信号与系统实验模拟滤波器
信号与系统实验报告(一) 大二下
电气学科大类级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名学号专业班号同组者1 学号专业班号同组者2 学号专业班号指导教师日期实验成绩评阅人综合实验和实验报告要求信号与控制综合实验，是集多门技术基础课程以及其它延伸课程理论于一体的综合性实验课程，需要综合多门学科理论知识和实验方法来体现，因此，实验目的不是简单的课程理论验证和练习，而是综合应用、研究开发、设计创新。
应采用尽可能好的设计，使所设计的电路和系统达到要实现的功能，步骤和方案自行拟定，实现对设计思路的实验验证。
完成多个实验项目的，应将实验内容整理综合后写成一份总报告，以利于锻炼整理归纳和总结能力，在总报告中以第二级标题形式依次写下所完成的实验项目、内容及实验设计过程。
实验报告按“题目、目录、正文（分所完成的各实验项目）、结论、心得与自我评价、参考文献”6个部分撰写；正文主要包括以下几个内容：任务和目标、总体方案设计（原理分析与方案设计特点，选择依据和确定）、方案实现和具体设计（过程）、实验设计与实验结果、结果分析与讨论。
（格式方面请注意：每个图应该有图号和图名，位于图的下方，同一图号的分图应在同一页，不要跨页；每个表应该有表号和表名，位于表的上方，表号表名与表（数据）也应在同一页，不要跨页；建议各部分题目采用四号黑体、设计报告内容文字采用小四号宋体）注：报告中涉及实验指导书或教材内容，只需注明引用位置，不必在报告中再加以阐述。
不得不加引用标记地抄袭任何资料。
每一基本实验部分按计划学时100分成绩计算（100％），需要完成60分的实验项目；实验报告、设计部分和创新研究内容另外计分（分别为10％、20％和10％）。
再按照学时比例与本课程其它部分实验综合成为总实验成绩。
每一部分实验均为：基本实验：0～60分，考核基本理论的掌握和基本操作技能、实验室道德规范；实验报告：0～10分，考核思考和总结表述能力；完成设计性实验：0～20分，评价设计能力；完成创新性实验：0～10分，鼓励创新。
信号与系统实验
实验一信号与系统认知一、实验目的1、了解实验室的规章制度、强化安全教育、说明考核方法。
2、学习示波器、实验箱的使用、操作知识；3、学习常用连续周期信号的波形以及常用系统的作用。
二、实验仪器1、信号与系统实验箱（本次实验使用其自带的简易信号源，以及实验箱上的“信号通过系统”部分。
）2、示波器三、实验原理1、滤波器滤波器是一种常用的系统，它的作用为阻止某些频率信号通过，或只允许某些频率的信号通过。
滤波器主要有四种：这是四种滤波器的理想状态，实际上的滤波器只能接近这些效果，因此通常的滤波器有一些常用的参数：如带宽、矩形系数等。
通带范围：与滤波器最低衰减处比，衰减在3dB以下的频率范围。
2、线性系统线性系统是现实中广泛应用的一种系统，线性也是之后课程中默认为系统都具有的一种系统性质。
系统的线性表现在可加性与齐次性上。
齐次性：输入信号增加为原来的a倍时，输出信号也增加到原来的a倍。
四、预习要求1、复习安全操作的知识。
2、学习或复习示波器的使用方法。
3、复习典型周期信号的波形及其性质。
4、复习线性系统、滤波器的性质。
5、撰写预习报告。
五、实验内容及步骤1、讲授实验室的规章制度、强化安全教育、说明考核方法2、通过示波器，读出实验箱自带信号源各种信号的频率范围（1）测试信号源1的各种信号参数，并填入表1-1。
（2）测试信号源2的各种信号参数，并填入表1-2。
3、测量滤波器根据相应测量方法，用双踪示波器测出实验箱自带的滤波器在各频率点的输入输出幅度（先把双踪示波器两个接口都接到所测系统的输入端，调节到都可以读出输入幅度值，并把两侧幅度档位调为一致，记录下这个幅度值；之后，将示波器的一侧改接入所测系统的输出端，再调节用于输入的信号源，将信号频率其调至表1-3中标示的值，并使输入信号幅度保持原幅度值不变。
观察输出波形幅度的变化，并与原来的幅度作比较，记录变化后的幅度值。
），并将相应数据计入表1-3中。
4、测量线性系统（1）齐次性的验证自选一个输入信号，观察输出信号的波形并记录输入输出信号的参数，将输入信号的幅度增强为原信号的一定倍数后，再对输入输出输出参数进行记录，对比变化前后的输出。
数字信号处理实验四
实验四基于MATLAB的模拟滤波器设计一、实验目的：1．加深对模拟滤波器常用指标的理解；2．学会模拟滤波器中的频率变换；3．根据指标要求设计模拟滤波器，并进行信号的处理。
二、实验原理：模拟滤波器的设计是其它滤波器设计的基础，其设计原理见课本118~132页。
利用MATLAB设计模拟滤波器的调用函数见课本第147页和149页。
还有一些常用的函数格式如下：补充：（1）buttap函数用来返回设计的BW滤波器的零点、极点和增益。
函数调用格式为：[z,p,k]=buttap(N);其中，z,p,k分别为滤波器系统函数H（S）的零点、极点和增益，N为滤波器的阶数。
（2）cheb1ap函数用来返回设计的CB Ⅰ型滤波器的零点、极点和增益，cheb2ap函数用来返回设计的CB Ⅱ滤波器的零点、极点和增益。
其调用格式为：[z,p,k]= cheb1ap (N，Rp);[z,p,k]= cheb2ap (N，Rs);其中，z,p,k分别为滤波器系统函数H（S）的零点、极点和增益，N为滤波器的阶数，Rp 为滤波器在通带内的最大衰减值，Rs为滤波器在阻带内的最小衰减值。
