模擬濾波器設(shè)計(jì)
般包括兩個(gè)方面：根據(jù)技術(shù)指標(biāo)即濾波器
幅頻特性確定濾波器傳遞函數(shù)H(s)；設(shè)計(jì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這傳遞函數(shù)。設(shè)計(jì)濾波器H(s)關(guān)鍵
找逼近函數(shù)，目已有種逼近函數(shù)。然而，不論哪種逼近函數(shù)都需進(jìn)行非常繁瑣計(jì)算，還根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行查表。
Matlab語(yǔ)言種簡(jiǎn)單、效級(jí)語(yǔ)言，種容豐富、功能強(qiáng)分析工具，其應(yīng)范圍幾覆蓋所有科學(xué)工程計(jì)算領(lǐng)域。Matlab提供豐富于模擬濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，通過(guò)編程以容易實(shí)現(xiàn)通、通、帶通、帶阻濾波器，并能畫(huà)出濾波器幅頻、相頻特性曲線，簡(jiǎn)化模擬濾波器設(shè)計(jì)。此介紹Matlab設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)個(gè)無(wú)失真模擬濾波器，并給出幅頻、相頻特性仿真結(jié)果信號(hào)通過(guò)無(wú)失真濾波器眼圖。
1 基于Matlab無(wú)失真濾波器設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)求：個(gè)頻率8 kHz數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換得個(gè)模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)輸入無(wú)失真濾波器，求8 kHz頻率處衰減～6 dB；16 kHz頻率(截止頻率)衰減達(dá)60 dB以。這樣做目使該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)失真濾波器，抑制諧波干擾，減截止頻率波形起伏。
無(wú)失真濾波器由三部分組成，依次通濾波器、帶阻濾波器、相移電路。其通濾波器作通過(guò)8 kHz以頻信號(hào)；帶阻濾波器作抑制16 kHz信號(hào)，面通濾波器級(jí)聯(lián)能使16 kHz信號(hào)衰減達(dá)60 dB以，有效地抑制各次諧波干擾，并減16 kHz波形起伏；相移電路作補(bǔ)償面兩級(jí)電路相位偏移，使得整個(gè)無(wú)失真濾波器相位特性成條直線。
1．1 通濾波器設(shè)計(jì)
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最終畫(huà)出通濾波器幅頻、相頻特性如圖1(a)所示。實(shí)際電路采由Max291芯片實(shí)現(xiàn)巴特沃斯濾波器，相當(dāng)于8階巴特沃斯濾波器，如圖1(b)所示。
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1．2 帶阻濾波器設(shè)計(jì)
帶阻濾波器(又稱陷波器)作抑制某頻率信號(hào)而通過(guò)其頻率信號(hào)。Matlab[b，a]=butter(n，Wn，′stop′，′s′)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)帶阻濾波器，其[b，a]濾波器傳遞函數(shù)項(xiàng)式系數(shù)；n濾波器階數(shù)；wn=[fl*2*pi fu*2*pi]分別阻帶端3 dB端3 dB處角頻率；′s′表示模擬濾波器。主程序如：
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1．3 通濾波器帶阻濾波器級(jí)聯(lián)
面設(shè)計(jì)通帶阻濾波器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，使得級(jí)聯(lián)以電路幅頻特性能滿足設(shè)計(jì)求，即8 kHz頻率處衰減6 dB；16 kHz頻率(截止頻率)衰減達(dá)60 dB以。若不能達(dá)求，則根據(jù)仿真結(jié)果，不斷修改帶阻濾波器Q值，直滿足設(shè)計(jì)求止。Matlab，通過(guò)conv函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電路級(jí)聯(lián)。主程序如：
％b3、a3通帶阻濾波器級(jí)聯(lián)傳遞函數(shù)項(xiàng)式系數(shù)求通濾波器幅頻、相頻特性類似，級(jí)聯(lián)電路幅頻、相頻特性如圖3所示。見(jiàn)，當(dāng)QO．7時(shí)，幅頻特性滿足設(shè)計(jì)求，但相頻特性8 000Hz以不根直線，使輸出信號(hào)不至于失真，必須加級(jí)相移濾波器，使總相移特性成條直線。
1．4 相移濾波器設(shè)計(jì)及無(wú)失真濾波器相頻特性
該設(shè)計(jì)，采階反相增益全通濾波電路，傳輸函數(shù)：
電路圖如圖4所示。通、帶阻、相移電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)成無(wú)失真濾波器。Matlab，以通過(guò)編程得相移、無(wú)失真濾波器相頻特性曲線。
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主程序如：
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％b，a無(wú)失真濾波器傳遞函數(shù)項(xiàng)式系數(shù)，其b3，a3通帶阻濾波器級(jí)聯(lián)傳遞函數(shù)項(xiàng)式系數(shù)最終求出相位曲線如圖5所示。以看出，無(wú)失真濾波器相頻特性條直線。
各部分實(shí)際電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)，得無(wú)失真濾波器實(shí)際電路，該無(wú)失真濾波器輸入模擬信號(hào)輸出信號(hào)眼圖如圖6所示。從圖以看出，眼圖跡線清晰。眼睛且端，眼睛間交點(diǎn)清晰。說(shuō)明該無(wú)失真濾波器幅頻、相頻特性良好，以達(dá)設(shè)計(jì)求。
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2 結(jié) 語(yǔ)
使Matlab設(shè)計(jì)模擬濾波器，既簡(jiǎn)單方便，又避免復(fù)雜運(yùn)算查表。通過(guò)仿真以直觀地看出參數(shù)修改頻率響應(yīng)曲線，該設(shè)計(jì)以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)求，避免硬電路反復(fù)調(diào)整麻煩，提工作效率，且Matlab不但以于模擬濾波器設(shè)計(jì)，還以于FIR，IIR等數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，個(gè)濾波器設(shè)計(jì)方面有力工具。
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