单位冲激函数是一种奇异函数,又称为狄拉克(Dirac)δ函数,可定义为
单位冲激函数δ(t)可以看成是单位脉冲函数的极限情况。图4-46(a)为一个单位矩形脉冲函数pΔ(t)的波形。它的高为,宽为Δ,在保持矩形面积不变的情况下,它的宽度将随着高度的增加而减小。当宽度Δ→0时,脉冲高度,在此极限情况下,可得到一个宽度为零,幅度趋于无限大的面积仍为1的脉冲,这就是单位冲激函数δ(t),可记为
单位冲激函数δ(t)的波形如图4-46(b)所示,有时在箭头旁边注明“1”。强度为K的冲激函数可用图4-46(c)表示,此时在箭头旁边注明“K”。
图4-46 脉冲函数和冲激函数
(a)面积为1的脉冲函数;(b)单位冲激函数波形;(c)冲激函数波形
冲激函数的强度是它所包含的面积。因此冲激函数是用它的冲激强度表征的,而不是用幅值来表示,冲激函数在发生冲激时的幅值是无限大的。以单位冲激电压为例,冲激强度的单位是伏特·秒,即Wb。单位冲激电压是指它的强度为1个单位,即1Wb,而不是1V,冲激电压的幅值为无限大。同理,单位冲激电流的强度为1个单位,即1安培·秒或1C,而不是1A。
如果单位冲激量出现的时间不是0而是t0,称它为单位延时冲激函数,写成δ(t-t0)。单位延时冲激函数的定义为
定义式(4-105)表明,在t=t0时刻出现单位面积的冲激,其冲激强度为1个单位。其余任何时刻出现的冲激强度值均为零。单位延时冲激函数的波形如图4-47(a)所示。如果单位延时冲激函数δ(t)的冲激强度不是1而是一个任意常数K,则称为延时冲激函数Kδ(tt0),其波形如图4-47(b)所示。
图4-47 单位延时冲激函数和延时冲激函数(www.daowen.com)
(a)单位延时冲激函数波形;(b)延时冲激函数波形
冲激函数有如下两个主要性质:
(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,单位阶跃函数ε(t)对时间的一阶导数等于单位冲激函数δ(t),即
(2)冲激函数能把冲激时刻函数f(t)的值筛选出来。
由于当t≠0时,δ(t)=0,所以对任意在t=0时连续的函数f(t),将有
f(t)δ(t)=f(0)δ(t)
将此式两边进行积分,则有
结果为函数在t=0时刻的值f(0)。同理,f(t)与δ(t-t0)的乘积并积分可得
这就说明,冲激函数能把一个函数在某一时刻的值筛选出来,这种性质称为冲激函数的“筛分”性质,又称为取样性质。
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