为什么拉普拉斯变换里面的衰减因子是e^st?

原创 云深之无迹 2024-11-10 19:32

建议是先看一遍这个文章-小张带你看看信号与系统三大变换(骂骂咧咧版)

然后再来读这篇,本来文章就回答一个问题,但是后面就又变成了拉普拉斯变换的学习笔记,不影响哈,早晚都得学。

初学的时候就在想,为什么是e^st这个形式,有没有别的?(现在也回答不好)

如果看不懂文章的可以看祖师爷的原文

其实最一开始的起因是连续时间傅里叶变换,而这些东西都是从周期到非周期的推广:

这是周期信号

通过把一个信号当成一个周期信号在周期任意大时的极限来看待。这是信号与系统的半壁江山的想法,也是从周期到非周期,走向泛化的想法。

我这里啰里啰唆是想提醒读者包括自己,这门学科公式繁复,靠背诵是不可取的,要深刻的理解推理过程,最好的教科书是重建理论构建之路。

这就是非周期的连续时间傅里叶变换

事实上,这个东西离拉普拉斯的变换已经很接近了。拉普拉斯变换可以看作是傅里叶变换的推广。傅里叶变换将一个函数分解成不同频率的正弦波的叠加。然而,傅里叶变换对函数的收敛性有一定要求,即函数必须满足一定的条件(如绝对可积)。然而,许多实际信号,如阶跃函数、斜坡函数等,并不满足这个条件。许多原本不满足绝对可积条件的函数在乘上这个因子后变得可积,从而保证拉普拉斯变换的积分收敛。

为了克服傅里叶变换的限制,我们引入一个衰减因子e^(-σt),其中σ是一个实数。这个衰减因子可以使一些增长过快的函数在乘上这个因子后变得可积。

衰减因子看作是一个随着时间逐渐减小的权重。对于那些增长过快的函数,随着时间的推移,其乘上衰减因子后的值会越来越小,最终使得积分收敛。

F(s) = ∫[0,∞] f(t) * e^(-st) dt
  • e^(-σt): 衰减因子,控制信号的衰减速率。

  • e^(jωt): 复指数信号,表示信号的频率成分。

复数s同时包含了信号的幅值和相位信息,可以统一表示时域信号和频域信号。

s = σ + jω
  • σ 是s的实部,代表信号的衰减或增长速率。

  • j 是虚数单位,j² = -1。

  • ω 是s的虚部,代表信号的频率。


等等!这里要讨论啦,我们说衰减一定是速度很快的停下来。

底数大于1的情况:

  • 自变量趋向正无穷: 指数函数的值会趋向于正无穷。

  • 自变量趋向负无穷: 指数函数的值会趋向于0。

  • 自变量趋向某个具体值: 指数函数的值会趋向于一个确定的常数。


底数在0到1之间的情况:

  • 自变量趋向正无穷: 指数函数的值会趋向于0。

  • 自变量趋向负无穷: 指数函数的值会趋向于正无穷。

  • 自变量趋向某个具体值: 指数函数的值会趋向于一个确定的常数。


我是感觉这样可以在数学上面说明,因为S就是一个复函数,也就是有具体的值,那么最后就可以趋向于一个确定的常数。

衰减项e^(-σt): 这里的s是一个复数,可以表示为s = σ + jω。实部σ决定了信号的衰减速率。当σ>0时,信号随时间指数衰减;当σ<0时,信号随时间指数增长;当σ=0时,信号幅值保持不变。这是上面我说的内容

振荡项e^(jωt): 虚部jω则引入了频率的概念。e^(jωt)表示一个频率为ω的复指数信号,它在复平面上绕原点旋转。

e^(-st) 这个函数将时域信号的衰减和振荡特性统一起来,映射到复频域

首先是数学性质优良:指数函数具有良好的微积分性质,便于进行微分和积分运算。因为信号与系统最重要的就是卷积了,求响应,里面不可避免的有卷积积分,积分我们不好积啊!自然界中许多现象都可以用指数函数来描述,例如放射性衰变、电路中的RC电路等。e^(-st) 的导数仍然是e^(-st) 的倍数,这使得微分方程的求解变得简单。

二是频域分析的需要: 通过乘以e^(-st)并积分,我们可以将时域信号分解成不同频率的成分,从而在频域进行分析。这个也好理解,对系统的分析就是把一个输入的信号分解成正交的简单信号然后在LTI系统下进行变换。e^(jωt) 表示一个复指数信号,它包含了信号的频率信息。

