第四章无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器的设计方法 - Read.DOC

无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器的设计方法 1．，试用脉冲响应不变法及双线性变换将以上模拟传递函数H(z)，采样周期T=0.5。 解： 用脉冲响应不变法： 用双线性变换 2．，采样周期T=2,重复第1题。 解： 用脉冲响应不变法： 方法： 双线性变换 3．，采样周期为T=0.1，重复第一题。 解：(1)脉冲响应不变法 (2)双线性变换 4．用脉冲不变法将以下转换为H(z)，采样周期T。 解： (1) 方法一： 方法二： (2) (3) ,m为任意整数 5．是理想积分器，其输出信号是输入信号的积分 就是曲线下的面积，现用脉冲响应不变法将转换为一数字积分器，写出数字积分器的传递函数，差分方程，画出其结构图，并证明所得数字系统的功能与原模拟系统的差别就在于以采样值向后所做的矩形面积来代替的连续面积。 解： x(n) T y(n) x(n)是采样值。Tx(n)就是以采样值向后所做的矩形面积，由差分方程 y(n)=Tx(n)+y(n-1)，可见系统是递归型的，当前的y(n)等于当前采样值向后所做的矩形面积之和，即，这正是： y(n)=x(n)*h(n)=Tx(n)*u(n) 由此证明所得数字系统的功能与原模拟数字系统的差别就在于以采样值后所做的矩形面积来代替的连续面积。 6．以双线性变换代替脉冲响应不变法，重复第五题。并证明这时数字系统的功能就是将前后两采样点之间连线所围成的梯形面积来代替的连续面积。 解： x(n) y(n) T/2 同第五题。(T/2)[x(n)+x(n-1)]是两采样点之间连线所围成的梯形面积。y(n) 等于这块梯形面积加以往各梯形面积之和，以代替的连续面积。用数学式子加以表示： 7．一个采样数字处理低通滤波器如图，H(z)的截止频率为，整个系统相当于一个模拟低通滤波器，今采样频率，问等效于模拟低通的截止频率=？若采样频率分别为，而H(z)不变，问这时等效于模拟低通的截止频率又为多少？ x(n) y(n) 解： 8．设采样频率为=6.28318kHz，用脉冲响应不变法设计一个三阶巴特瓦兹数字低通，截止频率为=1kHz,并画出该低通的并联结构图。 解： 设 并联结构如图： 0．3679 x(n) y(n) -1 -1 9．用双线性变换设计一个巴特瓦兹数字低通，采样频率为=1.2kHz，截止频率为=400Hz。 解：数字域临界频率为，预畸的模拟滤波器临界频率 将代入式(4-19) 10．用双线性变换设计一个巴特瓦兹数字低通，采样频率为=6kHz，截止频率为=1.5kHz。 解：数字域临界频率为,预畸的模拟滤波器临界频率 , 将代入式(4-19) 由双线性变换得： 11．用双线性变换设计一个巴特瓦兹数字高通，采样频率为=720Hz，上下边带截止频率为。 解：数字域的上下边带截止频率 代入式(4-28), 求中心频率： 代入式(4-30)，求模拟低通的截止频率： 模拟低通为 12．若是模拟网络的阶跃响应，也就是网络在单位阶跃输入的情况下的输出，即=u(t)则为数字网络H(z)的阶跃响应，即网络在单位阶跃序列输入下的输出序列，x(n)=u(n)则。如果已知及，令这样来设计H(z)就称为阶跃不变法，试用 阶跃不变法确定H(z)与的关系。 解： 两边取z变换得： 其中表示反拉氏变换。 13．证明式(4-37)满足全通特性，即。 证明： 14．证明式(4-37)满足稳定性要求，即z平面的单位圆以内映射到u的单位圆以内，z平面的单位圆以外映射到u的单位圆以外。 解： |r|1 当|R|1时， 即z平面单位圆以外映射到u单位圆以外 同理，当 当|R|1时，|u|1即z平面单位圆以内映射到u单位圆以内。 15．证明式(4-37)当N=1时，即一个实根单节全通函数时，其相位函数满足(((((((((((。 解： ((((((((((( 16．证明式(4-37)当N=2,并且为一对共轭复根时，((((((((((2(。 证明： 17．证明式(4-37)的相差一般特性，((((((((((N(。 证明： 当为实数时，N为偶数1，N为奇数-1 所以 当为复数时，则两两共轭