（3）zp2tf函数，函数调用格式为：[b,a]=zp2tf (z,p,k);其中，z,p,k分别为滤波器系统函数H（S）的零点、极点和增益，b、a分别为滤波器系统函数H（s）的分子和分母多项式的系数，（4）freqs函数用来求解模拟滤波器的频率响应。
其函数调用格式为：h=freqs（b,a,w）;[h,w]=freqs（b,a,n）;其中，b，a分别为滤波器系统函数H（s）的分子和分母多项式的系数，w表示频率点，n表示进行复频率响应的点数，其默认值为512。
如果没有输出参数而直接调用freqs（b,a,w 函数时，将直接画出复频率响应的幅频响应和相频响应。
freqs函数用来求解模拟滤波器的频率响应。
三、例题：1．BW模拟低通滤波器的幅频特性曲线程序如下：for i=1:4switch icase 1N=2;case 2N=5;case 3N=10;case 4N=20;end[z,p,k]=buttap(N);[b,a]=zp2tf(z,p,k);[H,w]=freqs(b,a);magH2=(abs(H)).^2;hold onplot(w,magH2);axis([0 2 0 1.1]);endxlabel('w/wc'); ylabel('/H(jw)/^2')00.20.40.60.811.2 1.4 1.6 1.82w/wc /H (j w )/22、（1）设计一个巴特沃斯模拟带通滤波器，技术指标为：通带频率：1000-2000Hz ，两侧过渡带宽500Hz ，通带波纹1dB ，阻带衰减100dB 。
信号与系统中的滤波器设计与优化
信号与系统中的滤波器设计与优化在信号处理领域中，滤波器是一种关键的工具。
它可以帮助我们去除噪声、增强信号、平滑数据等。
滤波器的设计与优化是信号处理中的一个重要研究方向。
本文将介绍信号与系统中的滤波器设计与优化的基本概念和方法。
一、滤波器的基本原理滤波器是一种能够改变信号频谱的系统。
在信号处理中，通常我们希望去除不需要的频率成分，以及保留感兴趣的信号。
滤波器可以实现这一目标。
滤波器的基本原理可以通过频率响应来描述。
频率响应可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
低通滤波器可以通过去除高于截止频率的频率成分，使得低频信号得以传递；高通滤波器相反，通过去除低于截止频率的频率成分，使得高频信号得以传递；带通滤波器可以传递两个截止频率之间的频率成分，而带阻滤波器则可去除两个截止频率之间的频率成分。
二、滤波器设计方法滤波器的设计有多种方法，常见的有时域设计和频域设计。
1. 时域设计时域设计是一种基于信号的时间域信息进行滤波器设计的方法。
其中，有限冲激响应（FIR）滤波器是时域设计的一种常见形式。
FIR滤波器具有线性相位特性和稳定性，并且可以通过自由设计滤波器的冲激响应来满足特定的频率响应要求。
2. 频域设计频域设计是一种基于信号的频率域信息进行滤波器设计的方法。
其中，无限冲激响应（IIR）滤波器是频域设计的一种常见形式。
IIR滤波器具有非线性相位特性，同时也能够满足特定的频率响应要求。
三、滤波器的优化方法滤波器的优化是指在设计滤波器时，通过调整参数来使其在一定指标下达到最佳性能。
在滤波器设计中，常用的优化方法有以下几种。
1. 最小二乘法最小二乘法是一种常见的滤波器优化方法。
在最小二乘法中，通过最小化滤波器输出与所需输出之间的误差平方和，来寻找最优滤波器参数。
最小二乘法对噪声具有较好的抑制效果，能够优化滤波器的频率响应。
2. 遗传算法遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化方法，常用于滤波器设计中的参数优化。
通过随机生成一组初始参数，然后通过交叉和变异等操作来更新参数，直到达到最优解。
第七章 模拟滤波器的设计(数字信号处理)
s
c
)
2N
10
a s / 10
(7.2.15)
由(7.2.14)和(7.2.15)式得到：
(
p
s
)
N
10 10
a p / 10 a s / 10
1 1
令
sp s / p , k sp
10 10
a p 10 as 10
1 1
,则N由下式表示：
N
1
1
1
1
0
fC a ) 低通
f
0
fC b ) 高通
f
0
fC1 c) 带通
fC2
f
0
fC1 d ) 带阻
fC2 f
7.1 理想滤波器
无过渡带且在通频带内满 足不失真测试条件的滤波 器称为理想滤波器。理想 滤波器的频率响应函数为：
|H(f)| A0
-fc
A e j 2 p ft 0 0 H(f) 0 f fc 其它
lg k sp lg sp
(7.2.16)
用上式求出的N可能有小数部分，应取大于等于N
的最小整数。关于3dB截止频率Ωc，如果技术指标中没 有 给 出 ， 可 以 按 照 (7.2.14) 式 或 (7.2.15) 式 求 出 ， 由
图7.2.2 低通滤波器的幅度特性
滤波器的技术指标给定后，需要设计一个传输函
数Ha(s)，希望其幅度平方函数满足给定的指标αp和αs， 一般滤波器的单位冲激响应为实数，因此
H a ( j )
2
H a ( s )G ( s )
s j
H a ( j ) H a ( j )
信号与系统实验总结
信号与系统实验总结转眼间,信号与系统实验课已接近尾声。
和蔼的老师，亲切的同组同学，每一个新奇的信号实验，都给刚入大二的我留下了许多深刻印象。
这一学期，共做了“信号的分类与观察”、“非正弦信号的频谱分析”、“信号的抽样与恢复（PAM）”、和“模拟滤波器实验”共四个信号与系统实验。
