模拟滤波器和数字滤波器的区别
数字滤波器用于离散系统;模拟滤波器用于连续时间系统，也可以用在离散时间系统中，比如SC(开关电容)滤波器。
?数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实现。
?模拟滤波器有有源和无源的，有源滤波器主要是有运放，或者跨到运放，及电阻，电容构成。无源的滤波器主要是R,L,C构成。模拟滤波器会有电压漂移、温度漂移和噪声等问题，而数字滤波器不存在这些问题，因而可以达到很高的稳定度和精度。
?从实现手段上看，模拟滤波器一般用电容，电感这些模拟器件搭建的，数字滤波器可以通过软件或者数字芯片来实现。模拟滤波器参数改变时要更换电容、电感，很麻烦。数字滤波器参数改变时有时只需要修改一下系数就可以做到了(如软件实现时)。
?从技术指标上看，举个例子模拟滤波器要达到-60dB就非常困难了，而数字滤波器可以比较容易地达到这个指标。
?沟通模拟和数字滤波器的桥梁我觉得是采样定理。一般是将模拟信号x(t)
数字信号处理实验 第十次实验 实验名称：模拟原型滤波器的设计 学生班级：电信 学生姓名： 学生学号： 指导教师： zgx
一、实验目的 （1）加深对模拟滤波器基本类型、特点和主要设计指标的了解（2）掌握模拟低通滤波器原型的设计方法 （3）学习MATLAB语言有关模拟原型滤波器设计的子函数的使用方法 二、实验原理 输入信号和输出信号均为连续时间信号，冲击响应也是连续的滤波器，成为模拟滤波器。 模拟滤波器从功能上可以分为低通、高通、带通、带阻以及全通滤波器。 实际使用中理想滤波器是不可能实现的，必须设计一个因果可实现的滤波器去逼近。通常通带和阻带都允许存在一定误差容限，即通带不一定完全水平，阻带也不一定绝对衰减到零。在通带和阻带之间允许存在一定宽度的过渡带。 三、实验任务 设计一个模拟原型低通滤波器，通带截止频率fp=6kHz，通带最大衰减Rp≦1dB，阻带截止频率fs=15kHz，阻带最小衰减As≧30dB。 要求：分别实现符合以上指标的巴特沃斯滤波器、切比雪夫一型滤波器、切比雪夫二型滤波器、椭圆滤波器，绘制幅频特性和相频特性曲线、零极点分布图，并列写传递函数表达式。
四、实验过程和结果 1.巴特沃斯滤波器： 程序清单： 得到输出：
所以 1 s 2361.3s 2361.5s 2361.5s 2361.3s 1 )s (H 02 0304050+++++= 且所求曲线：
2.切比雪夫一型滤波器：程序清单：
得到数据： 所以传递函数表达式为： 27563 .0s 74262.0s 4539.1s 95281.0s 1 )s (H 02 03040++++= 所求曲线图形：
东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室
数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f
根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到
变换模拟滤波器为数字滤波器的设计 摘要：经过研究AF(模拟滤波器)和DF(数字滤波器)的设计，根据差分近似微分，推导出一种将模拟滤波器设计为数字滤波器的变换方法，并用双线性变换来实现这个设计，结果表明该方法具有结构简单，精确和易于实现的优点。 关键字：模拟滤波器；数字滤波器；双线性变换 Abstract: through research AF (simulation filter) and DF (digital filters) the design, according to difference approximate differential is deduced, and a simulation for digital filters filter the transform method, double linear transformation and to achieve the design, and the results show that the method is simple in structure, accurate and easy to realize advantages. Key word: simulation filter; Digital filter; Double linear transformation 0.引言 数字滤波器是数字信号处理所需要的一种重要方法，它可以在各种各样交织的信号里提取我们所需要的有用信号，从而虑除掉干扰信号、噪声信号以及其他不需要的信号[4]。数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。 1.设计原理 应用模拟滤波器设计数字滤波器时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换，由于一个模拟系统可以用微分方程来表示，所以先微分方程进行拉氏变换，求出相应的系统函数，然后对原微分方程进行采样，而数字滤波器输入信号的抽样频率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，最后利用公式将转化成，通过相应的数字频率和模拟频率之间的关系式进行频率转换，从而完成由AF设计DF[2]。设计流程图如下： 2.应用实例 为了设计出满足要求的高通滤波器，这里分别设计了模拟滤波器和数字滤波器，并且比较幅频响应特性，来验证该变换方法是否满足基本要求，具体的方法
