电路的拉普拉斯变换分析法课件.ppt
《电路的拉普拉斯变换分析法课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电路的拉普拉斯变换分析法课件.ppt(68页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于电路的拉普拉斯变换分析法现在学习的是第1页,共68页7.1 拉普拉斯变换的定义拉普拉斯变换的定义拉普拉斯变换(简称拉氏变换)是求解拉普拉斯变换(简称拉氏变换)是求解常系数线性微分常系数线性微分方程方程的的工具工具。设设一个一个变变量量t的函数的函数f(t),在任意区,在任意区间间能能够满够满足狄利赫利条件足狄利赫利条件(一般(一般电电子技子技术术中中处处理的函数都理的函数都满满足足这这一条件)一条件)拉氏拉氏正正变换变换 f(t):原函数原函数;F(S):f(t)的的象函数象函数。0 0。解解 根据拉氏变换的定义根据拉氏变换的定义 tjtateews-=)(lim=0称称为为收收敛敛域域
2、现在学习的是第3页,共68页拉氏反拉氏反变换变换 拉氏正变换拉氏正变换拉氏反变换拉氏反变换 拉氏变换对拉氏变换对由由F(s)到到f(t)的变换称为拉普拉斯反变换,简称拉氏反变换的变换称为拉普拉斯反变换,简称拉氏反变换 下面来讨论一些常见函数的拉普拉斯变换下面来讨论一些常见函数的拉普拉斯变换 工程中常工程中常见见的函数的函数(除少数例外除少数例外)有下列两有下列两类类:(1)t的指数函数;的指数函数;(2)t的正整幂函数。许多常用的函数如阶跃函数、正弦函数、衰减的正整幂函数。许多常用的函数如阶跃函数、正弦函数、衰减正弦函数等,都可由这两类函数导出。正弦函数等,都可由这两类函数导出。现在学习的是第
3、4页,共68页 7.1.1 指数函数指数函数 (a a为为常数常数)由定义可得由定义可得 的拉普拉斯变换为的拉普拉斯变换为 由此可导出一些常用函数的变换由此可导出一些常用函数的变换:1、单位阶跃函数、单位阶跃函数e e(t)a=a=0 0现在学习的是第5页,共68页2、正弦函数、正弦函数 sin w w t e e(t)故有故有现在学习的是第6页,共68页3、余弦函数、余弦函数 cos w w t e e(t)故有故有现在学习的是第7页,共68页4、衰减正弦函数、衰减正弦函数 (t)sine a a twe 故有故有5、衰减余弦函数、衰减余弦函数 (t)cose a a twe 与衰减正弦与衰
4、减正弦函数相类似函数相类似可得可得 现在学习的是第8页,共68页6、双曲线正弦函数、双曲线正弦函数 sh b bt e e(t)故有故有7、双曲线余弦函数、双曲线余弦函数 ch b bt e e(t)与双曲线正弦函数相类似可得与双曲线正弦函数相类似可得现在学习的是第9页,共68页 7.1.2 t的正幂函数的正幂函数 (n为为正整数正整数由定义可得由定义可得 的拉普拉斯变换为的拉普拉斯变换为设设则则 亦即亦即现在学习的是第10页,共68页依次类推,则得依次类推,则得当当n=1时,有时,有 现在学习的是第11页,共68页7.1.3 冲激函数冲激函数 A d d(t)冲激函数的定义冲激函数的定义 可
5、得可得对于对于单位冲激函数单位冲激函数来说,可令上式来说,可令上式 A=1,即得:,即得:书中表书中表7 1给出了一给出了一些常见函数的拉普拉斯变换些常见函数的拉普拉斯变换 现在学习的是第12页,共68页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。的对象是数,而在拉氏变换中变换的对象是函
6、数。(2)对于常用的阶跃函数、冲激函数、指数函数及一些超越对于常用的阶跃函数、冲激函数、指数函数及一些超越函数等经变换以后,可转换成为简单的初等函数。函数等经变换以后,可转换成为简单的初等函数。拉氏变换法的拉氏变换法的优点优点:(1)求解过程得以简化,又同时给出微分方程的特解及齐次方程求解过程得以简化,又同时给出微分方程的特解及齐次方程的通解,而且初始条件能自动包含在变换式中,对于换路起始时有的通解,而且初始条件能自动包含在变换式中,对于换路起始时有突变现象的问题处理更方便;突变现象的问题处理更方便;现在学习的是第13页,共68页7.2 拉普拉斯变换的基本性质拉普拉斯变换的基本性质 拉普拉斯拉
