,產生這些概念的前提:正弦量被廣泛采用,原因如下
1. 電力工程,發電輸電用電,正弦量使設備簡單,效率高,經濟
2. 實驗室易于產生標準的正弦量
3. 有一套成熟的正弦電路的算法
4. 正弦量可以利用傅里葉級數分解為不同頻率的正弦量
對于正弦的使用以及電路分析有這樣的解釋:
對電路的分析其實就是對電路的建模,包括對每個元器件的建模。純阻性元件的數學模型很簡單,只有一個方程。而理想電感的方程會復雜一點,電壓電流滿足一個微分方程,而且還有關于磁鏈的方程。對于非線性的二極管等等,就有更復雜的數學模型。
數學模型建立起來之后就要求解。在求解過程中,人們發現,只有e^x和正弦函數具有一個特殊的性質,那就是不管求導多少次,都滿足函數的相似性。人們就開始研究,能否把輸入都用正弦信號或者指數信號的疊加代替,帶入電路的數學模型之后,計算非常簡便,得到輸出之后,再把輸出恢復成實際的信號。這就是傅立葉和拉普拉斯解法。
在用正弦信號求解的時候,指數函數和正弦函數又有一個牛逼的公式將兩者聯系起來,這就是歐拉公式,這樣正弦函數的相位信息就可以放到指數函數中去。
所以與其相關的算法如期而至
首先,時域算法,最容易理解,首先描述正弦量的是時域的算法(其定義的時候就是用的時間,隨時間按正弦規律變化的電壓和電流就是正弦量)
基本的單位有:
頻率,周期,角頻率,瞬時值,最大值,有效值
相位(瞬時值變化進程)
初相位
相位差(前提,頻率相同,反映了兩個正弦量變化進程差異,而非產生波形先后,超前
滯后 同相
反相正交)
①時域——相量
(將時域分析 換為 頻域分析)
細節一點,在時域的正弦表示中,根據歐拉公式,轉化為了相量的形式,這其中,相量形式保持了原來正弦量的 幅值、初相位信息,即
兩者聯系為
通過歐拉公式 實數范圍的正弦時間函數和復數范圍的復指數常數一一對應

但是需要注意的是,此時,我們取到的僅僅是復指數的實數部分,而且不研究旋轉因子e^jwt
,原因是,在線性的電路中,全部的穩態響應也是同頻率的正弦函數,沒有新的頻率,w顯然不是研究問題的中心,也就在相量分析中放在了一邊。
兩者的區別為
相量!=正弦量,只能表示兩個要素(幅值與初相位),沒有ω
學習了相量分析中的疊加原理和微分原理,值得注意的是,正弦量的微分為同頻正弦量,對應的相量為原相量乘以
jω,但不能說,相量的導數是相量乘以jω,因為,這是對于正弦量的求導,相量不是t的函數。可以感性的了解到,對于原來正弦量的t的求導,表現在相量上出來一個與時間有關的jω也是情理之中。
使用條件
相量法只適用于激勵為同頻正弦量的非時變線性電路
但是為啥這叫頻域分析呢?
不是已經把w給忽略了么?
可以這樣理解,之所以略去,就是因為相當于強調了,我分析就是在頻率不變的情況下分析的!這是一個前提!
好吧,還是知乎http://zhuanlan.zhihu.com/#/wille/19763358(00)大神膜拜

但是,前面所說的全都是一個頻率,可以看做,對應頻域就是一個w的正弦。
相量法之所以分離出來,在一定程度是為了區別復頻域,要知道復頻域里面是有s的,其中有頻率的量綱,頻域是以頻率為變量的,而相量法是頻域特殊的一種,即w直接不變了,直接叫相量法肯定更有代表性。
這應該夠清楚的了
② 時域——復頻域 (買噶的)
這玩意兒糾結我很久了,是該給他算賬的時候了。
時域線性常微分方程經過拉氏變換到拉氏,度娘如是說。
拉式變換?啊,我的積分變換,咋么不好好學 ,坑爹的學校還不讓學信號與系統。。。好吧,把人家的課程知識偷過來看看

頓時感覺是不是瞬間腦補了一下?
如果沒有,解釋一下:
簡要的說一下啥是傅里葉和拉普拉斯,
傅里葉,一個時域的函數,通過乘上一個e^jwt
,為啥憑空乘個這東西呢?看人家后面怎么做:

