第四章 拉普拉斯变换及s域分析
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信号与系统 第四章 拉普拉斯变换、连续系统的S域分析
f
(t)
1
2
F
(
)e
j
t
d
2、拉普拉斯变换是将时间函数f (t)分解为无
穷多项复指数信号e st之和。其中s = +j
s称为复频率。
f
(t)
1
2j
F (s)e st ds
3、拉普拉斯变换是傅立叶变换的推广。
4、复平面( s平面)
以复频率 s = +j 的实部 和虚部 j 为
t
所以其收敛域为s 平
面上 a 的部分.
四、一些常用函数的拉氏变换
设 f (t)为有始函数，讨论单边拉氏变换
1、阶跃函数
L
u(t)
0
estd t
即 u(t ) 1
est
s 0
( 0)
1 s
2、指数函数
s
L eat eatestd t
f
(t)
1
2
F
(
)e
j
t
d
2、当函数不满足绝对可积条件时
将f(t)乘以衰减因子e-t ( 为 一实常数 ) ，恰当 地选取 的值 就有可以使 f(t) e-t 变得绝对可
积，即 其中 e t称为收敛因子
F f (t)e t
F1( )
f
(t )e t e j t dt
Lt 1 s2
L t2
2 s3
L tn
n! s n1
4、冲激函数 (t)
第四章 拉普拉斯变换与s域分析
0 0
(t ) 1
清华大学出版社
10
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.3 常用函数的拉普拉斯变换(单边拉式变换)
单位阶跃信号：
F ( s) u (t )e dt
st 0
0
1 st 1 e dt e 0 s s
st
0
0
1 te dt 2 s
st
1 r (t ) 2 s
清华大学出版社
12
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.3 常用函数的拉普拉斯变换(单边拉式变换)
指数信号： f (t ) e t u(t ), ( 0)
F (s) e
0 t st
清华大学出版社
23
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.2.5 时域微分性质
若
f (t ) F (s) 则 f (t ) sF (s) f (0 )
表明：函数f( t )求导后的拉氏变换是原函数的象 函数乘以复量s，再减去原函数f( t )在0时的值。 如
duc (t ) C C[ sU c ( s) uc (0 )] dt
清华大学出版社
5
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.2 收敛域(ROC)的概念
选择适当的 值才可能使式子 F ( s) 积分收敛，即F(s)存在的条件为
0
f (t )e- st dt 的
使得
0
f (t )e- st dt
0
f (t )e
(t ) 1
清华大学出版社
10
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.3 常用函数的拉普拉斯变换(单边拉式变换)
单位阶跃信号：
F ( s) u (t )e dt
st 0
0
1 st 1 e dt e 0 s s
st
0
0
1 te dt 2 s
st
1 r (t ) 2 s
清华大学出版社
12
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.3 常用函数的拉普拉斯变换(单边拉式变换)
指数信号： f (t ) e t u(t ), ( 0)
F (s) e
0 t st
清华大学出版社
23
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.2.5 时域微分性质
若
f (t ) F (s) 则 f (t ) sF (s) f (0 )
表明：函数f( t )求导后的拉氏变换是原函数的象 函数乘以复量s，再减去原函数f( t )在0时的值。 如
duc (t ) C C[ sU c ( s) uc (0 )] dt
清华大学出版社
5
《信号与系统分析》——第四章 拉普拉斯变换及S域分析
4.1.2 收敛域(ROC)的概念
选择适当的 值才可能使式子 F ( s) 积分收敛，即F(s)存在的条件为
0
f (t )e- st dt 的
使得
0
f (t )e- st dt
0
f (t )e
信号与系统4.3拉氏变换的性质
T
T2
2
E(2 )
T
s2 ( 2 )2
E(2 )
[
s2
T
( 2
)2
sT
]e 2
T
T
E(2 )
T
s2 ( 2 )2
(1
sT
e2
)
T
第4章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