三系统的输入输出关系: 在线性时不变系统中,输入信号的拉普拉斯变换与系统的传递函数的乘积等于输出信号的拉普拉斯变换。这里说的是特征函数。

e^(-st) 的物理意义:

  1. 衰减因子: e^(-σt) 可以看作是一个衰减因子,它描述了信号随着时间衰减的快慢。

  2. 旋转因子: e^(jωt) 可以看作是一个旋转因子,它描述了信号的振荡特性。

  3. 复频域: s是一个复数,它包含了信号的幅度和频率信息。

今日封面

评论 (0)
  • 晶振在使用过程中可能会受到污染,导致性能下降。可是污染物是怎么进入晶振内部的?如何检测晶振内部污染物?我可不可以使用超声波清洗?今天KOAN凯擎小妹将逐一解答。1. 污染物来源a. 制造过程:生产环境不洁净或封装密封不严,可能导致灰尘和杂质进入晶振。b. 使用环境:高湿度、温度变化、化学物质和机械应力可能导致污染物渗入。c. 储存不当:不良的储存环境和不合适的包装材料可能引发化学物质迁移。建议储存湿度维持相对湿度在30%至75%的范围内,有助于避免湿度对晶振的不利影响。避免雨淋或阳光直射。d.
    koan-xtal 2025-04-28 06:11 112浏览
  •  集成电路封装测试是确保芯片性能与可靠性的核心环节,主要包括‌晶圆级测试(CP测试)‌和‌封装后测试(FT测试)‌两大阶段,流程如下:一、晶圆级测试(CP测试)1.‌测试目的‌:在晶圆切割前筛选出功能缺陷或性能不达标的晶粒(Die),避免后续封装环节的资源浪费,显著降低制造成本。2.‌核心设备与操作‌l ‌探针台(Prober)‌:通过高精度移动平台将探针与晶粒的Pad jing准接触,实现电气连接。l ‌ATE测试机‌:提供测试电源、信号输入及功能向量,接收晶粒反
    锦正茂科技 2025-04-27 13:37 200浏览
  • 4月22日下午,备受瞩目的飞凌嵌入式「2025嵌入式及边缘AI技术论坛」在深圳深铁皇冠假日酒店盛大举行,此次活动邀请到了200余位嵌入式技术领域的技术专家、企业代表和工程师用户,共享嵌入式及边缘AI技术的盛宴!1、精彩纷呈的展区产品及方案展区是本场活动的第一场重头戏,从硬件产品到软件系统,从企业级应用到高校教学应用,都吸引了现场来宾的驻足观看和交流讨论。全产品矩阵展区展示了飞凌嵌入式丰富的产品线,从嵌入式板卡到工控机,从进口芯片平台到全国产平台,无不体现出飞凌嵌入式在嵌入式主控设备研发设计方面的
    飞凌嵌入式 2025-04-28 14:43 107浏览
  • 贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存正成为智能驾驶舱的核心选择。在汽车电子国产化浪潮中,其产品以宽温域稳定工作能力、优异电磁兼容性和超长使用寿命赢得市场认可。紫光国芯不仅确保供应链安全可控,还提供专业本地技术支持。面向未来,紫光国芯正研发LPDDR5车规级产品,将以更高带宽、更低功耗支持汽车智能化发展。随着智能网联汽车的迅猛发展,智能驾驶舱作为人机交互的核心载体,对处理器和存储器的性能与可靠性提出了更高要求。在汽车电子国产化浪潮中,贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存凭借
    贞光科技 2025-04-28 16:52 133浏览
  •  探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命,需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作,具体方法如下:一、日常清洁与保养1.‌表面清洁‌l 使用无尘布或软布擦拭探针台表面,避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。l 探针头清洁需用非腐蚀性溶剂(如异丙醇)擦拭,检查是否弯曲或损坏。2.‌光部件维护‌l 镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦,操作时远离火源并保持通风。3.‌内部防尘‌l 使用后及时吹扫灰尘,防止污染物进入机械滑
    锦正茂科技 2025-04-28 11:45 87浏览
