电路分析-拉普拉斯变换

第15章拉普拉斯变换15.9卷积定理15.1拉普拉斯变换15.2常用函数的拉普拉斯变换15.3拉普拉斯变换的基本性质15.5复频域中的电路定律、电路元件与模型15.6拉普拉斯变换法分析电路15.7网络函数15.8网络函数的极点和零点15.4拉普拉斯反变换本章重点

本章重点.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（Laplacetransformation）的定义（Laplacetransformation）

（inverseLaplacetransformation）

f(t)和F(s)是一对拉普拉斯变换（Laplacepairs）对。记号ℒ

[f(t)]表示取拉氏变换。ℒ

-1[F(s)]表示取拉氏反变换。

f(t)，t[0,)称为原函数（originalfunction），属时域（timedomain）。原函数f(t)用小写字母表示，如i(t)，u(t)。

F(s)称为象函数（transformfunction），属复频域（complexfrequencydomain）。象函数F(s)用大写字母表示，如I(s)，U(s)。称为复频率（complexfrequency）。

积分下限从0

开始，称为0

拉氏变换。积分下限从0+开始，称为0+拉氏变换。当f(t)含有冲激函数项时，此项00+拉氏变换和0

拉氏变换的区别：为了把0-0+时冲激函数的作用考虑到变换中，以下拉氏变换定义式中积分下限从0-

开始。二、拉氏变换存在条件不同的f(t)，

0的值不同，称

0为复平面s内的收敛横坐标。

0

j

0收敛坐标收敛轴收敛区电工中常见信号为指数阶函数，即由于单边拉氏变换的收敛问题较为简单，在下面的讨论中一般不再写出其收敛范围。返回目录=115.2常用函数的拉普拉斯变换ℒ

ℒ

ℒ

ℒ

ℒℒℒℒℒℒ1f1(t)e-tt0例求图示两个函数的拉氏变换式1f2(t)e-tt0解由于定义的拉氏变换积分下限是0－，两个函数的拉氏变换式相同当取上式的反变换时，只能表示出区间的函数式返回目录ℒ-115.3拉普拉斯变换的基本性质一、线性（linearity）性质ℒℒℒ例1ℒ例2ℒ例3ℒℒ二、原函数的微分（differentiation）

ℒℒℒ例1ℒℒ例2ℒℒ三、原函数的积分（integration）

例ℒℒℒℒℒ四、时域平移（timeshift）f(t)

(t-t0)tt00tf(t-t0)

(t-t0)t00f(t)

(t)t0f(t)

(t)f(t-t0)

(t-t0)平移f(t)

(t-t0)不是平移ℒℒ例1求图示函数的拉氏变换式例2求图示函数的拉氏变换式1Ttf(t)0TTf(t)0例3

周期函数（periodicfunction）的拉氏变换。设f1(t)为第一个周期的函数，...tf(t)1T/2T0ℒℒℒ五、复频域平移（frequencyshift）

ℒℒ六、初值(initial-value)定理和终值(final-value)定理初值定理若ℒ[f(t)]=F(s)，且f(t)在t=0处无冲激，则例1例2例3终值定理f(t)及其导数f

(t)可进行拉氏变换，且

，则ℒℒℒ例1例2例3返回目录ℒℒ15.4拉普拉斯反变换一、由象函数求原函数（2）经数学处理后查拉普拉斯变换表象函数的一般形式：二、将F(s)进行部分分式展开（partial-fractionexpansion）

f(t)=L-1[F(s)]（1）利用公式较麻烦等式两边同乘(s-s1)=0ki也可用分解定理求等式两边同乘（s-si）

应用洛比达法则求极限例1例2用分解定理例3m>n，用长除法，得k1,k2也是一对共轭复数。假设只有两个根可据前面介绍的两种方法求出k1,k2。

设例法一：部分分式展开，求系数。法二：将F2(s)改写为(s＋

)2+2等式两边乘例1例2等式两边乘一般多重根情况返回目录一、电路元件的运算形式（operatorform）

电阻Ru=Ri15.5复频域中的电路定律、电路元件与模型+u-i(t)R+U(s)

