模拟低通滤波器转换为数字高通滤波器资料Word格式.docx

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英文摘要、关键词（Ⅱ）

第1章滤波器概述..............................

（1）

1.1滤波器简介

（1）

1.2我国滤波器的发展概况及现状

（1）

1.3滤波器的分类

（2）

1.4模拟滤波器与数字滤波器比较及各自优缺点

（2）

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（12）

5.2.2数字高通滤波器的仿真（14）

第6章总结（17）

致谢（18）

参考文献（19）

模拟低通滤波器转换为数字高通滤波器

职业技术学院应用电子技术教育

指导教师：

于红

作者：

刘金星

摘要：

滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。

当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内时，可使用滤波器有效的抑制干扰。

滤波器从一开始被创造以来，是基于模拟系统并应用于模拟系统的，但随着科技的进步，知识的不断更迭，越来越多的人发现模拟滤波器暴露出许多的缺点。

更重要的是，模拟滤波器，一旦电路参数改变，电路也要做相应的改变。

而数字滤波器正是为了克服以上这些缺点而诞生的，即使电路参数改变，只需改变写入数字滤波器的程序就可实现电路的要求，而不必更换电路。

但是，单纯的数字滤波器很难实现，于是，人们想出来在模拟滤波器的基础上进行改进，从而实现了模拟滤波器向数字滤波器的转变。

课题采用Matlab软件仿真实现各部分性能结果的分析，Matlab是用于图形处理的一种仿真工具，为各种图形创造的实现创造了条件，且仿真功能强大。

关键词：

滤波器Matlab软件

Abstract：

Thefunctionofthefilteristomakecertainfrequencyrangeofsignalthrough,andthefrequencyofthesignalbeyondcurbedortheirsharpattenuation.Whenthedisturbancesignalandtheusefulsignalisnotthesamefrequencyrange,canusethefiltertosuppresstheinterferenceeffectively.Filter，fromthebeginning,sincebeingcreated,wasbasedonthesimulationsystemandappliedtotheanalogsystem,butwiththedevelopmentoftechnology,constantchangesinknowledge,moreandmorepeoplefindthatanalogfilterhasexposedmanyshortcomings.What’smore,oncecircuitparameterschange,thecircuitcanalsodotheappropriatechanges.Digitalfilterisinventedforthesakeofovercomingtheseshortcomings.Itcanbeachievedevenifthecircuitparameterschange,byjustchangingtheprogrameverwrotetoit,withouthavingtoreplacethecircuit.However,whenasimpledigitalfilterisdifficulttobeachieved,peoplehavesomeimprovementsonthebasisoftheanalogfilter,thenfinishingthetransitionoftheanalogfiltertodigitalfilter.

SubjectadoptsMatlabsoftwaresimulationanalysisresultsofeachpartoftheperformance,Matlabisasimulationtoolwhosefunctionsissostrongforgraphicsprocessing,forcreatingtheconditionsforavarietyofgraphicsperformance.

Keywords:

filterMatlabsoftware

第1章滤波器概述

1.1滤波器简介

滤波器早被公认为各种电子产品的重要部件，其主要功能是作为各种电信号的提取、分隔、抑止干扰，随着电子技术的飞速发展，电子产品的应用领域发生日新月异的变化：

从家用的收音机、电视机到航天用的测控设备；

从矿井用的通信机到巡航导弹；

从超市用的报警器到日常生活的手机，由于电子产品门类及使用频段的不断扩展，各种电子设备之间的干扰也日趋严重，因而滤波器不但是确保电子产品本身正常可靠工作的重要部件，而且是减少相互影响、确保正常工作环境的重要器件，因而，可以毫不夸张地说，在具有特定功能的电子产品中均有滤波器的踪迹可寻。

1.2我国滤波器的发展概况以及现状

1917年德国和美国科学家分别发明了LC滤波器，次年便出现了美国第一个多路复用系统。

20世纪50年代中无源滤波器的发展日趋成熟。

自60年代起随着计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展登上了一个新的台阶，并且朝着低功耗、小体积、高精度、多功能、性能稳定和价廉方向发展，其中小体积、高精度、多功能、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，进而导致开关电容滤波器、RC有源滤波器、数字滤波器和电荷转移器等各种滤波器飞速发展，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投入到应用中。