目录 摘要................................................................................................................................................. I ABSTRACT.............................................................................................................................. II 1绪论 (1) 1.1 滤波器的应用 (1) 1.2滤波器的发展现状 (1) 2模拟滤波器设计 (3) 2.1低通滤波器设计 (3) 2.1.1巴特沃思型低通滤波器设计 (3) 2.1.2切比雪夫型低通滤波器设计 (5) 2.2高通滤波器设计 (8) 2.2.1巴特沃思型高通滤波器设计 (8) 2.3带通滤波器设计 (10) 2.3.1切比雪夫型带通滤波器设计 (13) 2.4 带阻滤波器设计 (15) 2.4.1巴特沃思型带阻滤波器设计 (16) 3数字滤波器设计 (19) 3.1数字滤波器概述 (20) 3.1.1数字滤波器的基本结构 (21) 3.1.2数字滤波器的设计原理 (24) 3.2有限冲激响应滤波器设计 (25) 3.3无限冲激响应滤波器设计 (27) 4模拟滤波器与数字滤波器比较 (28) 4.1模拟滤波器和数字滤波器优缺点 (28) 4.2模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
常见几款的无源滤波电路 无源滤波器缺点：带负载能力差，无放大作用，特性不理想边沿不陡峭，各级互相影响。 RC滤波1，C值的选取：C不能选的太小，否则负载电容对滤波电路的影响很大，一般IC的输入电容往往有l~lOpF的输入电容。C值选的太大，则会影响滤波电路的高频特性，因为大电容的高频特性一般都不好。 2，R值的选取：R值过小会加大电源的负载，R值过大则会消耗较多的能量。 RC滤波电路的最大缺陷就是他不仅消耗我们希望抑制的信号能量，而目也消耗我们希望保留的信号能量。另外由于受电容高频特性的限制也不能用在太高频的场合，例如数MHz 以上需要用LC滤波器。 1. 电容滤波电路 电容滤波电路 分析电容滤波电路工作原理时，主要是用到了电容器的隔直通交特性和储能特性。前面整流电路输出的脉动性直流电压可分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电，交流电压部分就会从电容器流过到地，而直流电压部分却因电容器的通交隔直特性而不能接地才流到下一级电路。这样电容器就把原单向脉动性直流电压中的交流部分的滤去掉了。 另外电容滤波电路也可以用电容储能特性来解释，当单向脉动直流电压处于高峰值时电容就充电，而当处于低峰值电压时就放电，这样把高峰值电压存储起来到低峰值电压处再释放。把高低不平的单向脉动性直流电压转换成比较平滑的直流电压。 滤波电容的容量通常比较大，并且往往是整机电路中容量最大的一只电容器。滤波电容的容量大，滤波效果好。电容滤波电路是各种滤波电路中最常用一种。 电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。 1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少（1/jwc），但由于电容两端引脚的电感效应，这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路，自谐振频率即器件的SFR参数，这表示频率大于SFR值时，电容变成了一个电感，如果电容对地滤波，当频率超出FSR后，对
1、模拟滤波器设计流程 模拟滤波器设计流程——（一）基本概念 预备知识 基本的电子电路常识，信号与系统中的频域，零极点，传递函数，拉普拉施变换等概念。 一．模拟滤波器分类 由于知识所限，这里我们只谈谈模拟滤波器。从频域上可以划分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器和全通滤波器等。 这种划分方式便于做系统模型分析。而按照应用来划分不外乎就是滤波，均衡，延时等。按照应用来划分的方式不是很容易说清楚，因 此我们还是应当将应用指标要求对应到不同的滤波器类型上面。 二．设计模拟滤波器 怎样设计？需要指标要求，而指标的获得应该是从系统划分开始。对于滤波器的性能指标要求，系统往往会给出一个底线。 系统仿真在这一步尤为关键，系统仿真不仅可以给出滤波器的指标，也可以验证不同类型滤波器对性能的影响。如果能够使用matlab 作为仿真工具，这一步就会变得很简单，simulink提供了不同类型滤波器的model，直接调用就可以了。当然，如果你对各种类型滤 波器的优缺点非常了解，那就很容易确定适合的滤波器类型了，后面的事就是具体的电路实现，这里不再详述。不过能够做一下系统仿 真要更保险一点，毕竟在后期电路实现的时候还会出现很多非理想因素，如果前期能购通过系统仿真为各个模块指标留出足够的裕量， 这是是很明智的。 三．模拟滤波器类型 上面说的是如何选择滤波器的方法，那么各种类型的滤波器在指标和性能上又有什么区别呢？第一步，我们首先要了解滤波器的关键指 标有哪些.。 性能指标包括两方面的内容：频域上我们关心的是截止频率fc，3dB带宽BW，中心频率f0，带外抑制度（阻带衰减），通频带纹波等； 时域上有冲激响应，阶越响应，群时延等等。