此学期的实验课程加深了我对信号与系统这门课的感性认知与体会，也增强了我的实际动手能力，有效地处理了实验过程中遇到的问题，收获颇丰。
众所周知，信号与系统这门课程对于电子信息科学与技术专业的我们是何等的重要。
而每周一次的实验，培养了我分析问题和处理问题的能力，使抽象的概念和理论形象化、具体化、对增强学习的兴趣有了极大的好处，针对各个实验及实验中的具体问题，现总结如下：一．信号的分类与观察对于一个系统的特性进行研究，重要的一个方面是研究它的输入—输出关系，即在特定输入信号下，系统输出的响应信号。
因而对信号进行研究是研究系统的出发点，是对系统特性观察的基本方法和手段。
在这个实验中，对常用信号及其特性进行了分析、研究。
由实验箱中元件产生正弦波、指数信号、指数衰减正弦信号三种波形，示波器观察，并根据数据求出函数表达式。
此次实验我最大的收获，就是了解了示波器的使用方法和各个按钮的作用。
初步了解了信号与系统实验箱的各个模块作用。
比如示波器上无法显示波形，先调节辉度按钮，如还未出现，调节垂直POSITION按钮，看波形是不是在屏幕之外，波形不稳，调节触发电平或TIME/DIV，等等。
示波器在各种实验中都起到很重要的作用，所以了解它的原理和使用方法是必备的基础知识，为以后的实验打下了坚实的基础。
作图在实验数据处理中也是很重要的一步。
准确的记录，描点，坐标分度，看似很小的事情真的做起来就会觉得不是那么容易。
把每一个平凡的小事做好，就是一种不平凡。
在数据处理中，我学会了耐心的处理事情。
最后的正弦，指数，和指数衰减正弦信号都在坐标纸上有了很好的体现。
滤波器设计中的数字滤波器和模拟滤波器的比较
滤波器设计中的数字滤波器和模拟滤波器的比较在信号处理和电子工程领域中，滤波器是非常重要的一类设备。
滤波器的作用是去除信号中的杂散成分，使得输出信号更接近于所期望的信号。
根据滤波器的工作原理和实现方式的不同，可以将滤波器分为数字滤波器和模拟滤波器两种类型。
本文将对这两种类型的滤波器进行比较和分析。
一、数字滤波器数字滤波器是基于数字信号处理的原理设计和实现的。
它将连续时间信号转换为离散时间信号，并利用数字信号处理算法来处理信号。
数字滤波器的主要特点如下：1. 数字化处理：数字滤波器将信号进行采样，将连续信号转换为离散信号。
这种数字化的处理方式能够使得滤波器具备更高的灵活性和可调性。
2. 稳定性：数字滤波器具有较好的稳定性，能够在无失真的情况下处理信号。
而且数字滤波器易于实现自适应滤波算法，能够对输入信号的变化做出及时的响应。
3. 精确性：数字滤波器的处理过程是以数字化精度为基础的，因此可以实现较高的精确性。
通过调整数字滤波器的采样频率和滤波算法，可以实现更精细的滤波效果。
4. 实时性：由于数字滤波器的工作是基于离散时间信号的处理，所以数字滤波器具备较高的实时性能。
这使得数字滤波器广泛应用于实时信号处理和通信系统中。
二、模拟滤波器模拟滤波器是基于电路和模拟信号处理的原理设计和实现的。
它通过电子元器件来实现信号处理和滤波的功能。
模拟滤波器的主要特点如下：1. 连续处理：模拟滤波器通过连续时间信号传输和处理来实现信号滤波。
这种连续处理的方式能够使得模拟滤波器具备更高的带宽和动态范围。
2. 近似性：对于非常复杂的滤波算法，模拟滤波器可以提供较好的近似性能。
模拟滤波器能够较好地对信号进行平滑和抑制噪声等处理，适用于一些对滤波效果要求较高的应用场景。
3. 廉价性：由于模拟滤波器是基于电路的设计和实现，因此相对来说成本更低。
这使得模拟滤波器在某些应用中具有优势，比如对于信号干扰要求较高的环境。
4. 实现复杂度：模拟滤波器的设计和实现过程相对复杂，需要考虑电路的稳定性、元器件的性能和参数等因素。
信号与系统滤波器课程设计
《信号与系统》课程设计———模拟巴特沃斯低通滤波器的设计【设计题目】巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器的设计【摘要】主要设计的是低通数字巴特沃兹滤波器，并通过参数设计对比了不同阶数的巴特沃兹滤波器特性能；设计同一要求下的 巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器低通滤波器，并对他们进行了比较。
【引言】对于频率性选择滤波器，巴特沃兹滤波器是广泛应用的一类连续时间LTI 系统，特别是数字滤波具有精度高、灵活性好的等优势，并可以针对信号处理的要求，通过修改参数来改变滤波器特性。
一个Ｎ阶巴特沃兹滤波器的频率响应的幅值应满足()()2211/N c B j j j ωωω=+通过matlab 中给出的用来模拟巴特沃兹滤波器设计的各种强大函数，预先给定参数——通带边缘频率、阻带边缘频率、通带振幅波动dB 数、阻带衰减dB 数，可以做出相应的的低通滤波器。
变化参数，讨论滤波器滤波特性的变化，及滤波效果。
【关键字】巴特沃兹滤波器【正文】1.设计一个低通巴特沃兹滤波器满足下列技术指标：Wp =30 ；Ws = 50 ；Rp =7dB ； Rs = 16dB其中:Wp= 以弧度/秒为单位的通带边缘频率; Wp > 0Ws= 以弧度/秒为单位的阻带边缘频率; Wp >Ws > 0Rp = 通带中的振幅波动的+dB 数; (Rp > 0)Rs = 阻带衰减的+dB 数; (Rs > 0)利用matlab 提供的一个函数Buttord ，Buttord 的作用是： 计算巴特沃兹滤波器的阶N ，以满足通带频率、阻带频率、振幅波动、阻带衰减等这些参数要求，（calculates the minimum order of a digital or analog Butterworth filter required to meet a set of filter design specifications.）在工程中，因为低阶的滤波器容易实现且较便宜，所以求最低的阶。