-I(s)R取拉氏变换电感LiL+

uL

-L+

-sLUL(s)IL(s)-+取拉氏变换sL+

-UL(s)IL(s)电容C+uC

-iCIC(s)1/sCuC(0-)/sUC(s)+--+

1/sCCuC(0-)IC(s)UC(s)-+取拉氏变换互感M取拉氏变换ML1L2i1i2+u1-+u2-+U2(s)-+-I1(s)sL1sL2sM+-++--U1(s)I2(s)+-受控电源+-U1(s)+-

RI1(s)U1(s)+-U2(s)+u1-+u2-Ri1u1+-二、电路定律的运算形式+u-iRLC设电路无初始储能+U(s)-I(s)RsL1/sC运算形式的欧姆定律运算阻抗（operationalimpedance）运算导纳（operationaladmittance）

三、运算电路模型（1）电压、电流用象函数形式。（2）元件用运算阻抗或运算导纳。（3）电容电压和电感电流初始值用附加电源表示。时域电路RRLCi1i2E(t)+-运算电路RRsL1/sCI1(s)I2(s)E/s+-uC(0-)=25ViL(0-)=5A时域电路t=0时打开开关例5

2F20

10

10

0.5H50V+-uC+

-iL换路后

运算电路0.5sUC(s)20-++1/2s25/s2.55IL(s)+--解返回目录15.6拉普拉斯变换法分析电路步骤（1）由换路前电路计算uC(0-),iL(0-)；

（2）画运算电路模型；（3）应用电路分析方法求出待求变量的象函数；（4）反变换求原函数。t=0时闭合S，求iL，uL。

例1200V30

0.1H10

-uC+1000FiL+-uL+-S（2）画运算电路200/s300.1s0.5101000/s100/sI1(s)I2(s)+++---解200/s300.1s0.5101000/s100/sI1(s)I2(s)+++---（4）反变换求原函数校核初值和终值要考虑初值思考：uL是哪两端的电压？200/s

300.1s0.5101000/s100/sI1(s)I2(s)+++---UL(s)+-例2求图示电路的单位冲激响应uC(t)，iC

(t)

。

RCuC

(t)iC+-R1/sCUC(s)1IC(s)+-tuC(V)0返回目录tiC015.7网络函数（NetworkFunction）

一、定义单个独立源作用的线性网络零状态e(t)r(t)E(s)R(s)转移函数（transferfunction）

RC+_+_uS例uCR1/sC+_+_US(s)UC(s)网络函数是由网络的结构和参数决定，与激励无关；网络函数是实系数的有理函数。1.策动点函数策动点阻抗策动点导纳2.转移函数（传递函数）转移导纳转移阻抗转移电压比转移电流比二、网络函数的具体形式U(s)I(s)+-U2(s)I2(s)U1(s)I1(s)+-+-三、单位冲激响应与网络函数的关系零状态

(t)h(t)e(t)r(t)若单位冲激响应h(t)已知，则任意激励e(t)产生的响应r(t)可求。单位冲激响应与网络函数是一对拉氏变换对。返回目录15.8网络函数的极点（Pole）和零点（Zero）一、复频率平面

j

在复平面上用“

”表示极点，用“。”表示零点。

极点。零点

j

。2

-3例绘出其极零点图。（pole-zerodiagram）

-1j-j0二、极点分布与冲激响应的关系H(s)在s平面上极点位置不同，冲激响应波形不同。单位冲激响应与网络函数是一对拉氏变换对。

j

极点的位置决定冲激响应的波形。极点和零点共同决定冲激响应的的幅值。网络函数极点的位置决定了系统的稳定性（stability）。

全部极点在s

左半平面的电路动态响应是稳定的；有位于s

右半平面极点的电路动态响应是不稳