不同类型的滤波器性能优缺点就表现为其中的几项。应用的需求可以直接反映为对截止频率，阻带频率，抑制度，以及时延等特性的要求。 预告：后面准备用一个贴对各种类型的滤波器特性做简单的总结和介绍，和滤波器选择方法；再用一个贴介绍我做过的一个滤波器设计 流程。敬请关注! 模拟滤波器设计流程——（二）分类 滤波器设计（on chip）可能算是我这几年工作接触最多的一个方向了。然而到现在我还是觉得很难去给出一个模拟滤波器的基本概括，因为感觉其中涉及的东西太多，自己了解的东西还是太肤浅。 最开始做滤波器的时候比较盲目，领导分配了指标却不知道从何处入手，只能找些参考资料来看看。关于模拟滤波器的分类这一话题，不同的资料有不同的说法，不知道该信谁的，也不知道究竟应该怎样去理解书中的知识，简单概括一下就是“抓瞎”。滤波器的类型，阶次，拓扑结构等等概念经常是混淆不清。当时很多电路感觉都是硬着头皮在做的，好在都还没出什么问题。做多了几次，有些觉悟了，问题还是很多，但对于滤波器也有了点自己的理解方式。 从我的观点来看，理解滤波器的分类首先具备基本的系统设计与信号处理知识。这两个背景知识对于理解滤波器相关概念和设计方法也是非常重要的 书本上经常提到的那些滤波器不外乎有源，无源，低通，高通，带通，带阻等等。有源与无源之分，无非就是看滤波器有无电源供电；而低通，高通等等分类方法，则是根据有用信号所占据的频段来划分的，信号的频段决定了你所选择的滤波器究竟是低通还是高通海市别的什么。 我们常常看到诸如butterworth型，chebychev型等滤波器，关于这种分类方式，以我的理解来看，指的是滤波器的零极点位置；不同的零极点位置决定了滤波器在带外抑制度，（带内/带外）纹波，幅频/相频特性，以及群时延等性能指标。当然掌握这些滤波器的基本特点有利于我们设计电路的时候选择合适的类型。对于不同类型的滤波器，其极点个数
%IIR滤波器设计 %首先确定 %通带和阻带截止频率Wp Ws rad/s此截至频率对应下面的最大衰减与最小衰减，不要与三分贝点弄混了 %通带最大衰减与阻带最小衰减Rp Rs dB %现在设计通带截止频率10HZ通带最大衰减2dB阻带截止频率20HZ阻带最小衰减12dB的 %模拟滤波器然后将其转化为一个数字滤波器 %转化分为两种方法 %1.脉冲响应不变该法设计出的滤波器幅频特性更接近于模拟滤波器 %2.双线性法抗混叠性能更好 fp=10;fs=20; Rp=2;Rs=12; Wp=2*pi*fp;Ws=2*pi*fs; [N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s')%注意此时为模拟滤波器 fn=Wn/(2*pi); [z0,p0,k0]=buttap(N);%注意此时是归一化的buttord %相当于去归一化以Wn做因子进行扩展 z0=Wn*z0;%零点 p0=Wn*p0;%极点 k0=Wn^N*k0;%增益 b=real(poly(z0)); b=b*k0; a=real(poly(p0));%a为直接分母系数，b为直接分子系数 [H,w]=freqs(b,a);%系统频率特性 f=w./(2*pi); figure(1) subplot(311) plot(f,20*log10(abs(H)/max(abs(H)))); title('幅频特性曲线'); xlabel('f:HZ');ylabel('abs(H)/max(abs(H)'); grid %脉冲响应不变法 %数字频率转化即为模拟频率在折叠频率内的归一化 %通带和阻带截止频率Wp Ws rad/s %Wn为3dB截止频率 d1Wp=Wp/100; d1Ws=Ws/100; w1n=Wn/100; %脉冲响应不变
经典 无源低通滤波器的设计
团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 目录 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3) 1.1理论分析 (3) 1.2电路组成 (4) 1.3一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5) 1.3.1正弦信号源仿真与实测 (5) 1.3.2三角信号源仿真与实测 (10) 1.3.3方波信号源仿真与实测 (15) 第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21) 2.1理论分析 (21) 2.2电路组成 (22) 2.3二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23) 2.3.1正弦信号源仿真与实测 (23) 2.3.2三角信号源仿真与实测 (28)
2.3.3方波信号源仿真与实测 (33) 第三章结论与误差分析 (39) 3.1结论 (39) 3.2误差分析 (40) 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析 滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。 低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。 图1RC低通滤波器基本原理图 当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。当输入