信号与系统 实验指导4 低通高通滤波器(2020·东北大学秦皇岛分校)
V i (t)V 0(t)滤波电路实验 4 低通与高通滤波器一、实验目的1. 熟悉低通与高通滤波器的构成及其特性；2. 学会测量滤波器幅频特性的方法。
二、实验原理说明滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。
工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。
这里主要是讨论模拟滤波器。
以往这种滤波电路主要采用无源元件 R 、L 和 C 组成，60 年代以来，集成运放获得了迅速发展， 由它和 R 、C 组成的有源滤波电路， 具有不用电感、体积小、重量轻等优点。
此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路工作频率难以做得很高，这是它的不足之处。
基本概念及初步定义 1. 初步定义滤波电路的一般结构如图4—1 所示。
图中的 v 1 (t ) 表示输入信号， v 0 (t ) 为输出信 号。
假设滤波器是一个线形时不变网络， 则在复频域内有： A （s ）＝Vo(s)/Vi(s)图 4-1 滤波电路的一般结构图式中 A （s ）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。
对于实际频率来说（s=jω） 则有：A （ j ω）＝│A （ j ω）│ejφ(ω)3-1这里│A （ j ω）│为传递函数的模， φ(ω)为其相位角。
此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延τ（ω），它定义为：τ（ω）＝- d ϕ(ω)(s ) d ω3-2通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小， 则相位和时延响应亦需考虑。
当相位响应φ(ω)作线性变化，即时延响应τ（ω）为常数时，输出信号才可能避免失真。
2.滤波电路的分类对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率。
理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（│A（jω）│＝0）。
控制系统中的信号处理与滤波方法
控制系统中的信号处理与滤波方法信号处理与滤波方法在控制系统中的应用在现代控制系统中，信号处理与滤波方法起着至关重要的作用。
控制系统的目标是将输入信号转化为期望的输出响应，而信号处理与滤波方法则能够帮助我们对输入信号进行预处理，提取有用信息，剔除噪声干扰，从而提高控制系统的性能和稳定性。
本文将介绍一些常见的信号处理与滤波方法，并探讨它们在控制系统中的应用。
一、模拟滤波器模拟滤波器是一种用电路或传输函数来实现信号滤波的方法。
常见的模拟滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
这些滤波器通过改变信号的频谱特性，选择性地通过或剔除某些频率的信号成分。
在控制系统中，模拟滤波器常用于信号采样前的预处理，以削弱高频噪声的干扰，提高系统的抗干扰能力。
二、数字滤波器数字滤波器是一种用数字信号处理算法来实现信号滤波的方法。
与模拟滤波器相比，数字滤波器具有更好的可控性和灵活性。
常见的数字滤波器包括FIR滤波器和IIR滤波器。
FIR滤波器具有线性相位特性和稳定性，适用于需要精确控制频率响应的应用；而IIR滤波器具有较窄的滤波器设计，适用于资源受限的应用。
数字滤波器在控制系统中广泛应用于信号去噪、提取特征等方面。
三、卡尔曼滤波卡尔曼滤波是一种最优估计滤波器，经典的状态估计与滤波方法。
它通过对系统的状态进行预测和校正，能够有效地估计系统的状态变量。
在控制系统中，卡尔曼滤波常用于系统辨识、状态估计和轨迹跟踪等方面。
它利用系统的动力学模型和测量值，通过最小化估计误差的方差，实现对系统状态的最优估计。
四、小波变换小波变换是一种多尺度分析方法，能够将信号分解成不同频率的成分。
小波变换具有时域和频域的特点，适用于分析非平稳和突变的信号。
在控制系统中，小波变换常用于信号降噪、故障检测、频谱分析等方面。
通过选择合适的小波基函数和分解层数，可以有效地提取信号中的有用信息和故障特征。
五、自适应滤波自适应滤波是一种能够自动调整滤波器参数的方法。
测试信号实验——模拟滤波及数字滤波报告
信号的调理与滤波器设计实验报告一、实验目的掌握模拟滤波器的设计方法和实现过程；掌握数字滤波器的设计方法和实现过程。
二、实验原理在信号传感和传输过程中，由于热噪声、漏电流和电源干扰等因素的影响，不可避免地会有干扰信号叠加到有用信号上，当这种干扰信号非常强时，将严重影响有用信号的识别和利用，因而，通常都有必要对这些干扰信号进行滤波处理。
干扰信号按照频谱分布可分为低频、中频和高频信号，因而，滤波器也相应设计成高通、带通、低通和带阻等形式，具体的滤波器原理和设计方法可参考模拟电子技术和其它相关资料。