例4-4 试求图4.4所示的正弦半波周期信号的拉氏变换。
f (t)
E
…
0
TT
2T
t
2
图4.4 例 4―4图
解: 在例4―3中我们已求得从t=0开始的单个正弦半波（亦即
0 24
t
图4.5 例4-5图
e2(t2)e4u(t 2) e2(t4)e8u(t 4)
于是
F (s) L[ f (t)] e4L[e2t ]e2s e8L[e2t ]e4s
e2(s2) e4(s2) s2
第4章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
4、s域平移特性
若 f (t) F(s)
t)u(t) E sin[ T
(t )]u(t )
2
2
第4章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
应用拉氏变换的时移特性,有
F (s) L[ f (t)] L[ fa (t)] L[ fb (t)]
L[E sin(2 t)u(t)] L{E sin[ 2 (t T )]u(t T )}
本题第一个周期的波形）的拉氏变换为
F1(s)
L[
f
(t)]
E(2 )
T
s2 ( 2 )2
(1
sT
e2
)
T
第4章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
【实用】拉普拉斯变换PPT文档
第四章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
学习目标 1.深入理解拉普拉斯变换的定义、应用范围、物理意义及收
敛。 2．掌握常用函数的拉氏变换。阶跃函数、指数函数、冲激
函数。 3.熟练掌握拉氏变换的性质。线性、原函数积分、原函数微
分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。 4.掌握拉氏逆变换。 5.熟练掌握利用拉氏变换法分析电路、S域元件模型。 6.深入理解系统函数的定义及物理意义。 7.熟练掌握系统零极点分布与其时域特征的关系。
一、拉普拉斯的产生和发展
Laplace 2h(t)绝对可积，极限为0 Transform）。
线性、原函数积分、原函数微分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。
拉本氏章变 重换点与在十傅于氏，九变以换拉的氏世关变系换纪；为工末具对系，统进英行复国频域分工析。程师亥维赛德(O.Heaviside,
虽然通过求极限的方法可以求得它们的傅里叶变换，但其变换式中常常含有冲激函数，使分析计算较为麻烦。
1850~1925)发明了算子法，很好地解决了电力 Laplace，1749~1825)在著作中对这种方法给予严密的数学定义。
线性、原函数积分、原函数微分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。
H(s)极点都在s域左半平面
用
便
受到一
定
的
限制，
其
次
，求取
傅
里叶反变换 留数定理法（含留数和定理）
拉氏变换收敛域的定义
有
时
也是比
较
困
难的，
此
处
尤其
要
指
出的是傅里叶变换分析法只能确定零状态响应， 3.
线性、原函数积分、原函数微分、域的定义 3.
学习目标 1.深入理解拉普拉斯变换的定义、应用范围、物理意义及收
敛。 2．掌握常用函数的拉氏变换。阶跃函数、指数函数、冲激
函数。 3.熟练掌握拉氏变换的性质。线性、原函数积分、原函数微
分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。 4.掌握拉氏逆变换。 5.熟练掌握利用拉氏变换法分析电路、S域元件模型。 6.深入理解系统函数的定义及物理意义。 7.熟练掌握系统零极点分布与其时域特征的关系。
一、拉普拉斯的产生和发展
Laplace 2h(t)绝对可积，极限为0 Transform）。
线性、原函数积分、原函数微分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。
拉本氏章变 重换点与在十傅于氏，九变以换拉的氏世关变系换纪；为工末具对系，统进英行复国频域分工析。程师亥维赛德(O.Heaviside,
虽然通过求极限的方法可以求得它们的傅里叶变换，但其变换式中常常含有冲激函数，使分析计算较为麻烦。
1850~1925)发明了算子法，很好地解决了电力 Laplace，1749~1825)在著作中对这种方法给予严密的数学定义。
线性、原函数积分、原函数微分、延时、S域频移、尺度变换、初值、终值定理、卷积。
H(s)极点都在s域左半平面
用
便
受到一
定
的
限制，
其
次
，求取
傅
里叶反变换 留数定理法（含留数和定理）
拉氏变换收敛域的定义
有
时
也是比
较
困
难的，
此
处
尤其
要
指
出的是傅里叶变换分析法只能确定零状态响应， 3.
