理论教育 单位冲击函数的定义和应用

单位冲击函数的定义和应用

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:注意:在图8-36所示的单位冲激函数波形中,箭头旁边的1 不是表示脉冲的高度,而是表示脉冲的面积。与在时间上延迟的单位阶跃函数一样,可以把发生在t=t0时的单位冲激函数写为δ,若强度为K,则可以表示为Kδ。冲激函数有如下两个性质。

单位冲击函数的定义和应用

冲激函数的演变如图8-36 所示。

图8-36 冲激函数的演变

(a)单位矩形脉冲;(b)单位冲激函数;(c)冲激函数

图8-36(a)所示为单位矩形脉冲p(t),脉冲宽度为Δ,高度为,矩形面积为Δ·,在保持矩形面积不变的情况下,当它的宽度越来越窄时,它的高度会越来越大,当脉冲宽度Δ→0 时,脉冲高度,这样就可以得到一个宽度为零、幅度为无限大但面积仍为1的脉冲函数波形δ(t),如图8-36(b)所示,这个函数就是单位冲激函数。因此,单位冲激函数δ(t)定义为

单位冲激函数δ(t)在t ≠0 处为零,但在t=0 处为不连续的。

注意:

在图8-36(b)所示的单位冲激函数波形中,箭头旁边的1 不是表示脉冲的高度,而是表示脉冲的面积。冲激函数对电路的作用取决于它的面积,面积为K的冲激函数可表示为Kδ(t),K 为冲激函数的强度,如图8-36(c)所示。

与在时间上延迟的单位阶跃函数一样,可以把发生在t=t0时的单位冲激函数写为δ(tt0),若强度为K,则可以表示为Kδ(t-t0)。

冲激函数有如下两个性质。

(1)单位冲激函数δ(t)对时间的积分等于单位阶跃函数ε(t),即

反之,阶跃函数ε(t)对时间的一阶导数等于单位冲激函数δ(t),即

(2)单位冲激函数具有筛分性质。因为当t ≠0 时,δ(t)=0 ,所以对任意在t=0 时连续的函数f(t),有(www.daowen.com)

同理,对于任意在t=t0时连续的函数f(t),有

冲激函数有将一个函数在某个时刻的值筛分出来的本领,筛分性质又称为取样性质。

【例8-12】 试求的值。

解:应用冲激函数的筛分性质,原式可写为

单位冲激函数f(t)是英国物理学家狄拉克在研究量子力学时提出的,因此,f(t)又称为狄拉克函数,该函数可以用于描述某些作用时间极短,数值极大且效果有限的物理现象,如电路中的瞬时充电现象。

当把一个单位冲激电流δi(t)(其单位为A)加到初始电压为零,且C=1 F的电容上时,电容电压为

该式表明,单位冲激电流δi(t)瞬时把电荷转移到电容上,使得电容电压从零跃变到1 V。

同理,如果把一个单位冲激电压δu(t)(其单位为V)加到初始电流为零,且L=1 H的电感上,则电感电流为

该式表明,单位冲激电压δu(t)瞬时在电感内建立了1 A的电流,使得电感电流从零跃变到1 A。

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