  • 探针台作为高精度测试设备,在光电行业的关键器件研发、性能测试及量产质量控制中发挥核心作用,主要涵盖以下应用场景与技术特性:一、光电元件性能测试1.‌光电器件基础参数测量‌l 用于LED、光电探测器、激光器等元件的电流-电压(I-V)特性、光功率、响应速度等参数测试,支撑光通信、显示技术的器件选型与性能优化。l 支持高频信号测试(如40GHz以上射频参数),满足高速光调制器、光子集成电路(PIC)的带宽与信号完整性验证需求。2.‌光响应特性分析‌l 通过电光转换效率测
    锦正茂科技 2025-04-27 13:19 128浏览
  • 随着电子元器件的快速发展,导致各种常见的贴片电阻元器件也越来越小,给我们分辨也就变得越来越难,下面就由smt贴片加工厂_安徽英特丽就来告诉大家如何分辨的SMT贴片元器件。先来看看贴片电感和贴片电容的区分:(1)看颜色(黑色)——一般黑色都是贴片电感。贴片电容只有勇于精密设备中的贴片钽电容才是黑色的,其他普通贴片电容基本都不是黑色的。(2)看型号标码——贴片电感以L开头,贴片电容以C开头。从外形是圆形初步判断应为电感,测量两端电阻为零点几欧,则为电感。(3)检测——贴片电感一般阻值小,更没有“充放
    贴片加工小安 2025-04-29 14:59 84浏览
  • 2025年全球人形机器人产业迎来爆发式增长,政策与资本双重推力下,谷歌旗下波士顿动力、比亚迪等跨国企业与本土龙头争相入局,产业基金与风险投资持续加码。仅2025年上半年,中国机器人领域就完成42笔战略融资,累计金额突破45亿元,沪深两市机器人指数年内涨幅达68%,印证了资本市场对智能终端革命的强烈预期。值得关注的是,国家发展改革委联合工信部发布《人形机器人创新发展行动计划》,明确将仿生感知系统、AI决策中枢等十大核心技术纳入"十四五"国家重大专项,并设立500亿元产业引导基金。技术突破方面,本土
    电子资讯报 2025-04-27 17:08 257浏览
  •     今天,纯电动汽车大跃进牵引着对汽车电气低压的需求,新需求是48V。车要更轻,料要堆满。车身电子系统(电子座舱)从分布改成集中(域控),电气上就是要把“比12V系统更多的能量,送到比12V系统数量更少的ECU去”,所以,电源必须提高电压,缩小线径。另一方面,用比传统12V,24V更高的电压,有利于让电感类元件(螺线管,电机)用更细的铜线,缩小体积去替代传统机械,扩大整车电气化的边界。在电缆、认证行业60V标准之下,48V是一个合理的电压。有关汽车电气低压,另见协议标准第
    电子知识打边炉 2025-04-27 16:24 245浏览
  • 一、智能家居的痛点与创新机遇随着城市化进程加速,现代家庭正面临两大核心挑战:情感陪伴缺失:超60%的双职工家庭存在“亲子陪伴真空期”,儿童独自居家场景增加;操作复杂度攀升:智能设备功能迭代导致用户学习成本陡增,超40%用户因操作困难放弃高阶功能。而WTR096-16S录音语音芯片方案,通过“语音交互+智能录音”双核驱动,不仅解决设备易用性问题,更构建起家庭成员间的全天候情感纽带。二、WTR096-16S方案的核心技术突破1. 高保真语音交互系统动态情绪语音库:支持8种语气模板(温柔提醒/紧急告警
    广州唯创电子 2025-04-28 09:24 164浏览
  • 在CAN总线分析软件领域,当CANoe不再是唯一选择时,虹科PCAN-Explorer 6软件成为了一个有竞争力的解决方案。在现代工业控制和汽车领域,CAN总线分析软件的重要性不言而喻。随着技术的进步和市场需求的多样化,单一的解决方案已无法满足所有用户的需求。正是在这样的背景下,虹科PCAN-Explorer 6软件以其独特的模块化设计和灵活的功能扩展,为CAN总线分析领域带来了新的选择和可能性。本文将深入探讨虹科PCAN-Explorer 6软件如何以其创新的模块化插件策略,提供定制化的功能选
    虹科汽车智能互联 2025-04-28 16:00 114浏览
  • 在电子电路设计和调试中,晶振为电路提供稳定的时钟信号。我们可能会遇到晶振有电压,但不起振,从而导致整个电路无法正常工作的情况。今天凯擎小妹聊一下可能的原因和解决方案。1. 误区解析在硬件调试中,许多工程师在测量晶振时发现两端都有电压,例如1.6V,但没有明显的压差,第一反应可能是怀疑短路。晶振电路本质上是一个交流振荡电路。当晶振未起振时,两端会静止在一个中间电位,通常接近电源电压的一半。万用表测得的是稳定的直流电压,因此没有压差。这种情况一般是:晶振没起振,并不是短路。2. 如何判断真
    koan-xtal 2025-04-28 05:09 139浏览
我要评论
0
1
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