簡直機智!把原來的函數在原來的t的時域上面進行積分,獲得了關于w的函數,也就是頻域上面的函數(請原諒我的遲到的理解,,,本應該在積分變換就應該理解的東西。。。),這樣,這樣就實現了對于時域與頻域的變換。
而拉普拉斯,則是對于傅里葉函數成立條件太苛刻而進行的拓展,在乘以e^jwt
的基礎上,直接乘以e^σ,保證原來的函數是在t的時域上面是收斂的,也就是通過積分可以獲得一個不是無窮大的函數,而這個函數的變量,從原來的w,即頻域,拓展到了復頻域s上面,這個s不僅僅可以描述傅里葉的頻率,更可以可以信號的衰減震蕩穩定等關系(自控系統的穩定性分析)
兩者講完了,但是在電路分析中對應有什么呢?自控系統為毛也有這東西呢?
網上這解釋比較直觀:
拉普拉斯為什么可以求解微分方程?
拉普拉斯變換提供了一種變換定義域的方法,把定義在時域上的信號(函數)映射到復頻域上(要理解這句話,需要了解一下函數空間的概念--我們知道,函數定義了一種“從一個集合的元素到另一個集合的元素”的關系,而兩個或以上的函數組合成的集合,就是函數空間,即函數空間也是一個集合;拉普拉斯變換的“定義域”,就是函數空間,可以說,拉普拉斯變換就是一種處理函數的函數.由于拉普拉斯變換定義得相當巧妙,所以它就具有一些奇特的特質),而且,這是一種一一對應的關系(只要給定復頻域的收斂域),故只要給定一個時域函數(信號),它就能通過拉普拉斯變換變換到一個復頻域信號(不管這個信號是實信號還是復信號),因而,只要我們對這個復頻域信號進行處理,也就相當于對時域信號進行處理(例如設f(t)←→F(s),Re>a,則若我們對F(s)進行時延處理,得到信號F(s-z),Re>a+Re[ z],那么就相當于我們給時域函數乘以一個旋轉因子e^zt,即f(t)e^zt←→F(s-z),Re>a+Re[ z];只要對F(s-z)進行
電路中吧,有這些:
在這兒可以看出,有一個作用就是,求解微分方程,因為這東西把時域的東西,放在了復頻域上面,變量就少了很多,首先,他本身就是積分,微分和積分本來就是克星啊(很牽強,畢竟人家高次微分方程也能解,雖然是進行一次積分),還有就是,復指數進行微分等計算的時候,形式是不變的,極為方便(可以求解高次原因?),我想這就是為什么拉普拉斯變換在微分方程上面有這么大的威力。直接靠自己的性質,活生生的把高次的微分方程變成了代數方程。
其次呢?想一下電路的使用拉普拉斯的過程可以看到,我們沒直接想到使用拉普拉斯,而是先對電路進行了數學建模,得到的是微分方程,對其進行求解,這過程會用到拉普拉斯,在這個過程中,我們發現,我們可以直接跳過列寫微分方程,直接在原來的電路模型上面對于電學器件進行相應的拉普拉斯變化,而且,巧合的是,正好這樣列寫的方程完全符合線性直流電路的求解方法。這就是在電路中使用復頻域分析方法分析暫態響應。
然后,就是一直在說的頻域,復頻域,時域,相量分析方法,通過了前面的說明,我們可以知道,相量分析法,是頻域的特殊的一種(他的頻率不變);對于復頻域分析方法,也就是上面一段,他是頻域的拓展,不僅實現了頻域的表示,可以描述信號的衰減等情況時域,再簡單不過了,剛剛開始的那些。可以說,電路中頻域的介紹是通過相量法進行的,讓我們直接從以時間為變量的信號,直接通過巧妙的轉化(歐拉公式),轉化到了一種特殊的頻域上進行求解,但是對于原件的等效,其實已經設計到了傅里葉變換的范疇,即電學原件在傅里葉變換中的表達形式。又因為可以看到,在后面的學習中,復頻域分析與相量分析的轉化中,我們是直接把s換成了jw,也就是把拉氏變換的反應信號變化的功能進行了簡化,也對應于傅里葉的jw與s域的關系。好吧,,,有點啰嗦了。。上一張圖吧:

最后總結一下,什么時候用相量模型,什么時候用拉普拉斯的復頻域模型呢?
首先,電路的分析中,除了直流穩態分析外(基爾霍夫電壓電流,神馬節點電壓,神馬戴維南等效啥的),有正弦穩態分析(向量法),以及線性電路的暫態響應分析,對于前者我們大家都會,現在對于后者進行一下總結。
對于暫態響應的分析,給人的感覺就是,我要研究的是電流電壓的變化趨勢與變化過程,其中就不免有,衰減震蕩,發散啊,等幅震蕩等出現,上面也已經講到,描述這些過程用復頻域是再好不過的了,神奇的實部;但是對于暫態響應,還有以前的經典算法:三要素算法,卷積積分法(這個是毛線,我個弱逼,百度文庫太多了)。但是疑問的是,是不是所有的暫態響應都可以使用復頻域?呵呵,有些電路太簡單,三要素一看就出來,就不用復頻域啦吧。
我的清明節,獻給了你,艾瑪,好好學數學啊,弄懂了點,感覺真爽。
希望大神看到我哪有理解問題能批評指正,大神們在上,受弱逼一拜
吐一句,,,為毛學校不讓我們學信號與系統。。根本不懂啥是神馬域么,電氣狗的悲哀