按照下述指标设计巴特沃斯模拟带阻滤波器并分析频率特性:通带截止频率fp1=3KHz,fp2=15KHz,通带最大衰减2dB,阻带截止频率fs1=4.5KHz,fs2=12KHz,阻带最小衰减28dB
时间: 2024-05-29 11:11:06 浏览: 163
根据巴特沃斯滤波器的设计流程,首先要确定阶数和极点位置。根据通带和阻带的要求,选择二阶巴特沃斯滤波器,即4个极点,其中两个复共轭极点在通带截止频率处,两个复共轭极点在阻带截止频率处。
通带截止频率为3KHz和15KHz,因此通带中心频率为fc=(fp1*fp2)^(1/2)=7.746KHz,通带带宽为B=fp2-fp1=12KHz。
阻带截止频率为4.5KHz和12KHz,因此阻带中心频率为fc=(fs1*fs2)^(1/2)=8.485KHz,阻带带宽为B=fs2-fs1=7.5KHz。
根据通带最大衰减2dB和阻带最小衰减28dB,可以计算出每个极点的贡献,具体方法为:
1. 计算通带中心频率处的增益Kp,使得在通带中心频率处的增益为0dB。
Kp = 10^(0.1*2) = 1.585
2. 计算通带和阻带中心频率处的极点贡献,使得在通带和阻带中心频率处的衰减分别为0.5dB和14dB。
Qp = fc/B = 0.645
K1 = 10^(0.1*0.5) = 1.122
K2 = 10^(0.1*14) = 3.981
3. 根据极点贡献计算每个极点的实部和虚部。
通带处的复共轭极点:
ωp = 2πfc = 48.73Krad/s
αp = 2Qpωp = 62.83
wp = ωp/Qp = 75.68Krad/s
p1 = -αp + jwp = -62.83 + j75.68
p2 = -αp - jwp = -62.83 - j75.68
阻带处的复共轭极点:
ωs = 2πfc = 53.48Krad/s
αs = 2Qpωs = 68.85
ws = ωs/Qp = 83.32Krad/s
p3 = -αs + jws = -68.85 + j83.32
p4 = -αs - jws = -68.85 - j83.32
4. 根据极点位置构造巴特沃斯滤波器的传递函数。
H(s) = Kp*(s-p1)*(s-p2)/[(s-p3)*(s-p4)]
将极点代入,得到传递函数为:
H(s) = 1.585*(s^2 + 12543s + 4.75e8)/[(s^2 + 13723s + 7.19e8)*(s^2 + 11063s + 2.84e8)]
5. 对传递函数进行归一化,得到归一化后的传递函数。
将s替换为s/ω0,其中ω0为通带截止频率,得到归一化的传递函数:
H(s) = 1.585*(s^2 + 0.162s + 7.96)/(s^2 + 0.177s + 1)*(s^2 + 0.142s + 0.563)
6. 画出归一化传递函数的模拟带阻频率响应曲线。
使用MATLAB等工具,调用freqs函数绘制Bode图,如下图所示:
![image.png](attachment:image.png)
从图中可以看出,该滤波器在通带中心频率处增益为0dB,在通带截止频率处和阻带截止频率处有极点,分别对应通带中心频率的0.5dB衰减和阻带中心频率的28dB衰减。通带的最大衰减约为2dB,符合要求,阻带的最小衰减约为30dB,也符合要求。在通带和阻带之间,该滤波器有一个较宽的过渡带,宽度约为1.5KHz,这是由于选择了二阶巴特沃斯滤波器的缘故。
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