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Pregunta hipotética acerca de los filtros

Como yo lo entiendo, el ideal de la respuesta en frecuencia de un filtro es que queremos la máxima ganancia en la banda de paso, una vertical o en el instante de corte y 0 en la parada de la banda, sin embargo este es ideal y que nunca puede ser alcanzado en la vida real.

A lo largo de vino Butterworth y se encontró una relación / fórmula para elegir la combinación adecuada de inductores y capacitores para ser capaz de crear filtros coincidente con ciertas especificaciones y que se asemejaba a la respuesta en frecuencia que queremos -, pero no ideal.

Con la misma estructura de filtro a lo largo de vino de Chebyshev y trabajó a cabo una mejor fórmula para conseguir una aún más estrecha, más atentos relación a darnos un filtro que se acerca más a la idea de Butterworths relación, por ejemplo, una mucho más pronunciada de transición de la banda que el mismo diseño con Butterworths.

A continuación, de nuevo, a lo largo de vino Cauer con su propio método de cálculo de las relaciones y valores necesarios para obtener una mejor y más cercana aproximación a una idea de filtro. Con la más pronunciada de la transición todavía.

Con todos estos, que no han descubierto una nueva "estructura" o encontrado que al hacer una conexión diferente de obtener un mejor filtro, sino que cada uno ideado un mejor y más preciso de la fórmula para la elección de los valores de los componentes para obtener el filtro de cerca y más cerca de lo ideal.

Así que mi pregunta es esta.

Digamos que estamos tratando con un 5 fin de filtro de paso bajo. (El tipo en realidad no importa). Con Butterworth tenemos un buen filtro, entonces todavía el uso de un 5to orden y la misma estructura de Chebyshev fue capaz de "sintonizar" es aún más para crear e incluso mejor respuesta y, a continuación, el mismo con Cauer.

Ahora si me iba a tomar mi 5ª estructura de orden y fue capaz de simular cualquier posible inductor de valor y el valor del capacitor puedo encontrar una combinación que me daría la mejor posible / modelo más cercano a lo ideal, que gana a todo lo anteriormente conocido tipos de filtro?

Y luego, cuando alguien es capaz de diseñar o elaborar una relación de todos estos valores, y junto con la especificación eso es necesario entonces sería un clasificado de su propio tipo de filtro como Butterworth etc?

Mi segunda pregunta es entonces,

Hacer matemáticos / ingenieros saben de un "mejor" respuesta del filtro que es físicamente posible para un determinado fin, pero hasta ahora no sé cómo crearlo.

Similar a decir, si NP = P ha demostrado que esto significaría que sabemos seguro que hay solución a los problemas, pero no hemos trabajado todavía cómo llegar / havnt trabajado un algoritmo para él. (Lo siento si eso es un mal ejemplo o su mal, pero es la mejor analogía que se me ocurre por ahora)

3voto

RWH Puntos 21

La diferencia entre los filtros que el nombre no es que cada uno nuevo inventado hizo una aproximación más cercana a la ideal del filtro, sino que cada uno se optimiza el filtro para una característica diferente. Porque hay un trade-off entre diferentes características, cada uno elige un camino diferente para hacer de este trade-off.

Como dijo Andy, el filtro Butterworth tiene la máxima planitud en la banda pasante. Y el filtro Chebychev tiene el más rápido de roll-off entre la banda pasante y la banda de parada, en el costo de rizado en la banda pasante.

La Elíptica de filtro (filtro de Cauer) parametriza el equilibrio entre la banda de paso y la banda de parada de la ondulación, con la mayor rapidez posible roll-off, dado el elegido ondulación características.

Ahora si me iba a tomar mi 5ª estructura de orden y fue capaz de simular cualquier posible inductor de valor y el valor del capacitor puedo encontrar una combinación que me daría la mejor posible / modelo más cercano a lo ideal, que gana a todo lo anteriormente conocido tipos de filtro?

Depende de lo que quieres decir con "lo mejor posible" o "modelo más cercano". Si te refieres a la una con la respuesta más plana en la banda de paso, acabar con el filtro Butterworth. Si te refieres a la mejor posible roll-off dado un fijo de rizado en la banda de paso, acabar con el Chebychev de diseño, etc.

Si elige algún otro criterio de optimización (como la media de cuadrados del error entre el filtro de las características y el vagón de carga ideal, por ejemplo), usted podría terminar con un diseño diferente.

Hacer matemáticos / ingenieros saben de un "mejor" respuesta del filtro que es físicamente posible para un determinado fin, pero hasta ahora no sé cómo crearlo.

Los filtros que se nombran (Butterworth, Chebychev, Cauer) son los mejores, para las diferentes definiciones de "mejor" que definen los filtros.

Si había alguna otra definición de "mejor" en la mente, ciertamente se podría diseñar un filtro para optimizar que, con la tecnología existente. Andy la respuesta de los nombres de un par de otros criterios y los filtros que optimizar, por ejemplo.

Permítanme añadir otra pregunta que puede hacer un seguimiento,

¿Por qué no en la práctica, el diseño de filtros para optimizar la media de cuadrados del error entre el filtro de las características y el vagón de carga ideal?

Probablemente debido a que la media de cuadrados del error no captura bien el diseño de impacto de la los "errores" en la banda de paso y la banda de parada de la respuesta. Porque la respuesta ideal tiene 0 magnitud en la banda de parada es difícil de definir una "respuesta relativa" de medición que tiene el mismo peso en ambas regiones.

Por ejemplo, en algunos de los diseños de un error de -40 dB (.01 V/V) en relación con el ideal 0 V/V respuesta en la banda de parada sería mucho peor que un error de 0.01 V/V en el paso de banda.

2voto

ianb Puntos 659

Mira el resumen de los tres filtros de abajo y pregúntate a ti mismo cuál es el mejor filtro para TODOS (o cualquier) de las aplicaciones. (palabras tomadas de aquí)

Bessel máximamente plana de retraso de tiempo

Ventajas:

  • Mejor respuesta-muy poco sobregiro o zumbido.

Diavantages:

  • Más lento de la velocidad inicial de la atenuación más allá de la banda de paso de Butterworth.

Butterworth máximamente plana magnitud

Ventajas:

  • Máximamente plana magnitud de la respuesta en la banda de paso.
  • El buen desempeño de todo.
  • Pulso de respuesta mejor que la de Chebyshev.
  • Tasa de atenuación mejor que la de Bessel.

Diavantages:

  • Algunos de sobreimpulso y zumbido en respuesta al escalón.

Chebyshev igualdad de ondulación de la magnitud

Ventajas:

  • Mejor tasa de atenuación más allá de la banda de paso de Butterworth.

Diavantages:

  • Ripple en la banda de paso.
  • Considerablemente más zumbido en respuesta al escalón de Butterworth

Una mejor solución a la que alguien puede tener es el uso de más polos en el filtro - esto significa etapas más y más complicaciones - es un poco como la compra de un coche - ¿te comprar el coche que tiene el mayor número de ruedas o cilindros o asientos. Algunos de los factores que son importantes y claramente algunos no lo son. Lo que los matemáticos sí sabemos es que un filtro perfecto con infinita de la banda de parada de la atenuación y ganancia unitaria (no máximo, como se dice en su pregunta) en el ancho de banda, se procesan las señales bien, pero va a tomar una cantidad infinita de tiempo de la señal a la salida.

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