线性、原函数积分、原函数微分、域的定义 3.
信号与系统 第四章 拉普拉斯变换、连续系统的S域分析.
n
（n为正整数）
n st 0
n
t e dt
st
4、冲激函数 (t)
L (t ) 0 ( t )e d t 1
st
同理
L (t t0 ) e
st0
5、正弦函数
1 j t j t L sin t ( L e L e ) 2j
at
，相当于拉氏变
sin t 和 e at cos t 的拉氏变换。
L e sin t 2 2 (s a) sa a t L e cos t ( s a )2 2
a t
Lsin t 2 s 2
s Lcos t 2 2 s
解法一： bs 延时特性 L[ f (t b)u(t b)] F ( s )e
1 s 尺度变换 L[ f (at b)u(at b)] F e a a
解法二： 尺度变换 延时特性
b
s a
1 s L[ f (at )u(at )] F a a
st
t
j t
j 右 半 开 0 平 面
反映指数函数 est 的幅度变化速度 >0, 幅度发散 <0, 幅度收敛 反映指数函数 est 的因子ejt 作周期变化的频率
三、拉普拉斯变换的收敛域
1、定义 把使 f (t) e- t 满足绝对可积条件的 的取值范围称为拉氏变换的收敛域。 2、单边拉氏变换的收敛条件
九、卷积
1、时域卷积 若 L f1 (t ) F1 ( s) L f 2 (t ) F2 ( s) 则 L f1 (t ) f 2 (t ) F1 ( s ) F2 ( s )
（n为正整数）
n st 0
n
t e dt
st
4、冲激函数 (t)
L (t ) 0 ( t )e d t 1
st
同理
L (t t0 ) e
st0
5、正弦函数
1 j t j t L sin t ( L e L e ) 2j
at
，相当于拉氏变
sin t 和 e at cos t 的拉氏变换。
L e sin t 2 2 (s a) sa a t L e cos t ( s a )2 2
a t
Lsin t 2 s 2
s Lcos t 2 2 s
解法一： bs 延时特性 L[ f (t b)u(t b)] F ( s )e
1 s 尺度变换 L[ f (at b)u(at b)] F e a a
解法二： 尺度变换 延时特性
b
s a
1 s L[ f (at )u(at )] F a a
st
t
j t
j 右 半 开 0 平 面
反映指数函数 est 的幅度变化速度 >0, 幅度发散 <0, 幅度收敛 反映指数函数 est 的因子ejt 作周期变化的频率
三、拉普拉斯变换的收敛域
1、定义 把使 f (t) e- t 满足绝对可积条件的 的取值范围称为拉氏变换的收敛域。 2、单边拉氏变换的收敛条件
九、卷积
1、时域卷积 若 L f1 (t ) F1 ( s) L f 2 (t ) F2 ( s) 则 L f1 (t ) f 2 (t ) F1 ( s ) F2 ( s )
拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析基本要求通过本章的学习...
