带通滤波器的设计及频率响应(附带Matlab代码和报告)

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本文介绍了带通滤波器的设计原理,包括滤波器类型选择和参数确定,并提供了使用Matlab设计带通滤波器的代码示例,详细阐述了如何绘制滤波器的频率响应,帮助理解信号处理中的频率特性控制。

带通滤波器的设计及频率响应(附带Matlab代码和报告)

引言:
滤波器是信号处理中常用的工具,用于改变信号的频率特性。带通滤波器是一种常见的滤波器类型,它可以选择性地通过一定范围内的频率信号,并在其他频率范围内进行抑制。本文将介绍带通滤波器的设计原理,提供使用Matlab编写的示例代码,并展示滤波器的频率响应。

设计原理:
带通滤波器的设计主要涉及两个方面:滤波器类型选择和滤波器参数确定。

滤波器类型选择:
常见的带通滤波器类型包括无源RC滤波器、有源滤波器(如运放滤波器)和数字滤波器。选择合适的滤波器类型取决于应用的具体需求和系统的特点。在本文中,我们将以数字滤波器为例进行设计。

滤波器参数确定:
确定带通滤波器的参数是设计过程的关键步骤。主要的参数包括中心频率、通带宽度、阻带宽度和通带最大衰减等。这些参数的选择应根据信号的频率特性和应用的要求进行。

Matlab代码实现:
下面是一个使用Matlab编写的带通滤波器设计示例代码:

% 设计带通滤波器
fs = 1000; % 采样率
f1 = 
巴特沃兹滤波器的vb.net程序。 ' 使用双线性变换法的 Butterworth 型 IIR 数字滤波器设计程序 ' ' 形参说明如下 : ' ' PbType ----------- 输入整型量 ,滤波器通带类型 : ' PbType = 0 : 低通滤波器 ; ' PbType = 1 : 高通滤波器 ; 2 ' PbType = 2 : 带通滤波器 ; ' PbType = 3 : 带阻滤波器 . ' fp1 ----------- 输入双精度量 , 低通或高通滤波器的通带边界频率 ( Hz ); 带通或带阻滤波器的通带低端边 ‘ 界频率 ( Hz ). ' fp2 ----------- 输入双精度量 , 带通或带阻滤波器的通带低端边界频率 ( Hz ). ' Apass ----------- 输入双精度量 , 通带衰减 ( dB ). ' fs1 ----------- 输入双精度量 , 低通或高通滤波器的阻带边界频率 ( Hz ); 带通或带阻滤波器的阻带高端边 ‘ 界频率 ( Hz ). ' fs2 ----------- 输入双精度量 , 带通或带阻滤波器的阻带高端边界频率 ( Hz ). ' Astop ----------- 输入双精度量 , 阻带衰减 ( dB ). ' fsamp ----------- 输入双精度量 , 采样频率 ( Hz ). ' points ----------- 输入整型量 , 幅频特性计算点数 . ' ord ----------- 输入整型量 , 滤波器阶数 . ' NumSec( ) -------- 输出双精度量 , 转移函数二阶节的分子多项式系数二维数组 . ' 元素 NumSec( k, i ) 中 , ' k : 二阶节序号 ; ' i : 多项式系数 , i = 0 相应于常数项 . ' DenSec( ) -------- 输出双精度量 转移函数二阶节的分母多项式系数二维数组 . ' 元素 DenSec( k, i ) 中 , ' k : 二阶节序号 ; ' i : 多项式系数 , i = 0 相应于常数项 . ' NumSec_Z( ) ------ 输出双精度量 系统函数二阶节的分子多项式系数二维数组 . ' 元素 NumSec_Z( k, i ) 中 , ' k : 二阶节序号 ; ' i : 多项式系数 , i = 0 相应于常数项 . ' DenSec_Z( ) ------ 输出双精度量 系统函数二阶节的分母多项式系数二维数组 . ' 元素 DenSec_Z( k, i ) 中, ' k : 二阶节序号 ; ' i : 多项式系数 , i = 0 相应于常数项 . ' AR( ) ------------ 输出双精度量 ,滤波器的幅频特性数组 . ' Sub Butterworth(PbType As Integer, fp1 As Double, fp2 As Double, Apass As Double, fs1 As Double, fs2 As Double, Astop As Double, fsamp As Double, points As Integer, ord As Integer, NumSec() As Double, DenSec() As Double, NumSec_Z() As Double, DenSec_Z() As Double, AR() As Double) Dim i%, j%, k%, ord_t% Dim angle#, emp1#, temp2#, temp3# Dim ratio(0 To 50) As Double '''''''''''''''''''' If PbType = 0 Then ' 低通滤波器 ; wpass = 2# * Pi * fpass / fsamp: wstop = 2# * Pi * fstop / fsamp ' 通带、阻带边界频率 omikaP = Tan(wpass / 2#): omikaS = Tan(wstop / 2#) epass = epson(Apass): estop = epson(Astop) ' 根据对幅频特性的技术要求 ,计算模拟滤波器的阶数 orde = Ne_B(estop, epass, omikaS, omikaP) ord = Fix(orde) + 1 omk0 = omika0(omikaP, epass, ord) ' 调用 Fz_LP 子程序, 将低通模拟滤波器的转移函数变量 s 映射为低通数字滤波器的系统函数变量 z Call Fz_LP(F1(), F2(), ord_t) ' End If '''''''''''''''''''' If PbType = 1 Then ' 高通滤波器 ; wpass = 2# * Pi * fpass / fsamp: wstop = 2# * Pi * fstop / fsamp ' 通带、阻带边界频率 3 omikaP = 1# / Tan(wpass / 2#): omikaS = 1# / Tan(wstop / 2#) epass = epson(Apass): estop = epson(Astop) ' 根据对幅频特性的技术要求 ,计算模拟滤波器的阶数 orde = Ne_B(estop, epass, omikaS, omikaP) ord = Fix(orde) + 1 omk0 = omika0(omikaP, epass, ord) ' 调用 Fz_HP 子程序,将高通模拟滤波器的转移函数变量 s 映射为高通数字滤波器的系统函数变量 z Call Fz_HP(F1(), F2(), ord_t) End If '''''''''''''''''''' If PbType = 2 Then ' 带通滤波器 ; wp1 = 2# * Pi * fp1 / fsamp: wp2 = 2# * Pi * fp2 / fsamp ' 通带上下边界频率 ws1 = 2# * Pi * fs1 / fsamp: ws2 = 2# * Pi * fs2 / fsamp ' 阻带上下边界频率 Ci = BpC(wp1, wp2) omikaP = Abs((Ci - Cos(wp2)) / Sin(wp2)) omikaS1 = Abs((Ci - Cos(ws1)) / Sin(ws1)) omikaS2 = Abs((Ci - Cos(ws2)) / Sin(ws2)) If omikaS1 <= omikaS2 Then omikaS = omikaS1 Else omikaS = omikaS2 End If epass = epson(Apass): estop = epson(Astop) ' 根据对幅频特性的技术要求 ,计算模拟滤波器的阶数 orde = Ne_B(estop, epass, omikaS, omikaP) ord = Fix(orde) + 1 omk0 = omika0(omikaP, epass, ord) ' 调用 Fz_BP 子程序,将带通模拟滤波器的转移函数变量 s 映射为带通数字滤波器的系统函数变量 z Call Fz_BP(fp1, fp2, fsamp, F1(), F2(), ord_t) End If
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