在本实验中，要求在对干扰信号频谱分析的基础上，确定滤波器的形式，设计滤波器的截止频率和具体的RC参数，实现对干扰信号的抑制，通过对滤波后信号的时频域分析，评估滤波效果。
三、实验仪器1、电子称1台2、万用表1个3、采集卡1块4、面包板1块5、计算机1台6、信号发生器1台7、Labview软件1套8、运算放大器若干片9、电阻、电容等若干四、实验内容和步骤1、数字滤波器设计：①将电子称、电源、万用表、噪声发生器、采集卡和计算机连接，构成一个完整的测试系统；②利用Labview软件对采集到的信号进行频谱分析，判断干扰信号的频谱分布特征；③根据干扰信号的频谱分布特征进行滤波器的设计，并在面包板上实现；④利用Labview软件对加入滤波器的采集信号进行频谱分析，判断滤波后的干扰信号被抑制的情况，并评价滤波器的功效，如果滤波效果不好，分析具体原因，进一步改进滤波器，直至滤波效果达到预期要求；⑤改变干扰噪声的频率，比较滤波效果，并重新设计滤波器，重复2～4步骤。
2、模拟滤波器设计：①将信号发生器的噪声信号叠加到表示电子称输出的信号上；②将叠加了噪声的信号连接到数据采集卡的接口板上；③利用labview将信号采集到计算机中；④分析信号的频谱，得到信号的幅度谱；⑤根据信号特点提出滤波器设计参数、截止频率；⑥设计出滤波器的传递函数；⑦根据滤波器传递函数设计电路，完成电路的搭接；⑧将滤波器的输出送到采集卡，用计算机程序求出重物重量。
《模拟滤波器设计》课件
滤波器的频率响应
幅度频率响应
群时延频率响应
描述滤波器对不同频率信号的幅度增 益或衰减。
描述滤波器对不同频率信号的群时延 变化。
相位频率响应
描述滤波器对不同频率信号的相位偏 移。
滤波器的传递函数
一阶滤波器：具有一个极点和零点的传递函数。 高阶滤波器：具有多个极点和零点的传递函数。
二阶滤波器：具有两个极点和两个零点的传递函数。
频率等参数，可以使用 MATLAB等工具进行辅助设
计。
巴特沃斯滤波器的应用广泛， 如音频信号处理、图像增强等
。
切比雪夫滤波器设计
切比雪夫滤波器是一种具有等波纹特性的滤波 器，其幅度特性在通带和阻带内都是等波纹的 。
设计切比雪夫滤波器时，需要确定滤波器的阶 数、通带和阻带的波纹幅度等参数，可以使用 MATLAB等工具进行辅助设计。
ERA
模拟滤波器设计的挑战与机遇
挑战
随着信号处理技术的发展，对模拟滤波器的性能要求越来越高，如何提高滤波器的性能、减小其体积 和成本是当前面临的主要挑战。
机遇
随着新材料、新工艺的不断涌现，为模拟滤波器的设计提供了更多的可能性，同时也为解决上述挑战 提供了新的思路和方法。
未来发展方向与趋势
发展方向
切比雪夫滤波器的应用也较广泛，如雷达信号 处理、通信系统等。
椭圆滤波器设计
1
椭圆滤波器是一种具有最小相位特性的滤波器， 其幅度特性和相位特性都是线性的。
2
设计椭圆滤波器时，需要确定滤波器的阶数和截 止频率等参数，可以使用MATLAB应用相对较少，主要在一些特殊领 域如控制系统、信号处理等领域中使用。
测试结果的评价与改进
结果评价
根据测试数据，对模拟滤波器的性能进行客观评价，与设计要求进行对比，找出性能不足之处。
信号与系统实验报告
信号与系统实验报告目录1. 内容概要 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的 (4)1.3 研究意义 (4)2. 实验原理 (5)2.1 信号与系统基本概念 (7)2.2 信号的分类与表示 (8)2.3 系统的分类与表示 (9)2.4 信号与系统的运算法则 (11)3. 实验内容及步骤 (12)3.1 实验一 (13)3.1.1 实验目的 (14)3.1.2 实验仪器和设备 (15)3.1.4 实验数据记录与分析 (16)3.2 实验二 (16)3.2.1 实验目的 (17)3.2.2 实验仪器和设备 (18)3.2.3 实验步骤 (19)3.2.4 实验数据记录与分析 (19)3.3 实验三 (20)3.3.1 实验目的 (21)3.3.2 实验仪器和设备 (22)3.3.3 实验步骤 (23)3.3.4 实验数据记录与分析 (24)3.4 实验四 (26)3.4.1 实验目的 (27)3.4.2 实验仪器和设备 (27)3.4.4 实验数据记录与分析 (29)4. 结果与讨论 (29)4.1 实验结果汇总 (31)4.2 结果分析与讨论 (32)4.3 结果与理论知识的对比与验证 (33)1. 内容概要本实验报告旨在总结和回顾在信号与系统课程中所进行的实验内容，通过实践操作加深对理论知识的理解和应用能力。
实验涵盖了信号分析、信号处理方法以及系统响应等多个方面。
实验一：信号的基本特性与运算。
学生掌握了信号的表示方法，包括连续时间信号和离散时间信号，以及信号的基本运算规则，如加法、减法、乘法和除法。
实验二：信号的时间域分析。
在本实验中，学生学习了信号的波形变换、信号的卷积以及信号的频谱分析等基本概念和方法，利用MATLAB工具进行了实际的信号处理。
实验三：系统的时域分析。
学生了解了线性时不变系统的动态响应特性，包括零状态响应、阶跃响应以及脉冲响应，并学会了利用MATLAB进行系统响应的计算和分析。
信号与系统-实验1-无源和有源滤波器设计
哈尔滨理工大学实验报告课程名称：信号与系统实验实验名称：无源和有源滤波器设计班级学号姓名指导教师2020 年6 月7 日教务处印制一、实验预习（准备）报告1、实验目的1.了解 RC 无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2.分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性；3.掌握滤波器的设计方法并完成设计和仿真。
