Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 7: Đáp ứng tần số của hệ thống LTI và thiết kế bộ lọc tương tự - Bài 14

Ch-7: Đáp ứng tần số của hệ thống LTI và thiết kế bộ lọc tương tự  
Lecture-14  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
7.5. Các phép biến đổi tần số  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.2. Bộ lọc Butterworth  
Trên thực tế người ta tìm được các phép biến đổi để thiết  
kế bộ lọc thông cao, thông dãi, chắn dãi dựa vào bộ lọc  
thông thấp Tập trung khảo sát thiết kế bộ lọc thông  
thấp (xem như bộ lọc mẫu – Prototype Filter)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Đáp ứng biên độ của bộ lọc thông thấp Butterworth bậc n:  
1
|H(jω)|=  
2n  
ω
1+  
ωc  
. Tại tần số , đáp ứng biên độ bằng 1/(2)1/2 hoặc -3dB công  
c
suất suy giảm ½ : gọi là tần số cắt, tần số 3dB hoặc tần số ½  
công suất  
Yêu cầu thiết kế:  
. Chỉ rỏ  
p
. Chỉ rỏ G( ) Gp  
p
. Chỉ rỏ  
s
. Chỉ rỏ G( ) Gs  
s
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Xác định bậc n của bộ lọc và theo các yêu cầu thiết kế:  
c
G(ωx )
G(ωp )=
. Độ lợi (dB) tại tần số :  
x
. Độ lợi (dB) tại tần số :  
p
G(ωs )
. Độ lợi (dB) tại tần số :  
s
2n  
/
2n  
10  
2n  
G/10  
10  
1
log
n
2log(
(10
(10  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Xác định hàm truyền H(s) bậc n:  
. Trong thiết kế, ta dùng đáp ứng chuẩn hóa ( =1) như sau:  
c
1
| H( j
1
. Suy ra H(s) khi biết hàm truyền của đáp ứng chuẩn hóa:  
s
c
H(s)  
H (s)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Xác định hàm truyền bậc n của bộ lọc chuẩn hóa:  
. Xác định các poles của bộ lọc chuẩn hóa:  
1
H( j H
1
s
1
H(s)H(
1
s2n  
Các poles của H(s)H(-s) phải thỏa:  
j
s
2n
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Vậy các poles của H(s)H(-s) là:  
j
sk
Im  
Im  
j
j
H(s)  
H(-s)  
H(s)  
H(-s)  
n
1
1
2n  
-1  
Re  
-1  
Re  
-j  
-j  
j
Kết luận: n poles của H(s):  
sk
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
. Hàm truyền H(s) có dạng:  
1
H(s)  
(s 12 3 n
j
sk
Im  
j
s1  
Ví dụ: xét trường hợp n=4  
s1
s2
s3
s4
s2  
Re  
-1  
s3  
-j  
s4  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
1
H(s)  
(
s
1
H(s)  
(s2
1
H(s)  
s
4
Làm tương tự ta có thể tính được cho trường hợp bậc n bất kỳ:  
1
1
H(s)  
Bn (s) sn n 1
Bn(s): Gọi là đa thức Butterworth!!!  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Coefficients of Butterworth Polynominal Bn(s)=sn+an-1sn-1+…+a1s+1  
n
a1  
a2  
a3  
a4  
a5  
a6  
a7  
a8  
a9  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Butterworth Polynominal in Factorized Form  
n
Bn (s)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
Các bước thiết kế bộ lọc thông thấp Butterworth:  
Ví dụ: Thiết kế bộ lọc thông thấp Butterworth thỏa mãn các yêu cầu  
sau: Độ lợi dãi thông (0 <10) không nhỏ hơn -2dB; độ lợi dãi  
chắn ( 20) không vượt quá -20dB  
log
n
. Bước 1: Xác định  
2log(
. Bước 2: Xác định :  
c
(10
(10  
. Bước 3: Xác định H(s): dùng n (bước 1) tra bảng (hoặc tính)  
s
c
. Bước 4: Xác định H(s):  
H(s)  
H (s)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.3. Bộ lọc Butterworth  
log 2 .2
2log2  
10  
. Bước 1:  
. Bước 2:  
n
chọn n=4  
10.694  
11.26  
(10
20  
chọn =11  
c
(10
G(
G(
1
H(s)  
. Bước 3:  
. Bước 4:  
(s2
1
H(s)  
2
2
s
11  
[
14641  
(s2
H(s)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Đáp ứng biên độ của bộ lọc thông thấp Chebyshev:  
1
| H( j
1
. Trong thiết kế, ta dùng đáp ứng chuẩn hóa ( =1):  
c
1
2  
1
| H( j
. Vậy khi có H(s) H(s) bằng cách:  
s
c
H(s)  
H (s)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Xét đáp ứng biên độ của bộ lọc thông thấp chuẩn hóa Chebyshev :  
1
| H( j
1
Cn (
;| | 1  
Cn (
;| | 1  
Cn( ) là một đa thức thỏa tính chất sau:  
Cn (
C0 ( 1  
C1(
Có:  
và  
Một cách tương tự ta có thể tính được bảng Cn( )!!!  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Chebyshev Polyminals  
n
Cn ( )  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
1
| H( j
Đáp ứng biên độ bộ lọc Chebyshev:  
1
Pass-band  
Pass-band  
Độ gợn r (Độ lơi max/Độ lơi min) trong dãi thông:  
r
(dB)  
(dB)  
-r Gp (Butterworth)  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Xác định bậc(n) của bộ lọc Chebyshev thỏa yêu cầu thiết kế:  
r
. Xác định :  
design  
. Độ lợi tại tần số : G
. Độ lợi tại tần số :  
G
s
1/2  
G/10  
10 1  
cosh
1/ 2  
1
cosh /  
1
n
cosh  
10
cosh[ncosh ( 
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Xác định hàm truyền H(s) của bộ lọc:  
Người ta tính được các poles của H(s) như sau:  
(2k 1)  
2n  
(2k 1)  
2n  
sk
cosh x  
k n  
Im  
H(s)  
H(-s)  
1
1
x
n
600  
600  
a sinh x;b cosh x  
Re  
600  
600  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
7.4. Bộ lọc Chebyshev  
Kn  
(s
KKn  
Cn(s) s
H(s)  
H(s)  
Kn được lựa chọn để bảo đảm độ lợi DC:  
odd  
Kn  
even  
Để việc thiết kế được đơn giản, người ta thành lập bảng C’n(s)  
hoặc giá trị của các poles với một số độ gợn r thường gặp  
Tra bảng!!!  
Signals & Systems FEEE, HCMUT  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 32 trang Thùy Anh 29/04/2022 5900
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 7: Đáp ứng tần số của hệ thống LTI và thiết kế bộ lọc tương tự - Bài 14", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_tin_hieu_va_he_thong_chuong_7_dap_ung_tan_so_cua_h.pdf