2,滤波器的设计(大学课程设计)

滤波器的设计第1页共7页2.滤波器设计（1）四阶巴特沃思滤波器（或四阶切比雪夫滤波器）参数测量（a）四阶巴特沃思滤波器参数测量四阶巴特沃思滤波器使用信号源单元和四阶巴特沃斯滤波器模块•熟悉四阶巴特沃斯滤波器设计、工作原理。接好电源线，将四阶巴特沃斯滤波器模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。•扫频信号产生1）将信号源单元的开关k2向下拨，切换至扫频输出。2）用示波器观察OUT1测试点波形，为一频率可调的锯齿波信号，该信号为扫频压控信号。调节电位计OUT1Freq使锯齿波信号为50Hz，并将“波形选择”跳线的第一组引脚连接。3）用示波器观察OUT2正弦波扫频输出信号，电位计GAINAdj则用于调节输出正弦波的幅度。4）调节电位计OUT1Freq，改变送入锯齿波压控信号的频率，重复上述步骤，用示波器观察扫频输出信号的变化。5）分别连接“频率选择”跳线的四组引脚，改变扫频信号的扫频段，重复上述步骤，用示波器观察不同扫频段的扫频输出信号。对于带通的：滤波器的设计第2页共7页对于低通的：对于高通的：•输入输出参考点说明OUT1扫频压控锯齿波信号输出点OUT2正弦波扫频信号输出点。•扫频源法观察滤波器的特性：1)将信号源单元“波形选择”跳线的第1组引脚连接，并将开关k2向下拨，切换至扫频输出，按照前述步骤得到扫频正弦波信号，并用示波器观察OUT1点锯齿波频率，将其调为50Hz，作为扫频压控信号。2)将OUT2输出的扫频信号送入四阶巴特沃斯低通滤波器信号输入点BLP_IN，用示波器观察输出点BLP_OUT的输出信号波形。滤波器的设计第3页共7页3)将锯齿波压控信号和低通滤波器输出信号分别接示波器的X轴和Y轴，观察李沙育图形。4)将扫频信号分别送入四阶巴特沃斯高通和带通滤波器，重复上述实验步骤，分别观察各种滤波器的输出信号波形。•描点法观察滤波器的幅频特性曲线：1）将信号源单元产生的固定频率正弦波送入低通滤波器的信号输入端BLP_IN，用示波器观察BLP_OUT的输出波形，测量波形的电平值（有效值），记录此时的电平值及频率。2）调节电位计OUT2Freq，改变输入正弦波信号的频率（保持信号幅度不变），重复步骤1。3）整理实验数据，以频率为X轴，以幅度（电平）为Y轴，绘出幅频特性图。4）将频率正弦波信号分别送入四阶巴特沃斯高通和带通滤波器，重复上述实验步骤，绘出各种滤波器的幅频特性曲线。•研究各滤波器对方波信号或其它非正弦波信号输入的响应（实验步骤自拟）。描点法所得数据低通：频率（KHZ）36102021.725303540幅度（V）221.91.61.41.20.80.40.24高通：频率3610152025303545506070幅度0.050.050.10.40.81.01.51.61.61.651.71.7带通：频率36101520222425262830354045幅度0.10.10.10.20.81.63.63.62.81.20.80.40.20.1滤波器的设计第4页共7页根据实验测得的数据利用MATLAB画出幅频特性曲线x=[36102021.725303540];y=[221.91.61.41.20.80.40.24];plot(x,y)x=[3610152025303545506070];y=[0.050.050.10.40.811.51.61.61.651.71.7]plot(x,y)滤波器的设计第5页共7页x=[36101520222425262830354045];y=[0.10.10.10.20.81.63.63.62.81.20.80.40.20.1]plot(x,y)滤波器的设计第6页共7页N=4;wc=22*1000*2*pi[B,A]=butter(N,wc,'s')[H,w]=freqs(B,A);subplot(3,2,1);plot(w/2/pi/1000,abs(H));xlabel('频率(khz)');ylabel('幅度');title('模拟巴特沃思低通滤波器幅频特性');wc=27*1000*2*pi;[B,A]=butter(N,wc,'high','s')[H,w]=freqs(B,A);subplot(3,2,3);plot(w/2/pi/1000,abs(H));xlabel('频率(khz)');ylabel('幅度');title('模拟巴特沃思高通滤波器幅频特性');wc=[23,27]*1000*2*pi[B,A]=butter(N,wc,'bandpass','s')[H,w]=freqs(B,A);subplot(3,2,5);plot(w/2/pi/1000,abs(H));xlabel('频率');ylabel('幅度');title('模拟巴特沃思带通滤波器幅频特性');N=4;wc=22*1000*2*pi;fs=2*10^5;T=1/fs;[B,A]=butter(N,wc*T,'s')[b,a]=imp_invr(B,A,1)[db,mag,pha,w]=freqz_m(b,a);subplot(3,2,2);plot(w/pi,mag);title('数字巴特沃斯低通滤波器')axis([0,1,0,1.1])N=4;wc=27*1000*2*pi;fs=2*10^5;T=1/fs;[b,a]=butter(4,wc*T,'high','s');[bz,az]=bilinear(b,a,1);[db,mag,pha,w]=freqz_m(bz,az);subplot(3,2,4);plot(w/pi,mag);title('数字巴特沃斯高通滤波器');滤波器的设计第7页共7页axis([0,1,0,1.1])N=4;wc=[23*1000*2*pi,27*1000*2*pi];fs=2*10^5;T=1/fs;[b,a]=butter(4,wc*T,'bandpass','s');[bz,az]=bilinear(b,a,1);[db,mag,pha,w]=freqz_m(bz,az);subplot(3,2,6);plot(w/pi,mag);title('数字巴特沃斯带通滤波器');axis([0,1,0,1.1])05010015020000.51频率(khz)幅度模拟巴特沃思低通滤波器幅频特性05010015020000.51频率(khz)幅度模拟巴特沃思高通滤波器幅频特性05010015020000.51频率幅度模拟巴特沃思带通滤波器幅频特性00.5100.51数字巴特沃斯低通滤波器00.5100.51数字巴特沃斯高通滤波器00.5100.51数字巴特沃斯带通滤波器