2、实验相关原理及内容1、滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可以由RC 元件和有源器件构成的有源滤波器。
2、根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种。
把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。
而通带与阻带的分界点的频率ωc 称为截止频率或称转折频率。
图1-1 中的|H(jω)|为通带的电压放大倍数，ω0为中心频率，ωcL和ωcH分别为低端和高端截止频率。
图1-1 各种滤波器的理想频幅特性3、图 1－2 所示，滤波器的频率特性 H（jω）（又称为传递函数），它用下式表示H(jω)=u2=A(ω)∠θ(ω)u1（3－1）式中 A（ω）为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。
它们都可以通过实验的方法来测量图 1-2 滤波器。
图 1-2 滤波器模型图四种滤波器的实验线路如图 1-3 所示：图 1-3 各种滤波器的实验线路图3、实验方法及步骤设计1、滤波器的输入端接正弦信号发生器或扫频电源，滤波器的输出端接示波器或交流数字毫伏表，2、测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。
3、无源和有源低通滤波器的仿真设计与幅频特性测试。
（1）测试RC 无源低通滤波器的幅频特性。
用图1-1（a）所示的电路，测试RC 无源低通滤波器的特性。
数字滤波器与模拟滤波器的比较
数字滤波器与模拟滤波器的比较在信号处理中，滤波器扮演着关键的角色。
数字滤波器和模拟滤波器是两种常见的滤波器类型。
它们在滤波器设计、应用和性能等方面存在不同之处。
本文将比较数字滤波器与模拟滤波器的几个关键方面，以便更好地理解它们的特点。
一、滤波器分类根据信号处理的方式，滤波器可以分为数字滤波器和模拟滤波器。
数字滤波器通过对离散时间信号进行采样和计算来实现滤波效果，而模拟滤波器则通过对连续时间信号进行电路或电子组件的处理来实现滤波效果。
二、工作原理数字滤波器和模拟滤波器的工作原理存在一定的差异。
数字滤波器将输入信号进行采样，并使用离散的数学运算方法对信号进行处理。
而模拟滤波器则通过电阻、电容、电感等元件对连续时间信号进行滤波。
三、设计和实现设计和实现数字滤波器相对简单且灵活。
通过对数字滤波器的差分方程进行设计，可以方便地调整滤波器的性能特点。
数字滤波器的设计通常使用MATLAB、Python等工具以及数字滤波器设计算法进行实现。
相比之下，模拟滤波器的设计相对复杂，需要精心布置电路，选取合适的元器件来实现理想的滤波特性。
这涉及到电路的设计与调试，对设计者的要求更高。
四、性能和精度数字滤波器在滤波性能和精度方面具有较大优势。
数字滤波器的设计可以提供更精确的频率响应，可以实现更高的滤波器阶数以及更高的停带抑制比。
而模拟滤波器的性能受到电子元件的限制，难以达到数字滤波器那样的高精度。
五、应用领域数字滤波器和模拟滤波器在不同领域有着广泛的应用。
数字滤波器广泛应用于数字通信、声音和图像处理等领域。
其优势在于处理速度快、稳定性高，并且可以方便地与计算机系统集成。
而模拟滤波器则主要用于模拟信号处理、音频放大器等方面，在音频和射频领域有着重要的应用。
六、适应性和灵活性数字滤波器的适应性和灵活性相对较强。
通过调整数字滤波器的参数和算法，可以实现各种不同的滤波特性。
而模拟滤波器的设计和调整相对困难，往往需要对电路进行重构或更换元件来实现不同的滤波效果。
信号与系统综合实验报告-带通滤波器的设计
广州大学综合设计性实验报告册实验项目选频网络的设计及应用研究学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩实验地点电子楼316 指导老师《综合设计性实验》预习报告实验项目：选频网络的设计及应用研究一 引言：选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。
比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。
选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。
二 实验目的：（1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。
（2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。
（3）学会使用Multisim 进行电路仿真。
三 实验原理：带通滤波器：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。
电路性能参数可由下面各式求出。
通带增益：CBR R R R A f vp 144+=其中B 为通频带宽。
中心频率：)11(12131220R R C R f +=π通带宽度：)21(14321R R R R R C B f -+=品质因数：Bf Q 0=此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。