频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。此时的频率为滤波器的特征频率fc。 解出，得： 在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为： 因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为： 这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。按照定义，此时的频率称为特征频率。 1.2电路组成
MATLAB模拟与仿真数字低通滤波器 电子信息科学与技术专业学生田莎莎 指导老师孙红艳 摘要：数字滤波器因其具有精度高、可靠性好、灵活性大等优点而在工程上应用相当广泛。而MATLAB语言具有编程效率高，调试手段丰富，扩充能力强等特点，因此用MATLAB设计数字低通滤波器更方便。本文首先介绍了MA TLAB的发展、特点和主要功能，其次介绍了FIR滤波器原理、滤波器类型，IIR滤波器原理、经典设计方法。最后介绍了FIR和IIR滤波器的MA TLAB仿真。关键词：数字低通滤波器；数字滤波器；FIR；IIR；MA TLAB Simulation and Design of Low Pass Filter Based On MATLAB Student majoring in Electronic Information Science and Technology Tian Sha-sha Tutor Sun Hong-yan Abstract：The digital filter is quite extensive in engineering application because of its high precision, good reliability and flexibility. MATLAB is a kind of language which facing the science and engineering calculation. Its characteristic is high efficiency, commissioning means programming rich, strong ability to extend and so on.Therefor ,it is convenient to design the digital low pass filter based on MATLAB.This paper introduces finite impulse response digital filter (FIR) and infinite impulse response digital filter (IIR) respectively.It mainly introduces that the FIR digital filter types and MA TLAB programming design,IIR digital filter theory and simulation using MA TLAB. Key words: low pass digital filter；digital filter；FIR；IIR；MATLAB 引言当代信息技术正向着数字化、网络化和智能化的大趋势发展，而数字化是网络化和智能化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如控制信号、气象信号、生物医学信号、地震勘探信号、遥感遥测信号、机械振动信号、广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号，等等。上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量连续的函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。绝大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，通过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号就称为一维数字信号。因此，实际上用数字序列表示的信号就是数字信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变
信息科学与工程学院综合性实验报告 姓名：学号 班级： 实验项目名称： IIR模拟低通滤波器设计 实验项目性质：设计性实验 实验所属课程：数字信号处理 实验室(中心)： 指导教师： 实验完成时间：年月日
一、实验目的 1、加深对无限冲激响应IIR 滤波器的常用指标和设计过程的理解。 2、学会用冲激响应不变法把模拟滤波器设计成数字滤波器。 3、进一步掌握matlab 在数字信号处理中的应用，以便以后的学习。 二、实验内容及要求 实验内容：要求按照设计指标设计无限冲激响应IIR 巴特沃什模拟低通 滤波器。 实验要求：必须掌握IIR 巴特沃什模拟低通滤波器的各个指标代表的含义，搞清 楚次实验的原理，有可能的话，用冲激响应不变法把模拟滤波器设计成数字滤波器。 三、实验原理 1、低通滤波器的技术要求用图形表示如下： 1