7、普拉斯变换变换有有许许多重要性多重要性质质。利用。利用这这些基本性些基本性质质可以方便地求出可以方便地求出一些一些较为较为复复杂杂函数的象函数,同函数的象函数,同时时通通过这过这些基本性些基本性质质可以将可以将电电路在路在时时域内的域内的线线性常微分方程性常微分方程变换为变换为复复频频域内的域内的线线性代数方程。从而得到复性代数方程。从而得到复频频域中的等效域中的等效电电路。路。7.2.1 线性特性线性特性若若 f1(t)F1(s)Lf2(t)LF2(s)则则)()(2211tfatfa+L)()(2211sFasFa+a1,a2为为任意常数任意常数 现在学习的是第14页,共68页证明证明 求
8、函数的象函数求函数的象函数 例例 解解 7.2.2 尺度变换尺度变换若若 f(t)F(s)L则则 f1(at)La为为大于零的大于零的实实数数 现在学习的是第15页,共68页证明证明 令令x=at 7.2.3 时间变换时间变换若若 f(t)F(s)LL0tf(t)0tt0f(t-t0)现在学习的是第16页,共68页证明证明 令令t0 为为常数常数 则则例例 解解 求求图图中所示的中所示的锯齿锯齿波的拉普拉斯波的拉普拉斯变换变换 0tf(t)ETt0tfa(t)0tTfc(t)0-ETfb(t)=+现在学习的是第17页,共68页由线性性质由线性性质 现在学习的是第18页,共68页时间平移特性还可
9、以时间平移特性还可以用来求取有始周期函数用来求取有始周期函数(t t0 0时呈现周时呈现周期性的函数期性的函数,在在t t0 0范范围围函数函数值为值为零零)的拉普拉斯变换的拉普拉斯变换 f(t)为为有始周期函数,其周期有始周期函数,其周期为为T,f 1(t)、f 2(t)分别表示函数分别表示函数的第一周期,第二周期,的第一周期,第二周期,的函数的函数,由于是周期函数,因此由于是周期函数,因此 f 2(t)可看成是可看成是 f 1(t)延时一个周期构成延时一个周期构成的,的,f 3(t)可看成是可看成是 f 1(t)延时二个周期构成的,依此类推则有延时二个周期构成的,依此类推则有 现在学习的是
10、第19页,共68页根据平移特性,若根据平移特性,若则则f(t)为为有始周期函数,其周期有始周期函数,其周期为为T,拉普拉斯变换等于拉普拉斯变换等于第一周期单个函数的拉普拉斯变换乘以周期因子第一周期单个函数的拉普拉斯变换乘以周期因子 例例 求图中半波正弦函数的拉普拉斯变换求图中半波正弦函数的拉普拉斯变换 0tET23T25T2T2Tf(t)现在学习的是第20页,共68页解解 先求第一个半波先求第一个半波f 1(t)的拉普拉斯变换的拉普拉斯变换 0tEf 1(t)3T2T2T0tET2f 1b(t)|3T2T2T0tET2f 1a(t)+有始正弦函数的拉普拉斯变换为有始正弦函数的拉普拉斯变换为 故
11、根据时间平移特性可得故根据时间平移特性可得现在学习的是第21页,共68页半波正弦周期函数的拉普拉斯变换为半波正弦周期函数的拉普拉斯变换为 现在学习的是第22页,共68页7.2.4 频率平移特性频率平移特性若若 f(t)F(s)L则则 证明证明 7.2.5 时域微分特性时域微分特性L若若 f(t)F(s)L则则 证明证明 现在学习的是第23页,共68页由上式应用分部积分法,有由上式应用分部积分法,有 式中式中 于是可得于是可得应用上式的结果可得应用上式的结果可得依此类推,可得依此类推,可得 现在学习的是第24页,共68页如果如果f(t)及其各及其各阶导阶导数的初数的初值为值为零。零。则则上式上式