第四章 拉普拉斯变换、连续时间系统的S 域分析基本要求通过本章的学习，学生应深刻理解拉普拉斯变换的定义、收敛域的概念：熟练掌握拉普拉斯变换的性质、卷积定理的意义及它们的运用。
能根据时域电路模型画出S 域等效电路模型，并求其冲激响应、零输入响应、零状态响应和全响应。
能根据系统函数的零、极点分布情况分析、判断系统的时域与频域特性。
理解全通网络、最小相移网络的概念以及拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系。
会判定系统的稳定性。
知识要点1. 拉普拉斯变换的定义及定义域 （1） 定义单边拉普拉斯变换： 正变换0[()]()()stf t F s f t dt e ζ∞--==⎰逆变换 1[()]()()2j stj F s f t F s ds j e σσζπ+∞-∞==⎰双边拉普拉斯变换： 正变换()()stB s f t dt e F ∞--∞=⎰逆变换1()()2j stB j f t s ds j e F σσπ+∞-∞=⎰（2） 定义域若0σσ>时，lim ()0tt f t eσ-→∞=则()tf t eσ-在0σσ>的全部范围内收敛，积分0()stf t dt e +∞--⎰存在，即()f t 的拉普拉斯变换存在。
0σσ>就是()f t 的单边拉普拉斯变换的收敛域。
0σ与函数()f t 的性质有关。
2. 拉普拉斯变换的性质 （1） 线性性 若11[()]()f t F S ζ=,22[()]()f t F S ζ=,1κ,2κ为常数时，则11221122[()()]()()f t f t F s F s ζκκκκ+=+（2） 原函数微分 若[()]()f t F s ζ=则()[]()(0)df t sF s f dtζ-=- 11()0()[]()(0)n n n n r r nr d f t s F s s f dt ζ----==-∑ 式中()(0)r f-是r 阶导数()r rd f t dt 在0-时刻的取值。
第四章拉氏变换S域分析(共52张PPT)
0
n!
考虑到 LT[u(t)] 1 , 应用时域积分性质,得 s
LT[ 1 t nu(t)] LT[( t )n u(x)dx]
n!
0
1 sn
LT[u(t)]
1 s n1
LT[t nu(t)]
n! s n1
第二十五页，共五十二页。
(四) 延时(时域平移(pínɡ ) yí)
若 f (t) LT F (s), 则 f (t t0 )u(t t0 ) LT est0 F (s) 此式的应用条件为： 若t0 0，则在区间[t0 ,0]内应有f (t) 0； 若t0 0，则在区间[0,t0 ]内应有f (t) 0。
若 f (t) LT F (s),
则 t f ( )d LT F (s)
0
s
t f ( )d LT F (s) f (1) (0 )
-
s
s
对比时域微分结论.
第二十三页，共五十二页。
例:已知LT [u(t)] 1 ,求t nu(t)的LT . s
解 :由于
t
u( x)dx tu(t)
2
LT
s2
2
cosh(t)
1 (et 2
et )
LT s
s2 2
0 0
第十九页，共五十二页。
(二) 原函数微分(wēi fēn)
若 f (t) LT F (s),
则 f (t) LT sF (s) f (0 ),
一般公式 :
展开寻找规律
n1
f (n) (t) LT sn F (s) snr1 f (r) (0 ), r 0
4.4 拉普拉斯逆变换(ILT)
实际应用中常常遇到的象函数F (s)是s的有理分式,
拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析
若f (t)满足以下条件时，才存在付里叶变换 1 狄氏条件：1) f (t)在有限闭区间连续或有有限个第一类间断点； 2) f (t)在有限闭区间只有有限个极值点。
2 在(-, )内满足绝对可积，即 f (t) dt
由付里叶变换存在条件 可知，绝对可积条件较强，许多 函数都不满足此条件，如单位阶跃函数、正弦余弦函数、线 性函数等。 2拉普拉斯变换
F (s) f (t)et e jtdt
f (t)e( j)tdt f (t)est dt
其中 s j
F (s) f (t)est dt称作拉普拉斯(Laplace)变换
f (t) 1
F
(s)e
st
d称s 作拉普拉斯逆变换
2j
f (t) F (s)
单边拉氏变换
a1 f1(t) a2 f2 (t) a1F1(s) a2F2 (s)
其收敛域至少是二函数收敛域的相重叠部分。
7
例1:求双曲函数的象函数
sht 1 (et et )
2
sht
1 2
(et
et
)
0
1 2
(et
et
)est
dt
1 2
s
1
1 1
2 s
1
s2 2
Res 0
et的收敛域Res ，et的收敛域Res ,
当n 2时
t2
2 s3
,依次类推
t n n(n 1)(n 2)2 1
s n1
6
4.冲击函数
(t) (t)est dt 1 0
5.正弦函数
sin kt sin ktest dt 1 e jkt e jkt est dt