如上图表示了一个频域设计、一维低通滤波器的技术要求图。 和 分别称为通带截止频率和阻带截止频率。通带频率范围为 ，阻带频率范围为 。从 到 称为过渡带，用 表示，在过渡带里，幅频特性单调下降。在通带和阻带内的衰减一般用数 dB 表示。 通带内允许最大衰减是 ，阻带内允许最小衰减是 ，定义分别为： 2、 M atlab 信号处理工具箱中提供了设计巴特沃思模拟滤波器的函数buttord 、 buttap 和butter ，格式如下： [,](,,,,C P S P S N W buttord W W R R s ='') 用于计算巴特沃思模拟低通滤波器的阶N 和3dB 截止频率Wc (即本书中的符号c Ω)。其中，Wp 和Ws 分别是滤波器的通带截止频率p Ω和阻止截止频率s Ω，单位为rad/s ；Rp 和Rs 分别是通带最大衰减系数p α和阻带最小衰减系数s α，单位为dB 。 [,,]()z p G buttap N = 用于计算N 阶巴特沃思归一化（c Ω=1）模拟低通滤波器系统函数的零、极点和增益因子，返回长度为N 的向量z 和p 分别给出N 个零点和极点，G 是滤波器增益。得 到的滤波器系统函数形式如下： 1212()()() () ()()()() () a N a a N Q s s z s z s z H s G P s s p s p s p ---= =--- 其中，k z 和k p 分别是向量z 和p 的第k 个元素。如果要从零、极点得到系统函数的分子和分母多项式系数向量B 和A ，可以调用结构转换函数。（实验中没有用到） [,]2(,,)B A zp tf z p G =，结构转换后系统函数的形式为 111111()()()M M M a N N N b s b s b B s H s A s a s a s a ----+ ++== + ++ 其中，M 是向量B 的长度，N 是向量A 的长度，k k b a 和分别是向量B 和A 的第k 个元素。 （3）[,](,,,)C B A butter N W ftype s ='''' p ωs ωp 0ωω≤≤s πωω≤≤p ωs ωω?p αs α p j0 p j (e )20lg (e ) H H ωα=s j0 s j (e )20lg (e ) H H ωα=
DSP 设计滤波器报告 姓名：张胜男 班级：07级电信（1）班 学号：078319120 一·低通滤波器的设计 （一）实验目的：掌握IIR 数字低通滤波器的设计方法。 （二）实验原理： 1、滤波器的分类 滤波器分两大类：经典滤波器和现代滤波器。 经典滤波器是假定输入信号)(n x 中的有用成分和希望取出的成分各自占有不同的频带。这样，当)(n x 通过一个线性系统（即滤波器）后可讲欲去除的成分有效的去除。 现代滤波器理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录（又称时间序列）中估计出信号的某些特征或信号本身。 经典滤波器分为低通、高通、带通、带阻滤波器。每一种又有模拟滤波器（AF ）和数字滤波器（DF ）。对数字滤波器，又有IIR 滤波器和FIR 滤波器。 IIR DF 的转移函数是： ∑∑=-=-+==N k k k M r r r z a z b z X z Y z H 10 1)()()( FIR DF 的转移函数是： ∑-=-=10)()(N n n z n h z H FIR 滤波器可以对给定的频率特性直接进行设计，而IIR 滤波器目前最通用的方法是利用已经很成熟的模拟滤波器的设计方法进行设计。 2、滤波器的技术要求 低通滤波器： p ω：通带截止频率（又称通带上限频率） s ω：阻带下限截止频率 p α：通带允许的最大衰减 s α：阻带允许的最小衰减 （p α，s α的单位dB ） p Ω：通带上限角频率 s Ω：阻带下限角频率 （s p p T ω=Ω，s s s T ω=Ω）即 C p p F ωπ2=Ω C s s F ωπ2=Ω 3、IIR 数字滤波器的设计步骤：
本科生毕业论文设计 题目模拟低通滤波器转换为数字高通滤波器 作者姓名刘金星 指导教师于红 所在学院职业技术学院 专业（系）应用电子技术教育 班级（届） 2013届 完成日期 2013 年月日
目录 中文摘要、关键词 (Ⅰ) 英文摘要、关键词 (Ⅱ) 第1章滤波器概述 (1) 1.1滤波器简介............... (错误！未定义书签。) 1.2我国滤波器的发展概况及现状(错误！未定义书签。) 1.3 滤波器的分类............. (错误！未定义书签。) 1.4模拟滤波器与数字滤波器比较及各自优缺点(错误！未定义书签。) 1.5设计的主要任务 (3) 第2章各种滤波器的基本特性以及作用 (6) 2.1 各种滤波器的幅频特性 (6) 2.2 各种滤波器的作用 (7) 2.2.1低通滤波器（LPF） (7) 2.2.2高通滤波器（HPF） (9) 第3章课题设计原理 (4) 3.1简单模拟低通滤波器的设计指标 (4) 3.2两种不同实现转变的设计方法简介 (4) 3.3双线性变换法的优点 (5) 第4章电路参数计算以及Matlab软件介绍 (12) 4.1电路参数的计算 (12) 4.2仿真软件MatlabR2010a的介绍与演示 (12) 第5章巴特沃斯滤波器仿真以及最终结果仿真.....（） 5.2.1巴特沃斯低通滤波器仿真(错误！未定义书签。2) 5.2.2数字高通滤波器的仿真.. (错误！未定义书签。4) 第6章总结 (17)
致谢 ....................... (错误！未定义书签。8) 参考文献 (19)
数字滤波器与模拟滤波 器设计比较 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