80年代，为了提高电路性能并逐渐扩大其应用范围，科学家开始致力于各类新型滤波器的研发。

从90年代至今主要研究把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制当中。

当然，对于滤波器本身的研究仍在不断进行。

我国开始广泛使用滤波器是在50年代后期的时候，其主要用于报路滤波和话路滤波。

经半个世纪的研究发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已经纳入了国际发展水平，但由于缺少专门的研制机构，集成工艺和材料工业发展进度跟不上来，导致我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展仍有一定的差距。

我国现有的滤波器的种类和其所覆盖的频率范围基本上已满足现有的各种电信设备的需求。

从整体来说，我国有源滤波器的发展比无源滤波器要缓慢，尚未进入大量生产和应用阶段。

我国具体的生产应用比例情况为：

LC滤波器为50%；

晶体滤波器为20%；

机械滤波器为15%；

声表面和陶瓷滤波器各为1%；

其余各类滤波器为13%。

从这些应用比例情况来看，我国的电子产品要想实现大规模的集成，滤波器的集成化仍然是一个重要的课题。

由于电子工业的发展，对滤波器性能的要求越来越高，功能也越来越多，并且集成化发展的要求极为强烈。

我国滤波器的研制和生产水平与上述要求相差甚远，为了缩短差距，我国电子工程和科技人员肩负重大的历史责任。

1.3滤波器的分类

滤波器按照大类分，可分为模拟滤波器和数字滤波器两大类。

其中，模拟滤波器又包括巴特沃斯（Butterworth）滤波器、切比雪夫（Chebyshev）滤波器、椭圆（Ellipse）滤波器、贝塞尔（Bessel）滤波器等等。

而数字滤波器又可分为经典滤波器和现代滤波器两大类。

如果细分，可分为以下几类：

滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器两类。

但是由于无源滤波器不需电源、不易产生干扰、稳定、可靠、适应范围广等特点，因而被广泛应用。

无源滤波器品种有很多，如果按构成元件细分可分为：

RC滤波器、LC滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、声表面波滤波器等等。

滤波器按其主要特性可分为：

低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波可变通带等滤波器等等。

滤波器按其功能可以分为：

中频滤波器、边带滤波器、话路滤波器、线性相移滤波器、相位恒定滤波器、相位配对滤波器、电源滤波器等。

1.4模拟滤波器与数字滤波器比较以及各自的优缺点

鉴于本课题的研究需要，这里着重介绍一下模拟滤波器与数字滤波器比较和各自的优缺点。

（见表1-1模拟数字滤波器与数字滤波器比较）

表1-1模拟数字滤波器与数字滤波器比较

名称

处理的信号类型

实现滤波的方法

滤波的特性

模拟滤波器

连续时间信号

模拟元器件的一系列特性

以幅频特性为主要

数字滤波器

不连续，离散的时间信号

数值运算

还可以实现相位匹配

模拟滤波器的优点：

滤波速度较快，适用于只有模拟器件的电路使用。

模拟滤波器的缺点：

用的器件多，大，重；

电路复杂，要求多的话，用的器件也要增加；

电路参数改变，滤波器也要跟着变电路。

数字滤波器的优点：

电路简单，可以随机应变，电路参数变化，只需改改程序即可使用；

滤波程序可以共用。

数字滤波器的缺点：

技术要求复杂，且具有量化误差。

1.5设计主要任务

要求转换后的数字高通滤波器通带截止频率为0.8rad，通带衰减不大于3dB，阻带截止频率0.44rad，阻带衰减不小于15dB。

并用Matlab软件测量出电路的频率特性和相频特性。

第2章各种滤波器的基本特性以及作用

2.1各种滤波器的幅频特性

一个理想滤波器应该是在通频带内具有均匀且稳定的增益，对信号的其余频带则具有无穷大的衰减。

然而，各种实际的频率响应曲线从阻带到通带或从通带到阻带总有一个逐渐过渡的过程，距理想情况有一定的距离，不像其那样跳跃变化，因此人们只能让所有设计的滤波的幅频特性去逼近理想滤波器的特性。

一般而言，当滤波器的幅频特性越好时，其相频特性就越差，反之亦是如此。

当滤波器的阶数越高,其幅频特性衰减的速率就越快，但如果RC网络的节数太多，元件参数的计算会相对繁琐。

顾虑电路的幅频和相频特性，二阶滤波器是较好的选择。

各种不同功能的滤波器频率特性如图2—1所示。

（a）低通（b）高通

（c）带通（d）带阻

图2-1四种滤波器的幅频特性示意图

图中通带是指能够通过的信号频带，阻带则是指被抑制或衰减的信号频带，两