四 实验内容：设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。
五 重点问题：（1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。
（2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。
六 参考文献：[1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，2001.图1 二阶带通滤波器[3]承江红，谢陈跃.信号与系统仿真及实验指导.北京：北京理工大学出版社，2009.《综合设计性实验》实验报告实验项目：选频网络的设计及应用研究 摘要：带通滤波器理论计算：中心频率Hz f 20000=，下限频率Hz f L 2100=，上限频率Hz f H 1900=。
信号系统实验数字滤波器实验(有数据)
实验：数字滤波器一、实验目的1.了解数字滤波器的作用与原理；2.了解数字滤波器的设计实现过程。
二、实验原理说明当我们仅对信号的某些分量感兴趣时，可以利用选频滤波器，提取其中有用的部分，而将其它滤去，滤波器的一项基本任务即对信号进行分解与提取。
三、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号系统实验箱 1台四、实验步骤1.连接P04 和P101；2.调节信号源，使P04输出f=4KHz的正弦波，调节W701使信号幅度为4V；3.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2DlD0=0010,指示灯对应数字滤波；4.观察TP801输出的信号；5.试着将P04输出信号频率调节到5K, 6K, 7K……观察TP801输出信号的变化；6.测量不同频率下信号输出幅度的变化，画出滤波器的相应曲线；7.将正弦波改变成方波信号，调节频率从1K-8K,观察TP801信号的变化。
五、数据处理与分析输出信号频率图像f=4kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=5kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=6kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=7kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出输出信号频率图像f=4kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=5kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=6kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出f=7kHzCH2：信号源CH1：滤波器输出六、实验总结1.原始信号频率不同时，相应的输出信号频率和幅度发生改变。
2.对比原始信号，输出信号发生了相应的相移，且当增大原始信号的频率，相移变化更大。
3.有一定的滤波作用，但不是理想的。
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三、实验原理
2、切比雪夫滤波器 1 | H ( j) | ( ) 其频响特性为： 1 T ( ) 特点： 1 1）所有曲线通过（ ，1 T ）点，因而把 定义为切 比雪夫滤波器的截止角频率； 1 1 H ( j ) 2）在通带 内， a 在1和 1 T 之间变化；在通带外， Ω 1 单调下降； 3）通带内波动均匀性； 4）相位的非线性特性。
六、实验步骤
（2）四阶无源巴特沃思带通滤波器特性测量
（A）带通滤波器中心频点测量：首先用低频信号源产生一正 弦信号，改变信号源的输出频率，当滤波器输出信号的幅度为 最大，低频信号源的频率即为该带通滤波器的中心频点。 （B）带通滤波器的频响特性测量：用低频信号源产生一正弦 信号，其频率在带通滤波器中心频率附近。然后不断增加或减 少信号源的输出频率（20KHz一个步进），测量相应频点的滤 波器输出信号的幅度，并记录下来。以频率与输出幅度（可换 算成相对0点的相对电平值，其单位为dB）为变量画出一曲线， 则该曲线即为该滤波器频响特性曲线。
一、实验目的
1、掌握低通无源滤波器的设计； 2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波 器的转换； 3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带 通滤波器、带阻滤波器的结构与特性； 4、了解巴特沃思低通滤器与切比雪夫低通滤 波器的特点； 5、学会用信号源与示波器测量滤波器的频响 特性。
二、预备知识
1、 学习“模拟滤波器的逼近”； 2、 系统函数的展开方法；
六、实验步骤
2、有源滤波器特性测量：
（1）二阶有源巴特沃思低通滤波器特性测量：测量方法自拟。 （2）二阶有源巴特沃思高通滤波器特性测量：测量方法自拟。 （3）二阶有源巴特沃思带通滤波器特性测量：测量方法自拟。 （4）二阶有源巴特沃思带阻滤波器特性测量：测量方法自拟。 （5）二阶有源切比雪夫低通滤波器特性测量：测量方法自拟。 （6）八阶有源切比雪夫低通滤波器特性测量：测量方法自拟。
2 2 a 2 2 N 2N c