目录 摘要................................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................... II 1绪论.. (1) 滤波器的应用 (1) 滤波器的发展现状 (1) 2 模拟滤波器设计 (3) 低通滤波器设计 (3) 巴特沃思型低通滤波器设计 (3) 切比雪夫型低通滤波器设计 (5) 高通滤波器设计 (8) 巴特沃思型高通滤波器设计 (8) 带通滤波器设计 (10) 切比雪夫型带通滤波器设计 (13) 带阻滤波器设计 (15) 巴特沃思型带阻滤波器设计 (16) 3 数字滤波器设计 (19) 数字滤波器概述 (19) 数字滤波器的基本结构 (21) 数字滤波器的设计原理 (24) 有限冲激响应滤波器设计 (25) 无限冲激响应滤波器设计 (27) 4 模拟滤波器与数字滤波器比较 (28) 模拟滤波器和数字滤波器优缺点 (28) 模拟滤波器与数字滤波器比较 (28)
长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
数字电子技术课程设计任务书(11)系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一．无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二．无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三．设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四．设计心得与体会 (15) 五．参考文献 (15)
一．无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。 2.无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 （1）1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 （2）20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 （3）自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展； （4）到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 （5）80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 （6）90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。
1 课程设计目的 1．掌握有源滤波器和无源滤波器设计方法和过程。 2．要求设计一个有源二阶的低通滤波器，其设计指标为：最高截止频率为2KHz ，通带电压放大倍数为2，在频率为10KHz 时，幅度衰减大于30dB 。 3．熟练运用仿真软件（workbench 或multisim ）设计和仿真电路。 4．对其设计电路进行仿真并利用相应元件搭建电路。 5．结合现有仪器仪表进行系统调试。 6．掌握理论联系实践的方法。 2 课程设计实施 2.1 设计任务及要求 要求设计一个有源二阶的低通滤波器，其设计指标为：最高截止频率为2KHz ，通带电压放大倍数为2，在频率为10KHz 时，幅度衰减大于30dB 。 2.2 滤波器的设计原理及元器件的选择 2.2.1 滤波器介绍 滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。 低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零，但实际滤波器不能达到理想要求。为了寻找最佳的近似理想特性，一般主要考虑滤波器的幅频响应，而不考虑相频响应，一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。 滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC 网络节数越多，元件参数计算就会越繁琐，电路的调试越困难，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成，而对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由 2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1 n 节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。 2.2.2 有源滤波器的设计 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n ，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下： （1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n 。 （2）选择具体的电路形式。
