訊號與系統

極點與零點(poles and zeros)

極點與零點是完全定義一個轉移函數的少數幾個特殊複數頻率點——而解讀它們就像看一個系統的手相。零點是讓輸出歸零的 s 值(系統封鎖的頻率);極點是讓輸出趨於無窮的 s 值(系統的自然共振,它想要振盪的地方)。把它們以 ✕(極點)與 ○(零點)畫在複數 s 平面上,你就握有這個系統全部性格的地圖。

這個幾何圖極富預測力。極點離虛軸的距離決定它那部分響應衰減多快(越靠近虛軸=越慢、越遲緩);極點沿虛軸的高度決定它振鈴的頻率。極點落在左半平面代表系統穩定、會安定下來;極點越界到右半平面則代表不穩定——輸出爆炸發散。光憑這一張圖,工程師就能靠著實際拖動極點與零點到新位置,來設計濾波器與調校控制迴路。

從極點座標讀出衰減速率與振鈴頻率

對離散時間系統(z 變換)而言,穩定的邊界不是虛軸,而是單位圓:極點必須落在 |z| = 1 之內。一個極點與一個零點重疊時會相互抵消,這也是化簡轉移函數的方法。

又称
pole-zero plot極零點