0
0 2j
2 在(-, )内满足绝对可积，即 f (t) dt
由付里叶变换存在条件 可知，绝对可积条件较强，许多 函数都不满足此条件，如单位阶跃函数、正弦余弦函数、线 性函数等。 2拉普拉斯变换
F (s) f (t)et e jtdt
f (t)e( j)tdt f (t)est dt
其中 s j
F (s) f (t)est dt称作拉普拉斯(Laplace)变换
f (t) 1
F
(s)e
st
d称s 作拉普拉斯逆变换
2j
f (t) F (s)
单边拉氏变换
a1 f1(t) a2 f2 (t) a1F1(s) a2F2 (s)
其收敛域至少是二函数收敛域的相重叠部分。
7
例1:求双曲函数的象函数
sht 1 (et et )
2
sht
1 2
(et
et
)
0
1 2
(et
et
)est
dt
1 2
s
1
1 1
2 s
1
s2 2
Res 0
et的收敛域Res ，et的收敛域Res ,
当n 2时
t2
2 s3
,依次类推
t n n(n 1)(n 2)2 1
s n1
6
4.冲击函数
(t) (t)est dt 1 0
5.正弦函数
sin kt sin ktest dt 1 e jkt e jkt est dt
0
0 2j
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2015.10 安徽工程大学机电学院信息工程系 9
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
对于单边拉氏变换 讨论：①有界的非周期信号的拉氏变换一定存在 满足
f (t )e t dt
其收敛坐标为 ，收敛区为全部s平面。
②单位阶跃信号 lim[u (t )e t ] 0
安徽工程大学机电学院信息工程系
21
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例9、试求下列F (s)所对应的f (t )的初值和终值。
s 2 2s 1 (1) F ( s) ( s 1)(s 2)(s 3)
解 : (1)
s 2 2s 3 (2) F ( s) ( s 1)( s 2 0 2 )
E
t T 0 E 1 E L[(t T )u (t T ) Tu (t T )] 2 T s T E 1 E sT 1 1 sT 注意 e E e T s2 T s2 s f (t )u(t t0 ) E f (t t0 )u(t t0 ) 2 [1 (Ts 1)e sT ] Ts
令s j, 则上式为
Fb (s)
f (t )e st dt
2015.10
安徽工程大学机电学院信息工程系
5
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
4
单边拉普拉斯变换 由于在实际问题中所遇到的大部分信号都是因果的， 即f(t)=0(t<0)
st 定义单边拉式正变换为 F (s) 0－ f (t )e dt
f (t )e jt dt
意味着f(t)在趋于∞时需收敛，即
lim f (t ) 0
at 如函数 f (t ) e (a 0) 的傅里叶变换存在
2015.10
安徽工程大学机电学院信息工程系
3
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
2 傅里叶变换不存在时
如函数 f (t ) e (a 0)的傅里叶变换不存在
2015.10
0
右半平面
安徽工程大学机电学院信息工程系
8
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
由以上分析可知，由的数值可将s平面 划分为两个区域：
j
收敛区
0
收敛轴
收敛区：使 f ( t )e t 满 足 绝 对 可 积 条 件 的 值 的 范 围 称 为 收 敛 区 ， 在收敛区内， f ( t )拉 氏 变 换 存 在 ， 在 收 区 敛外 ， f ( t )拉 氏 变 换 不存在。
变换域
Z域
2015.10 安徽工程大学机电学院信息工程系 2
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
一 拉普拉斯变换 以下，从傅里叶变换出发引出拉普拉斯变换 1 傅里叶变换存在的条件
函数f(t)若满足下列绝对可积条件 则函数f(t)存在傅里叶变换
f (t ) dt
F ( j )
t 或t
2015.10 安徽工程大学机电学院信息工程系 19
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
7、卷积定理
若L[ f1 (t )] F1 (s), L[ f2 (t )] F2 (s) 若L[ f1 (t )] F1 ( s), L[ f 2 (t )] F2 ( s) 1 则 L [ f ( t ) f ( t )] [ F1 ( s) F2 ( s)] 则L[ f1 (t ) f 2 (t )] F1 (s) F2 (s) 1 2 2 j