二阶RC无源低通滤波器仿真 一、Multism仿真 （1）仿真电路图 （2）仿真结果 二、MATLAB仿真及实验数据 （1）实验数据 A、无源 频率（kHz） 1 1.3 1.4 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.6 电压（V）0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 频率（kHz） 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.3 3.4 3.5 3.6 3.8 3.9 4.0 电压（V）0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60 0.59 0.58 0.57 0.56 0.55 B、有源 频率（kHz） 1.0 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 电压（V）0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 频率（kHz） 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 电压（V）0.93 0.92 0.91 0.89 0.87 0.86 频率（kHz） 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
电压（V）0.84 0.82 0.80 0.78 0.75 0.73 频率（kHz） 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 电压（V）0.71 0.69 0.66 0.64 0.62 0.60 频率（kHz） 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 电压（V）0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 0.48 频率（kHz） 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 电压（V）0.46 0.45 0.43 0.42 0.40 （2）仿真图形
模拟低通滤波器设计 模拟低通滤波器指标： 由参数A p 、A s 、Ωs （阻带截止频率），和Ωp(通带截止频率)给出 (Ωs=2πfs Ωp=2πfp ) 设计目标：确定滤波器阶次N 和截止频率Ωc 。 要求： （1） 在 Ω=Ωp ，-10lg|H a(j Ω)|2=A p, 或 （2） 在Ω=Ωs ，-10lg|H a(j Ω)|2=A s, 或 解出N ： （N 四舍五入） 为了在Ωp 精确地满足指标要求， 要求： 或者在Ωs 精确地满足指标要求，要求： 巴特沃斯滤波器的设计: 巴特沃斯低通滤波器幅度平方函数定义为 式中，N 为正整数，代表滤波器的阶数。 注： 巴特沃斯低通滤波器在通带内有最大平坦的幅度特性。随着Ω由0增大，|H a(j Ω)|2单调减小，N 越大，通带内特性越平坦，过渡带越窄。 在幅度平方函数式中代入Ω=s/j, 可得 H a(s )H a(-s )的极点为 k =1, 2, …, 2N ?? ??????ΩΩ+-=N c p p A 2)/(11 lg 10? ?????ΩΩ+-=N c s s A 2)/(11 lg 10[ ]??? ? ?? ??ΩΩ--=)/lg(2) 110/()110(lg 10/10/s p A A s p N c ΩΩ= c ΩΩ=N c a j H 22 )/(11|)(|ΩΩ+=ΩN c a a j s s H s H 211)()(??? ? ??Ω +=-π?? ????-+Ω=Ω-=N k j c c N k e j s 2122121 )()1 (
为形成稳定的滤波器，H a(s )H a(-s )的2N 个极点中只取S 左半平面的N 个极点为H a(s )的极点，而右半平面的N 个极点构成H a(-s )的极点。 H a(s )的表示式为 【例 1】 设计一个模拟低通巴特沃斯滤波器，指标如下： (1) 通带截止频率：Ωp=0.2π；通带最大衰减：A p=7 dB 。 (2) 阻带截止频率：Ωs=0.3π；阻带最小衰减：A s=16dB 。 解： 由Ωp ，得 ： 由Ωs ，得： 在上面两个Ωc 之间选Ωc=0.5。 最后可得（级联型） ： 【例 2】导出三阶（N =3）巴特沃斯模拟低通滤波器的系统函数。 设Ωc ＝2 rad/s 。 【解】 幅度平方函数是 令Ω2=-s 2即s =j Ω，则有 各极点: k =1, 2, …, 6 由s 1, s 2, s 3三个极点构成的系统函数为 : ∏=-Ω=N k k N c a s s s H 1 ) ()(??3 79.2)3.0/2.0lg(2)]110/()110lg[(6.17.0==??? ???--=ππN 4985.01 10 2.06 7 .0=-=π c Q 5122 .01 10 3.06 6 .1=-=π c Q ) 25.05.0)(5.0(125 .0)(2 +++=s s s s H a 6 2 ) 2/(11 |)(|Ω+= Ωj H ) 2/(11 )()(6 6s s H s H a a -=-π??? ???-+=612212k j k e s 3 12223 12312223123 160 53 543 4323 21j e s e s j e s j e s e s j e s j j j j j j +====-==--==-==+-==ππππ π3 1233 2 ()()()()8 1488 c a H s s s s s s s s s c Ω= ---= +++
