拉普拉斯時域卷積定理 電路手冊2 拉普拉斯變換

2021-10-14 12:52:13 字數 1869 閱讀 6973

如題所示,純粹就是列出來電路分析中需要的數學工具。不涉及證明,也不涉及分析,寫出來就是給自己查閱用的,誰讓我記啥忘啥呢(

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(雖然寫在這了,但是其實在實際計算中我從來沒用到過定義式…)

還有乙個拉普拉斯變換對也極其常用(雖然理論上來說是復頻域平移性質的直接應用),即

和 ① 線性性質:

② 微分公式:

不過常用的其實也就一階形式,即

③ 積分公式:

④ 頻域平移公式:

⑤ 時域平移公式:

⑥ 初值定理:若

在 處無衝激,則

⑦ 終值定理:若

及其導數

可進行拉氏變換,且

存在,則

(在不關心過渡過程時,初值和終值定理提供了乙個不進行反拉普拉斯變換快速求值的方法;即使我們關心過渡過程,這兩個定理也可以作為冗長計算後的檢驗手段)

(1)拉普拉斯變換:基本上是上述常用變換對+基本性質的使用。這裡再給出乙個週期函式拉普拉斯變換的公式,即

(2)反拉普拉斯變換:在電路計算中只涉及有理函式

(其中

和均為實係數多項式)的反拉普拉斯變換,視其極點的情況討論如下:

① 若

有不等負實根,則

其中 ,也可進一步整理為

根據線性性和復頻域的平移公式

① 若

有共軛復根

,同上可解得共軛復根

,則(另乙個方式是將

配湊成

的形式,作為乙個懶得記公式的憨憨我一直是這麼幹的…)

③若 有相等負實根,則

其中 ,

類推① 電阻

: ② 電感

: ③ 電容

: ④ 電源

: ⑤ 受控源:

(由於頻域形式下的基爾霍夫定律沒有發生形式上的變化,因此節點電壓法和迴路電流法的形式也沒有發生變化,可以直接套用時域的形式)

求解過程:

① 求解

時刻的電路

② 根據

時刻的

和 和

時刻的電路拓撲結構建立復頻域電路模型

③ 求解復頻域下的電路量

④ 由拉普拉斯反變換求解時域下的電路量(應當注意頻域和時域下的電感和電容直接不一定是對應的)

對於電路狀態方程

,對兩側進行拉普拉斯變換並整理得

對應的,作拉普拉斯反變換得到

(對於時域內狀態方程的求解,可以參考

老闆多加香菜:電路筆記:求解二階電路的數學細節​zhuanlan.zhihu.com

ps我是真的沒想到上學期修的ode居然還能用到)

定義:在零狀態條件下,定義復頻域內的網路函式

為 (其中

和 分別為響應函式和激勵函式)

對於 激勵下的單位衝激響應

,由定義式很容易看出

與 構成拉普拉斯變換對

根據網路函式的極點分布可以預判電路動態過程的形式,具體來說如下圖所示

極點分布與電路動態過程的關係

卷積定理:

,,則

卷積定理揭示了卷積到底是怎樣的一種運算(雖然這對於電路理論並沒有什麼用處);另外,從卷積定理的角度很容易理解狀態方程時域和頻域解法(如下)的內在統一性:

頻域解:

時域解:

卷積 拉普拉斯 意義

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