sLI L (s) LiL (0)
其中，iL (0) 是电流 iL (t ) 的初始值，如果其为0，则
VL (s) sLI L (s)
2015.10 安徽工程大学机电学院信息工程系 17
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
6、时域积分性质
若L[ f (t )] F (s)
则L[
t
0
t
0
收敛区为s平面的右半平面。
2015.10
安徽工程大学机电学院信息工程系
10
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
1 u (t ) s (t ) 1
常见函数的拉式 变换如右，这6对 变换对需牢记
1 e s n! n t n 1 s
t
1 t 2 s
sin t 2 s 2
s cos t 2 s 2
2015.10 安徽工程大学机电学院信息工程系 11
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
二 拉普拉斯变换的性质
1、线性性质 若L[ f1 (t )] F1 ( s )，L[ f 2 (t )] F2 ( s ) 则L[ Af1 (t ) Bf 2 (t )] AF1 ( s ) BF2 ( s ) 其中A、B为实常数
例9、LTI系统的零状态响应
r (t ) e(t ) h(t )
得： R( s ) H ( s) E ( s)
拉式变换
R(s) E(s) H (s)
此即为系统函数
2015.10
安徽工程大学机电学院信息工程系
20
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
8、初值定理 设函数f (t )及其导数f (t )可进行拉式变换， 则f (t )的初值为 f (0) lim f (t ) lim sF ( s)
说明： ①s是复参量，s j, F (s)是以s为自变量的复变函数
②积分下线定为0 ，包括了 (t )，从而无需计算0-到0+的跳变
③拉氏正反变换的简记形式 F ( s ) L[ f (t )] 或 f (t ) L1[ F ( s )] 或
2015.10
f (t ) F ( s ) F ( s ) f (t )
t 0 s
9、终值定理 设f (t )及f (t )可进行拉式变换，且 lim f (t )存在，
t
则f () lim f (t ) lim sF ( s)
t s 0
如不满足此条件，则终值定理 不成立，无需计算
2015.10
F(S)的所有极点都位于s的左半 平面（包括原点处的单极点）
2015.10
安徽工程大学机电学院信息工程系
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析 例5、求右图所示波形的拉式变换
E 解 : f (t ) t[u (t ) u (t T )] T E E L[ f (t )] L[tu (t )] L[tu (t T )] T T
f (t )
例4、求L[cos t ]
1 1 1 jt jt jt jt 解：L[cos t ] L[ (e e )] L[e ] L[e ] 2 2 2 1 1 1 1 s 2 2 s j 2 s j s 2
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
4、S域平移性质 若L f t F (s) 则L[e t f (t )] F ( s )
例6、求L[et sin t ]和L[et cos t ] 因为 sin t 2 s 2
F ( s) f (0) f (t )dt ] + s s
1
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例8、已知流经电容上的电流，其拉式变换为 L[iC (t )] IC (s)， 试求电容电压的拉式变换 VC (s)。 1 t 解：因为：vC (t ) iC ( )d C 1 t 所以：VC ( s ) L[vC (t )] L[ iC ( )d ] C 1 1 1 IC (s) iC (0) Cs Cs 1 1 0 1 I C ( s ) vC (0) 故原式 因 iC (0) iC ( )d Cs s 其中，iC 1 (0) 是电容两端起始电荷量，如果其为0，则 1 VC ( s ) I C ( s) sC
df (t ) 则L[ ] sF ( s ) f (0) dt
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例7、已知流经电感上的电流，其拉式变换为 L[iL (t )] I L (s)， 试求电感电压的拉式变换 VL (s)。
diL (t ) 解：因为：vL (t ) L dt diL (t ) 所以： VL ( s ) L[vL (t )] L[ L ] dt L[sI L (s) iL (0)]
解得L[e s 同理由 cos t 2 s 2 得L[e
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t