数字滤波器的一般概念 滤波器可广义地理解为一个信号选择系统。它让某些信号成分通过又阻止或衰减另一些成分。在更多地情况下，被窄义地理解为选频系统，如低通、高通、带通、带阻。频域与时域均衡器也是一种滤波器，通信系统的传输媒介如明线、电缆等从特性看也是滤波器。滤波器如系统一样可分为三类：模拟滤波器、采样滤波器和数字滤波器.模拟滤波器（AF）可以是由RLC构成的无源滤波器，也可以是加上运放的有源滤波器，它们是连续时间系统。采样滤波器（SF）由电阻、电容、电荷转移器件、运放等组成，属于离散时间系统，其幅度是连续的。开关电容滤波器、电荷耦合滤波器军属这类滤波器。数字滤波器（DF）由加法器、乘法器、存储延迟单元、时钟脉冲滤波器及逻辑单元等数字电路构成。它精度高，稳定性好，不存在阻抗匹配问题，可以时分复用，能够完成一些模拟滤波器完成不了的滤波任务。其缺点是需要抽样、量化、编码，以及手时钟频率所限，所能处理的信号最高频率还不够高。另外，由于有限字长效应会造成域设计值的频率偏差、量化和运算噪声及极限环振荡。 本章讨论的是数字滤波器。 5.1.1 数字滤波器的分类 下面从各种不同角度对数字滤波器分类： 1.按冲激响应h(n)的长度分类 分为有限冲激响应（FIR）DF和无限冲激响应（IIR）DF两种。冲 激响应本来是用于模拟系统，指系统对冲激函数δ（t）的响应。 发展到数字滤波器后，工程上仍沿用这个名称，与单位抽样响应和 单位脉冲响应的说法通用。 FFR DF的冲激响应h(n)为有限长序列，其差分方程为 y(n)= (5.1) 系统函数为 H(z)= (5.2) IIR DF 的冲激响应h(n)为无限长序列，其差分方程为
无源滤波器的设计及仿真研究 摘要由于大量非线性电力负荷的增加，给电网的正常运行带来了功率因数降低、电磁干扰和谐波污染的问题。功率因数过低，将会导致大量的电能浪费、设备利用率降低和电压偏差过大等；谐波电流的存在，则会引起波形畸变、电力设备基波负载容量下降和电力装置产生谐振等严重问题，有的电力系统甚至引起电力设备损坏事故。文章介绍了无功补偿的必要性以及谐波的产生与危害性，指出无功补偿和谐波治理装置的现状，并结合具体案例做出了相关分析。 关键词：电网无功补偿谐波治理
引言 随着全球工业化进程的不断加快。对地球环境的污染和破坏也空前加剧。为此，在全世界范围内掀起了环境保护的高潮。当今时代是高度强调环境保护和生态保护的时代，这是全球全人类和全社会的共识。电力系统也面临着污染，公用电网中的谐波电流和谐波电压就是对电网环境最严重的一种污染。 电力电子装置就是公用电网中最主要的谐波源，随着电力电子装置的应用日益广泛。电网中的谐波污染也日趋严重。电网谐波对电气设备的正常运行危害很大，它可导致电容器过流损坏，电动机力矩不稳，继电保护装置误动作，计算机等敏感电器发生功能错误。 本文的内容安排如下：第一部分介绍了本课题的研究背景，无功补偿和谐波治理的意义以及无功补偿装置与谐波治理装置的现状。第二部分介绍了无源滤波器的设计方法。第三部分结合工程实际，给出了某大型冶金企业谐波治理与无功补偿的两种方案，并对其中一种方案进行了仿真。最后，针对两种方案比较其优劣。
第一章无功补偿与谐波治理的意义和现状 无功补偿和谐波治理是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、电工理论等领域的重大课题，由于电力电子装置应用日益广泛，谐波和无功问题引起人们越来越多的关注。同时，也由于电力电子技术的飞速进步，在谐波治理和无功补偿方面也取得了一些突破性的进展。 一、无功补偿与谐波治理的意义 无功补偿与谐波治理都与供电系统的电能质量密切相关。谐波治理本身就属于改善电能质量的范畴，而无功补偿装置在补偿负荷或系统无功功率的同时也直接调节了系统电压，在一些枢纽变电站利用电力电容器和相控电抗器及现代电力电子控制技术组成的静止无功补偿器（SVC）直接作为电压调控的手段，由于其响应迅速调控精准，工程应用十分满意。由此可见无功补偿也对电能质量的提高有着直接积极的意义。 （1）电能质量的现状 电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电，并且在三相交流系统中，各相电压电流的幅值应大小相等、相位对称。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变、调控手段不完善等因素使这种理想的状态并不存在，由此产生了电能质量问题。电能质量包括供电电压质量、供电频率质量、供电电流质量。 其中，电压和频率均由电源进行控制，目前我国在发电和传输系统均进行了严格的控制，在电能的传输与使用过程中能够达到标准要求，而公用电网谐波属于双向传输污染，既可以由电源传递给电能用户，也可由电能用户传递到公用电网。随着我国经济建设和科学技术的发展，非线性用电设备的种类、数量和用电量正在迅猛增加，自上世纪90年代中后期，我国电网开始遭遇并迅速面临同发达国家的谐波污染问题，谐波问题由此成为电能质量中最为引人关注问题。目前研究和解决电能质量问题已成为电力发展的当务之急。主要的研究方向有以下几点： a)研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取的相应对策。 b)研究谐波对电力计量装置的影响并采取相应的措施。 c)研究电能质量污染对高新技术企业的影响并应采取的相应的技术手段。 d)加强电能质量控制装置的研制。 我国电能质量控制与治理技术在国家相关标准颁布之后已经取得一定成效，