12、变为变为 例例 解解 若若电电容元件容元件C的端的端电压电压uC(t)的拉氏的拉氏变换变换式式为为UC(s)求求电电容容C中中电电流的象函数流的象函数IC(s)。应用微分性质应用微分性质 IC(s)=LiC(t)=LC=CsUC(s)uC(0-)=CsUC(s)CuC(0-)dttduC)(如果如果C C的端的端电压电压初始初始值值uC(0-)=0IC(s)=CsUC(s)则有则有现在学习的是第25页,共68页7.2.6 时域微分特性时域微分特性L若若 f(t)F(s)则则 证明证明 对上式进行分部积分,得对上式进行分部积分,得=0=0 则则 如函数的积分区间不由如函数的积分区间不由0开始而是
13、由开始而是由-开始开始则因为则因为 现在学习的是第26页,共68页故有故有将积分性质广到多重积分将积分性质广到多重积分同前面同前面样,样,此处的此处的0 0意味着意味着0-0-书中表书中表7 2列出了拉普拉斯变换的基本性质。列出了拉普拉斯变换的基本性质。则有则有现在学习的是第27页,共68页7.3 拉普拉斯反变换拉普拉斯反变换利用拉普拉斯变换法对电路进行暂态分析,最终结果必须返利用拉普拉斯变换法对电路进行暂态分析,最终结果必须返回时域,就是说还要进行拉普拉斯反变换。回时域,就是说还要进行拉普拉斯反变换。求拉氏反变换最简单的方法是查拉氏变换表求拉氏反变换最简单的方法是查拉氏变换表 因为变换表中只
14、列出了常用的一些函数,它不可能将一切函数因为变换表中只列出了常用的一些函数,它不可能将一切函数都包括在内。因此,下面介绍一种基本的方法,都包括在内。因此,下面介绍一种基本的方法,部分分式法部分分式法。现在学习的是第28页,共68页利用拉普拉斯变换分析电路的暂态过程时所遇到的象函数一般都是利用拉普拉斯变换分析电路的暂态过程时所遇到的象函数一般都是s的实系数有理函数,它的结果可表示成两个多项式之比,即的实系数有理函数,它的结果可表示成两个多项式之比,即 式中的诸系数式中的诸系数an,bn 都是实数,都是实数,m、n都是正整数。都是正整数。如如mn时,可以将假分式可分解为多项式与真分式之和。时,可以
15、将假分式可分解为多项式与真分式之和。N(S)=0的根被称为的根被称为F(S)的的零点零点;D(S)=0)=0的根被称为的根被称为F(S)的的极点极点。为了分解为了分解F(s)为部分分式,只需讨论为部分分式,只需讨论D(s)=0的根。的根。现在学习的是第29页,共68页7.3.1 D(s)=0均为单根,即无重根的情况(设均为单根,即无重根的情况(设mn)因因D(s)是是s的的n次多项式,故可分解因式如下次多项式,故可分解因式如下 由于由于D(s)无重根,故无重根,故sn都不相等,都不相等,F(S)写成部分分式的形式为写成部分分式的形式为A1,A2,.Ak.An为待定系数,称为为待定系数,称为F(
16、s)在各极点处的在各极点处的留数留数。Ak 如何确定?如何确定?现在学习的是第30页,共68页令令 将等式的两边乘将等式的两边乘以以(s-sk)现在学习的是第31页,共68页在求出了部分分式的在求出了部分分式的 Ak各值之后,就可以逐项对部分分式求拉氏反各值之后,就可以逐项对部分分式求拉氏反变换,得变换,得 F(s)的原函数为的原函数为由此可见,象函数的拉氏反变换,可表示为若干指数函数项之和由此可见,象函数的拉氏反变换,可表示为若干指数函数项之和 现在学习的是第32页,共68页例例1 解解 求求 的原函数。的原函数。首先将首先将F(s)化为真分式化为真分式 将分母进行因式分解将分母进行因式分解
17、 将将F(s)中的真分式写成部分分式中的真分式写成部分分式 现在学习的是第33页,共68页求真分式中各部分分式的系数求真分式中各部分分式的系数 现在学习的是第34页,共68页于是于是F(s)可展开为可展开为 其原函数为其原函数为注意:在对假分式进行反变换时,应首先将假分式变为真分注意:在对假分式进行反变换时,应首先将假分式变为真分式,然后再进行部分分式分解。式,然后再进行部分分式分解。现在学习的是第35页,共68页例例 解解 求求 的原函数。的原函数。先将分母分解因式先将分母分解因式得得是一对共轭复数是一对共轭复数 方法一方法一由由现在学习的是第36页,共68页由于由于 为一对共轭值,为一对共
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路 拉普拉斯 变换 分析 课件
限制150内