c
2
N
c
2
2
c
N
c
四、实验仪器
1、JH5004“信号与系统”实验箱一台； 2、20MHz示波器 一台； 3、低频信号源（0Hz～2MHz） 一台；
五、实验模块说明
五、实验模块说明
该模块上一共设计了四个无源滤波器与六个有源滤波 器，下面从上到下、从左到右逐一介绍滤波器的类型：
八、报告要求
二、总结报告 1、实验仪器名称、型号和编号； 2、实验数据整理、实验现象分析； 3、实验方法及仪器使用总结； 4、问题讨论； 实验报告在实验完成后一周内交给指导教师，一律用 采用学校统一的《学生实验报告》书写，装订成册， 实验波形一律在坐标方格纸上由绘图尺完成 。
（1）四阶无源巴特沃思低通滤波器； （2）四阶无源巴特沃思带通滤波器； （3）六阶无源巴特沃思低通滤波器，其3dB点在2MHz； （4）六阶无源巴特沃思高通滤波器，其过渡频率在2MHz； （5）二阶有源巴特沃思低通滤波器，其3dB点在50KHz； （6）二阶有源巴特沃思高通滤波器，其3dB点在50KHz； （7）二阶有源巴特沃思带通滤波器，其中心频点在64KHz； （8）二阶有源巴特沃思带阻滤波器，其中心频点在32KHz； （9）二阶有源切比雪夫低通滤波器，其3dB点在32KHz； （10）八阶有源切比雪夫低通滤波器，其3dB点在3400Hz。
各种滤波器的频响特性图：
(a)低通滤波电路
(b)高通滤波电路
(c)带通滤波电路
(d)带阻滤波电路
三、实验原理
在这四类滤波器中，又以低通滤波器最 为典型，其它几种类型的滤波器均可从 它转化而来。 对于模拟低通滤波器的设计方法，一般 是通过逼近的设计方法。在最常用的滤 波器中又以巴特沃思滤波器、切比雪夫 滤波器最常用。
六、实验步骤
（3）六阶无源巴特沃思低通滤波器特性测量：
（A）3dB频点测量：方法同四阶无源巴特沃思低通滤波器特性测量。 （B）滤波器的频响特性测量：方法同四阶无源巴特沃思低通滤波器 特性测量。
（4）六阶无源巴特沃思高通滤波器特性测量：
（A）3dB频点测量：首先用低频信号源找出六阶无源巴特沃思高通滤 波器在高端频率点的输出幅度（在该频点附近信号输出保持不变）， 以该点的输出信号幅度为参考。降低信号源的输出频率，当滤波器输 出信号的幅度为参考输出幅度的0.707时，低频信号源的频率即为该高 通滤波器的3dB频点。 （B）滤波器的频响特性测量：用低频信号源产生一正弦信号，然后 不断增加信号源的输出频率（20KHz一个步进），测量相应频点的滤 波器输出信号的幅度，并记录下来。以频率与输出幅度（可换算成相 对0点的相对电平值，其单位为dB）为变量画出一曲线，则该曲线即 为该滤波器频响特性曲线。
六、实验步骤
1、无源滤波器的测量：
（1）四阶无源巴特沃思低通滤波器特性测量
（A）3dB频点测量：首先用低频信号源产生一1KHz的正弦信 号，测量四阶无源巴特沃思低通滤波器在该频点的输出幅度； 然后不断增加信号源的输出频率，当滤波器输出信号的幅度为 原来的0.707时，低频信号源的频率即为该滤波器的3dB频点。 （B）滤波器的频响特性测量：用低频信号源产生一正弦信号， 然后不断增加信号源的输出频率（20KHz一个步进），测量相 应频点滤波器输出信号的幅度，并记录下来。以频率与输出幅 度（可换算成相对0点的相对电平值，其单位为dB）为变量画 出一曲线，则该曲线即为该滤波器频响特性曲线。
注：选作1、2、4。
七、思考问题
1、指出四阶无源巴特沃思低通滤波器特性与六阶无源 巴特沃思低通滤波器特性的差异，并说明其原因？ 2、指出二阶有源巴特沃思低通滤波器特性与二阶有源 切比雪夫低通滤波器特性的差异，并说明原因？ 3、结合预习问题、实验所得数据，探讨衡量滤波器的 性能参数有哪些（以理想滤波器为评价标准），说明 每个参数的引入原因。 4、实验体会（知识领会、实践能力）。
八、报告要求
一、预习报告 实验前应认真阅读实验指导书，明确实验目的，了解 实验原理、内容，掌握实验步骤及注意事项，并写出 预习报告，内容包括： 1、 实验目的； 2、 实验仪器、设备连接方框图，并标明测试点； 3、 实验记录表格及测试步骤； 4、 实验指导书上规定的其它内容。
精品课件！
精品课件！
模拟滤波器根据其通带的特征可分为：
（1）低通滤波器：允许低频信号通过，将高频信号衰 减； （2）高通滤波器：允许高频信号通过，将低频信号衰 减； （3）带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过， 将此频带外的信号衰减； （4）带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过， 而允许此频带以外的信号衰减；
三、实验原理
3、低通滤波器的结构与转换方法；
二、预备知识
预习报告中回答以下问题： 1、实际中常用的滤波器电路类型有哪些，有何特点？ 2、有源滤波器、无源滤波器的概念，优缺点和各自的 应用场合？ 3、绘出低通、带通、带阻、高通四种滤波器的理想频 响曲线及实际频响曲线，两者有何根本区别，产生原 因？
三、实验原理
三、实验原理
1、巴特沃思滤波器 | H ( j) | 其频响特性为：
a 2
( 1 (
1 2N ) c
)2
特点： 1）最大平坦性：其滤波器在0频点处附近一段范围内是 非常平直的，它是以原点的最大平坦性来逼近理想低通滤 波器； 2）通带、阻带下降的单调性； 3）具有良好的相频特性； 4）3dB的不变性：随N的增加，频带边缘下降越陡峭，越 接近理想特性。但不管N是多少，幅频特性都通过3dB 点。