二階帶通濾波器

二階帶通濾波器

數字信号處理專業術語
最簡單的帶通濾波器稱之為"二階帶通濾波器",它的的特性用二階線性微分方程表示,方程的左邊與一般二階系統的标準形式完全相同,而右邊是激勵源的導數項。如果激勵源通過一個電阻R、電感L及電容C構成一個串聯回路,并以電阻兩端的電壓作為響應,就構成了一個以二階微分方程描述的“二階帶通濾波器”。
    中文名:二階帶通濾波器 外文名: 所屬學科: 别名:帶通濾波器 特性:二階線性微分方程 特點:幅頻響應在零頻率處

概述

一個模拟帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路(RLC circuit)。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來産生。

一個理想的濾波器應該有一個完全平坦的通帶,例如在通帶内沒有增益或者衰減,并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉,另外,通帶外的轉換在極小的頻率範圍完成。

實際上,并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠将期望頻率範圍外的所有頻率完全衰減掉,尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的範圍。這通常稱為濾波器的滾降現象,并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常,濾波器的設計盡量保證滾降範圍越窄越好,這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而,随着滾降範圍越來越小,通帶就變得不再平坦—開始出現“波紋”。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯,這種效應稱為吉布斯現象(Gibbs phenomenon)。

除了電子學和信号處理領域之外,帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域,很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時間範圍内的天氣數據,這樣在數據域中就隻保留了作為擾動的氣旋。

吉布斯現象

由Henry Wilbraham于1848年最先提出,并由約西亞·吉布斯于1899年證明。在工程應用時常用有限正弦項正弦波疊加逼近原周期信号。所用的諧波次數N的大小決定逼近原波形的程度,N增加,逼近的精度不斷改善。

但是由于對于具有不連續點的周期信号會發生一種現象:當選取的傅裡葉級數的項數N增加時,合成的波形雖然更逼近原函數,但在不連續點附近會出現一個固定高度的過沖,N越大,過沖的最大值越靠近不連續點,但其峰值并不下降,而是大約等于原函數在不連續點處跳變值的9%,且在不連續點兩側呈現衰減振蕩的形式。

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