记作： f (t ) L1[ F (s)] 式中L-1[ ]也是一个算子，表示对括号内的象函 数进行拉氏反变换。 在拉氏变换中，一个时域函数f(t)惟一地对应一个 复频域函数F(s)；反过来，一个复频域函数F(s)惟 一地对应一个时域函数f(t)，即不同的原函数和不 同的象函数之间有着一一对应的关系，称为拉氏变 换的惟一性。 注意在拉氏变换或反变换的过程中，原函数一律 用小写字母表示，而象函数则一律用相应的大写字 母表示。如电压原函数为u(t)，对应象函数为U(s)。
F (s) AF1 (s) BF2 (s),
上式中的A和B为任意常数(实数或复数)。这一性质可 以直接利用拉普拉斯变换的定义加以证明。
求f1 (t ) sin t和f 2 (t ) cos t的象函数。
根据欧拉公式： e jt cos t j sin t可得： e jt e jt e jt e j t sin t , cos t 2j 2 1 jt 由前面例题得出L[e ] s j
st

0

s2 2
什么是拉普拉斯 变换？什么是拉 普拉斯反变换？
什么是原函数？ 什么是象函数？ 二者之间的关系 如何？
已知原函数求象函数 的过程称为拉普拉斯变 换；而已知象函数求原 函数的过程称为拉普拉 斯反变换。
原函数是时域函数， 一般用小写字母表示， 象函数是复频域函数， 用相应的大写字母表示。 原函数普拉斯变换的基本性质
学习目标： 了解拉氏变换的线性性质，微分性质和积分 性质，运用这些性质进行拉氏变换的形式。
拉普拉斯变换有许多重要的性质，利用这些性质可以 很方便地求得一些较为复杂的函数的象函数，同时也可以 把线性常系数微分方程变换为复频域中的代数方程。 1.代数性质 设函数f1 (t )和f 2 (t )的象函数分别为 F1 (s)和F2 (s)， 则函数 f (t ) Af1 (t ) Bf 2 (t )的象函数为：
第12章 拉普拉斯变换
12.1 拉普 拉斯变换 的定义
12.4 应用 拉普拉斯变换 分析线性电路
12.2 拉普 拉斯变换的 基本性质
12.3 拉普 拉斯反变换
本章教学目的及要求
了解拉普拉斯变换的定义和基本 性质。在熟悉基尔霍夫定律的运算形 式、运算阻抗和运算导纳的基础上， 掌握拉普拉斯变换法分析和研究线性 电路的方法和步骤；在求拉氏反变换 时，要求掌握分解定理及其应用。
求指数函数f(t)=e－αt 、 f(t)=eαt (α≥0,α是常数)的 拉普拉斯变换。
由拉氏变换定义式可得
L[e
t
]
此积分在s>α时收敛，有：

0
e
t
e
st
dt

0
e ( s )t dt
L[e
t
]

0
e
( s )t
1 dt s 1 dt s
L[e
- jt
1 1 1 1 s j s j 故 L[sin t ] ( ) 2 2 2 2 j s j s j 2 j s s 2
1 ] s j
1 1 1 s 同理： L[cos t ] ( ) 2 2 s j s j s 2
拉普拉斯变换可将时域函数f(t)变换为频域函数F(s)。 只要f(t)在区间[0,∞]有定义，则有
F ( s)

0
f (t )e st dt
F ( s)
上式是拉氏变换的定义式。由定义式可知：一个时域 函数通过拉氏变换可成为一个复频域函数。式中的e-st 称为收敛因子，收敛因子中的s=c+jω是一个复数形式的 频率，称为复频率，其实部恒为正，虚部即可为正、为 负，也可为零。上式左边的F(s)称为复频域函数，是时 域函数f(t)的拉氏变换， F(s)也叫做f(t)的象函数。记作 F (s) L[ f (t )] 式中L[ ]是一个算子，表示对括号内的函数进行拉 氏变换。电路分析中所遇到的电压、电流一般均为时 间的函数，因此其拉氏变换都是存在的。 如果复频域函数F(s) 已知，要求出与它对应的时域函 数f(t) ，又要用到拉氏反变换，即： 1 j f (t ) F ( s )e s t dt 2j j
在高等数学中，为了把复杂的计算转化为较简单的计 算，往往采用变换的方法，拉普拉斯变换(简称拉氏变 换)就是其中的一种。 拉氏变换是分析和求解常系数线性微分方程的常用方 法。用拉普拉斯变换分析综合线性系统(如线性电路) 的运动过程，在工程上有着广泛的应用。
12.1 拉普拉斯变换的定义
学习目标：了解拉普拉斯变换的定义，理解原函数、 象函数的概念。
F (s) L[ (t )]

0
(t )e dt (t )e st dt e s (0) 1
st 0
0
0
正弦函数sin ωt的象函数为： F ( s ) L[sin t ] sin te st dt
e 2 s 2 ( s sin t cos t )