sin t ] 2 s 2
s
t
cos t ]
s 2
2
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
5、时域微分性质
若L[ f (t )] F (s)
dt e ( s )t dt
0
0
1 s
lim e ( s )t lim e ( )t e jt
t t
lim e t e t 要想收敛，必须 ，此即为收敛域。
t
收敛轴
j
0
j
收敛坐标的 右半平面
收敛坐标的
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
2、尺度变换
若L f t F s
Re[s ] 0 a 0, Re[s ] a 0
注意 f (t )u(t t0 ) f (t t0 )u(t t0 )
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
对于单边拉氏变换 讨论：①有界的非周期信号的拉氏变换一定存在 满足
f (t )e t dt
其收敛坐标为 ，收敛区为全部s平面。
②单位阶跃信号 lim[u (t )e t ] 0
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例9、试求下列F (s)所对应的f (t )的初值和终值。
s 2 2s 1 (1) F ( s) ( s 1)(s 2)(s 3)
解 : (1)
s 2 2s 3 (2) F ( s) ( s 1)( s 2 0 2 )
E
t T 0 E 1 E L[(t T )u (t T ) Tu (t T )] 2 T s T E 1 E sT 1 1 sT 注意 e E e T s2 T s2 s f (t )u(t t0 ) E f (t t0 )u(t t0 ) 2 [1 (Ts 1)e sT ] Ts
令s j, 则上式为
Fb (s)
f (t )e st dt
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
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单边拉普拉斯变换 由于在实际问题中所遇到的大部分信号都是因果的， 即f(t)=0(t<0)
st 定义单边拉式正变换为 F (s) 0－ f (t )e dt
f (t )e jt dt
意味着f(t)在趋于∞时需收敛，即
lim f (t ) 0
at 如函数 f (t ) e (a 0) 的傅里叶变换存在
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
2 傅里叶变换不存在时
如函数 f (t ) e (a 0)的傅里叶变换不存在
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0
右半平面
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
由以上分析可知，由的数值可将s平面 划分为两个区域：
j
收敛区
0
收敛轴
收敛区：使 f ( t )e t 满 足 绝 对 可 积 条 件 的 值 的 范 围 称 为 收 敛 区 ， 在收敛区内， f ( t )拉 氏 变 换 存 在 ， 在 收 区 敛外 ， f ( t )拉 氏 变 换 不存在。
变换域
Z域
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
一 拉普拉斯变换 以下，从傅里叶变换出发引出拉普拉斯变换 1 傅里叶变换存在的条件
函数f(t)若满足下列绝对可积条件 则函数f(t)存在傅里叶变换
f (t ) dt
F ( j )
t 或t
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
7、卷积定理
若L[ f1 (t )] F1 (s), L[ f2 (t )] F2 (s) 若L[ f1 (t )] F1 ( s), L[ f 2 (t )] F2 ( s) 1 则 L [ f ( t ) f ( t )] [ F1 ( s) F2 ( s)] 则L[ f1 (t ) f 2 (t )] F1 (s) F2 (s) 1 2 2 j
sLI L (s) LiL (0)
其中，iL (0) 是电流 iL (t ) 的初始值，如果其为0，则
VL (s) sLI L (s)
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
6、时域积分性质
若L[ f (t )] F (s)
则L[
t
0
t
0
收敛区为s平面的右半平面。
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
1 u (t ) s (t ) 1
常见函数的拉式 变换如右，这6对 变换对需牢记
1 e s n! n t n 1 s
t
1 t 2 s
sin t 2 s 2
