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專家講解:電路設計中拉普拉斯變換的應用

發布時間:2015-03-24 責任編輯:sherry

【導讀】拉氏變換里的S是復變函數里最為基礎的一個符號,數學題做了這么多,考分也不低,但如果在多年的電路設計中用不上的話,豈不是對不起寶貴的青春了。
 
拉普拉斯變換是工程數學中常用的一種積分變換,又名拉氏變換。拉氏變換是一個線性變換,可將一個有引數實數t(t≥ 0)的函數轉換為一個引數為復數s的函數。拉氏變換英文名為Laplace Transform,為法國著名數學家拉普拉斯(Laplace,Pierre-Simon,marquisde)創立。主要運用于現代控制領域,和傅氏變換并稱為控制理論中的兩大變換。
 
拉氏變換里的S是復變函數里最為基礎的一個符號,數學題做了這么多,考分也不低,但如果在多年的電路設計中用不上的話,豈不是對不起寶貴的青春了。
 
要用好拉氏變換,先了解S的物理含義和其用途。信號分析有時域分析、頻域分析兩種,時域是指時間變化時,信號的幅值和相位隨時間變化的關系;頻域則是指頻率變化時,信號的幅值和相位隨時間變化的關系;而S則是連接時域與頻域分析的一座橋梁。
 
在電路中,用到的阻性用R表示;用到的感性特性和容性特性,分別用SL和1/SC表示,然后將其看成一個純粹的電阻,只不過其阻值為SL(電感)和1/SC(電容);
 
其他特性(如開關特性)則均可通過畫出等效電路的方式,將一個復雜的特性分解成一系列阻性、感性、容性相結合的方式。并將其中的感性和容性分別用SL和1/SC表示。
 
然后,就可以用初中學過的電阻串、并聯阻抗計算的方式來進行分壓、分流的計算,這當然很簡單了。計算完后,最后一定會成一個如下四種之一的函數:
 
Vo=Vi(s)--------------------(1)
 
Io=Vi(s)--------------------(2)
 
Vo=Ii(s)--------------------(3)
 
Io=Ii(s) --------------------(4)
 
下一步,如果是做時域分析,則將S=d/dt代入上述1-4其中之一的式子中,隨后做微分方程的求解,則可求出其增益對時間的變化式 G(t);
 
而如果做的是頻域分析,則將S=jw代入上述1-4其中之一的式子中,隨后做復變函數方程的求解,則可求出其增益對時間的變化式 G(w)、和相位對頻率的變化式 θ(w);
 
至于求出來時域和頻域的特性之后,您再想把數據用于什么用途,那就不是我能關心得了的了。
 
下面舉一簡單例子說明。
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