二阶有源低通滤波器课程设计.docx

二阶有源低通滤波器课程设计引言各种滤波器已经大量的出现在我们的日常生活中，在通信设备、医疗设备、汽车领域等各行各业都存在大量的模拟滤波器。本文主要研究巴特沃斯低通滤波器，切比雪夫Ⅰ型滤波器，切比雪夫Ⅱ型滤波器，椭圆滤波器等四种滤波器的设计，然后同过比较它们的幅频特性和相位特性，得出性价比最高的滤波器。由于在现代测控系统中模拟滤波器是不可或缺的一部分，如今模拟滤波器的理论和设计方法已经相当成熟。有多种典型的滤波器如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等都有严格的设计公式、归一化低通滤波器的参数，所以我们可以直接选用。1.通过研究四种滤波器的设计原理加深对四种低通滤波器的学习。2.通过对四种低通滤波器幅频特性图的观察比较出它们的差别。2.学习并且掌握四种低通滤波器的MATLAB仿真程序。1.通过研究滤波器及巴特沃斯低通滤波器，切比雪夫滤波器，椭圆滤波器的性能，有利于加深对课本学习的理解。2.通过比较四种低通滤波器的性能，有利于我们选择性价比更高的滤波器。本文研究的是四种低通滤波器的设计及四种低通滤波器的性能比较，具体研究的是在同一参数下比较四种低通滤波器的性能，利用MATLAB程序作出四种低通滤波器的图像，通过比较它们的图像在通带和阻带中图形波纹及过渡带的宽窄，比较出性能最优的低通滤波器。正文1实验平台概述1.1滤波器的概述美国在1917年发明了世界上第一台无源滤波器，50年代无源滤波器才逐渐发展，在60年代集成运放获得了迅速地发展，70年代滤波器主要朝着精度高，体积小，稳定等方向发展，90年代主要是各种滤波器的开发和研究。而我国50年代后才开始使用滤波器，现阶段我国的数字滤波器已使用与各种电信设备，但集成化的滤波器任然需要极大的突破。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。经典滤波器和现代滤波器组成了数字滤波器。经典滤波器的特点是其输入信号中我们需要的信号频率和我们希望屏蔽的信号频率在不同的频带，通过一个合适的滤波器来滤除我们不需要的信号，得到我们所需的纯净信号。经典数字滤波器在特性上又可分为低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器[3]。它们的理想幅频特性如图1图1理想幅频特性图但当我们所需的信号频率和需要屏蔽的信号频率重叠时，经典滤波器无法再有效的滤除干扰信号，这是我们就需要现代滤波器(如：卡尔曼等滤波器)来处理信号，得到我们所需要的纯净信号。滤波器是是一种可以通过对无用信号进行衰减和抑制从而得到自己所需信号的一种电子装置[5]，如图2在工程中模拟滤波器常用来抑制干扰,信号处理等。输入信号输出信号滤波器图2滤波器的作用数字滤波器是指输入,输出都是数字信号，通过数值运算来滤除干扰信号，从而得到我们所需要的信号。体积小、精度高、稳定、重量轻、灵活、运算快等是数字滤波器的优点。1.2MATLAB简介1.2.1MATLAB的发展美国的MathWoka公司与1984年推出了MATLAB软件，MATLAB是一个集成化的工作区，包括MATLAB桌面、执行命令窗口、文件调试器等，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析及数值计算的高级计算语言和交互式环境。用于信号和图像处理、通信财务分析等众多领域。目前，MATLAB软件是由MATLAB和Simulink组成。发展到目前MATLAB具有(1)计算功能特别强大。在国际上30多个计算软件中，MATLAB具有很大的优势。(2)绘图功能特别方便、简洁。在MATLAB里数据的可视化非常方便且易操作，在编辑图像界面方面具有很强的功能。(3)MATLAB具有很强大的工具箱。MATLAB是由具有数百个内部函数的核心部分和由学科性工具箱及功能性工具箱的各种可选工具箱组成。(4)具有完整的帮助功能等特点.1.2.2MATLAB的组成·开发环境：MATLAB的开发环境由进入matlab操作程序的界面的桌面、用来执行所有命令的执行窗口、进行文件调试的调试器器、matlab的工作区、用来解决故障的在线帮助和用来记录输入情况的历史记录组成。·数学函数库由于matlab的最强大的功能是计算，所以它有非常强大的函数数据库，包含了从基本函数一直到复杂的函数，用来更快的计算各种数据。·MATLAB语言由于matlab程序是一项相对独特的计算工具，所以它有自己的识别语言，matlab提供的是一种解释的语言，主要由C语言组成，但比C语言简便、宽松。·图像处理系统：Matlab的另一强大功能是处理各种图像和形成各种图像，因此它具有一套比较完善的图像处理系统，包括二维及三维图像、图像识别、图像处理等。·程序接口：MATLAB程序接口可方便调用C语言，建立客户和服务器的关系。2实验设计2.1模拟滤波器的设计原理设计滤波器时，一般都先设计低通滤波器，再经过改变频率转换成高通，带通，带阻等我们想要的类型。低通滤波器的设计流程：第一步，确定滤波器的技术