基於Matlab帶阻濾波器電路設計及參數尋優

2021-01-10 電子產品世界

摘要 各種濾波器電路在模擬電路設計中經常出現，由於在實際工程中，電阻、電容的值均連續，因此在設計電路時，電路參數計算繁冗且計算量大，並且手工計算出的結果並非是一個最優解，文中藉助Matlab的計算功能，根據帶阻濾波器的傳遞函數，建立了相應的標準電路模型以及參數最優化模型，最後使用Matlab中的數學工具箱編寫出相應的求解程序，可以快速得到符合要求的電路參數，大幅提高了設計效率，有較強的實用性。
關鍵詞 帶阻濾波器；參數計算；尋優

Matlab作為一種常用的大型工程軟體，包括數值計算、程序設計、信號處理等多種功能，目前已成為輔助電路分析最為通用的軟體之一。實際工作中，當對電路進行分析設計時，會涉及到大量的計算，而這些計算十分繁冗。為此，可藉助於Matlab本身自帶的函數進行編程解決電路計算問題，同時將電路分析中頻繁遇到的計算問題編寫成函數，以提高電路分析的效率，取得了良好的效果。

1 帶阻濾波器
信號處理中，一般只允許一定頻率範圍的信號通過，而實際信號頻率的範圍可能較大，這就需要使用帶阻濾波器進行信號處理。
帶阻濾波器是指能通過大多數頻率分量，但將一定範圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，用來抑制一定頻段內的信號。帶阻濾波器可分為窄帶濾波器和寬帶阻濾波器。窄帶阻濾波器一般用帶通濾波器和減法器電路組合起來實現，窄帶組濾波器通常用作單一頻率的陷波，又稱為陷波器。寬帶阻濾波器通常用低通濾波器和高通濾波器求和實現。理想帶阻濾波器在阻帶內的增益為零。帶阻濾波器的中心頻率f0和抑制帶寬BW之間的關係為

式中，Q為品質因數。fH為帶阻濾波器的上限頻率。fL為帶阻濾波器的下限頻率，其中fH>fL。帶寬BW越窄，品質因數Q越高。

2 目標函數分析
文中要實現的帶阻濾波器函數如下

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/176074.htm


對該函數進行分析，可以先分析典型的二階帶通濾波器，其形式如式(4)所示。通過適當的電路形式實現以上函數，且電路中各參數值在要求在標稱值範圍內將二者進行對比，可發現：當用1減去H(S)時，可得到所需的結構形式。其典型的電路形式如圖1所示。

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