s cos t 2 s 2
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
二 拉普拉斯变换的性质
1、线性性质 若L[ f1 (t )] F1 ( s )，L[ f 2 (t )] F2 ( s ) 则L[ Af1 (t ) Bf 2 (t )] AF1 ( s ) BF2 ( s ) 其中A、B为实常数
例9、LTI系统的零状态响应
r (t ) e(t ) h(t )
得： R( s ) H ( s) E ( s)
拉式变换
R(s) E(s) H (s)
此即为系统函数
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
8、初值定理 设函数f (t )及其导数f (t )可进行拉式变换， 则f (t )的初值为 f (0) lim f (t ) lim sF ( s)
说明： ①s是复参量，s j, F (s)是以s为自变量的复变函数
②积分下线定为0 ，包括了 (t )，从而无需计算0-到0+的跳变
③拉氏正反变换的简记形式 F ( s ) L[ f (t )] 或 f (t ) L1[ F ( s )] 或
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f (t ) F ( s ) F ( s ) f (t )
t 0 s
9、终值定理 设f (t )及f (t )可进行拉式变换，且 lim f (t )存在，
t
则f () lim f (t ) lim sF ( s)
t s 0
如不满足此条件，则终值定理 不成立，无需计算
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F(S)的所有极点都位于s的左半 平面（包括原点处的单极点）
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析 例5、求右图所示波形的拉式变换
E 解 : f (t ) t[u (t ) u (t T )] T E E L[ f (t )] L[tu (t )] L[tu (t T )] T T
f (t )
例4、求L[cos t ]
1 1 1 jt jt jt jt 解：L[cos t ] L[ (e e )] L[e ] L[e ] 2 2 2 1 1 1 1 s 2 2 s j 2 s j s 2
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4、S域平移性质 若L f t F (s) 则L[e t f (t )] F ( s )
例6、求L[et sin t ]和L[et cos t ] 因为 sin t 2 s 2
F ( s) f (0) f (t )dt ] + s s
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例8、已知流经电容上的电流，其拉式变换为 L[iC (t )] IC (s)， 试求电容电压的拉式变换 VC (s)。 1 t 解：因为：vC (t ) iC ( )d C 1 t 所以：VC ( s ) L[vC (t )] L[ iC ( )d ] C 1 1 1 IC (s) iC (0) Cs Cs 1 1 0 1 I C ( s ) vC (0) 故原式 因 iC (0) iC ( )d Cs s 其中，iC 1 (0) 是电容两端起始电荷量，如果其为0，则 1 VC ( s ) I C ( s) sC
df (t ) 则L[ ] sF ( s ) f (0) dt
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
例7、已知流经电感上的电流，其拉式变换为 L[iL (t )] I L (s)， 试求电感电压的拉式变换 VL (s)。
diL (t ) 解：因为：vL (t ) L dt diL (t ) 所以： VL ( s ) L[vL (t )] L[ L ] dt L[sI L (s) iL (0)]
解得L[e s 同理由 cos t 2 s 2 得L[e
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t
sin t ] 2 s 2
s
t
cos t ]
s 2
2
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第四章 拉普拉斯变换及s域分析
5、时域微分性质
若L[ f (t )] F (s)
dt e ( s )t dt
0
0
1 s
lim e ( s )t lim e ( )t e jt
t t
lim e t e t 要想收敛，必须 ，此即为收敛域。
t
收敛轴
j
0
j
收敛坐标的 右半平面
收敛坐标的
第四章 拉普拉斯变换及s域分析
2、尺度变换
若L f t F s
Re[s ] 0 a 0, Re[s ] a 0
注意 f (t )u(t t0 ) f (t t0 )u(t t0 )