Фильтр Чебышёва[К 1] — один из типов линейныханалоговых или цифровых фильтров, отличительной особенностью которого является более крутой спад амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и существенные пульсации амплитудно-частотной характеристики на частотах полос пропускания (фильтр Чебышёва I рода) и подавления (фильтр Чебышёва II рода), чем у фильтров других типов. Фильтр получил название в честь известного русского математика XIX века Пафнутия Львовича Чебышёва, так как характеристики этого фильтра основываются на многочленах Чебышёва.
Фильтры Чебышёва обычно используются там, где требуется с помощью фильтра небольшого порядка обеспечить требуемые характеристики АЧХ, в частности, хорошее подавление частот из полосы подавления, и при этом гладкость АЧХ на частотах полос пропускания и подавления не столь важна.
Это более часто встречающаяся модификация фильтров Чебышёва. Характеризуется колебаниями АЧХ в полосе пропускания. Аналитически АЧХ такого фильтра -го порядка задаётся следующим выражением:
В полосе пропускания такого фильтра существуют пульсации, амплитуда которых определяется показателем пульсации (англ.ripple factor) . В полосе пропускания многочлены Чебышёва принимают значения от 0 до 1, поэтому коэффициент усиления фильтра принимает значения от максимального до минимального На частоте среза коэффициент усиления имеет значение а на частотах выше неё продолжает уменьшаться с увеличением частоты. (Примечание: обычное определение частоты среза как частоты на которой модуль коэффициента передачи снижается на 3 дБ в случае фильтра Чебышёва не применяется).
Для аналогового электронного фильтра Чебышёва его порядок равен числу реактивных компонентов (например, индуктивностей и/или конденсаторов), использованных при его реализации.
Пульсации в полосе пропускания часто задаются в децибелах:
Пульсации в дБ =
Например, пульсации с амплитудой в 3 дБ соответствуют
Более крутой спад АЧХ может быть получен если допустить пульсации не только в полосе пропускания, но и в полосе подавления, добавив в передаточную функцию фильтра нули на мнимой оси в комплексной плоскости. Это, однако, приведёт к менее эффективному подавлению в полосе подавления. Полученный таким образом фильтр является эллиптическим фильтром, также известным как фильтр Кауэра.
Полюса и нули
Для упрощения формул примем частоту среза фильтра равной единице. Полюса фильтра Чебышёва являются нулями выражения в его знаменателе. Используя комплексную частоту получим:
Представив и используя тригонометрическое представление многочленов Чебышёва, получим:
После разрешения последнго выражения относительно
Тогда полюса фильтра Чебышёва определяются из следующего выражения:
Используя свойства тригонометрических и гиперболических функций, запишем последнее выражение в комплексной форме:
где
Это выражение можно рассматривать как параметрическое уравнение с параметром Оно показывает, что полюса лежат на эллипсе в -плоскости, причём центр эллипса находится в точке полуось действительной оси имеет длину а полуось мнимой оси имеет длину
Передаточная функция
Уравнение, выведенное выше, содержит полюса, относящиеся к комплексному коэффициенту усиления фильтра Для каждого полюса есть комплексно-сопряжённый с ним полюс, а для каждой комплексно-сопряжённой пары полюсов есть два полюса, отличающихся от них только знаком действительной части. Передаточная функция должна быть устойчивой, что означает, что её полюса должны иметь отрицательную действительную часть, то есть лежать в левой полуплоскости комплексной плоскости. Передаточная функция в этом случае задаётся следующим выражением:
где — это только те полюса, которые имеют отрицательную действительную часть.
Фазовые характеристики фильтра Чебышёва I рода — фазо-частотная характеристика (ФЧХ) и фазовая задержка — представлены на рисунке. Фазо-частотная характеристика показывает распределение по частоте смещения фазы выходного сигнала относительно входного. Фазовая задержка определяется как частное от деления фазы фазо-частотной характеристики на частоту и характеризует распределение по частоте временно́го смещения выходного сигнала относительно входного:
Фильтр Чебышёва II рода (или инверсный фильтр Чебышёва) используется реже, чем фильтр Чебышёва I рода ввиду менее крутого спада амплитудной характеристики, что приводит к увеличению числа электронных компонентов для реализации аналогового электронного фильтра с заданной крутизной спада. У него нет пульсаций в полосе пропускания, однако пульсации присутствуют в полосе подавления. Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра задаётся выражением:
В полосе подавления полиномы Чебышёва принимают значения в диапазоне от 0 до 1, из-за чего амплитудная характеристика такого фильтра принимает значения от нуля до
Минимальной частотой, при которой достигается максимум АЧХ является частота среза Параметр связан с затуханием в полосе подавления в децибелах следующим выражением:
Для затухания на частотах полосы подавления в 5 дБ:
для затухания в 10 дБ:
Частота является частотой среза.
Частота затухания на 3 дБ связана с следующим выражением:
Полюса и нули
Приняв частоту среза равной единице, получим выражение для полюсов фильтра Чебышёва:
Полюса фильтра Чебышёва II рода представляют собой «инверсию» полюсов фильтра Чебышёва I рода:
где
Нули фильтра Чебышёва II рода определяются из следующего соотношения:
Нули фильтра Чебышёва II рода являются «инверсией» нулей многочленов Чебышёва:
где
Передаточная функция
Передаточная функция задаётся при помощи полюсов в левой полуплоскости комплексной плоскости, её нули совпадают с нулями модуля амплитудной характеристики, с тем лишь отличием, что их порядок равен 1.
Групповая задержка
Амплитудно-частотная характеристика и групповая задержка показаны на графике. Можно видеть, что пульсации амплитуды лежат в полосе подавления, а не в полосе пропускания.
Фазовые характеристики
Фазовые характеристики фильтра Чебышёва II рода — фазо-частотная характеристика и фазовая задержка представлены на рисунке. Фазо-частотная характеристика показывает зависимость от частоты фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного. Фазовая задержка определяется как частное от деления фазового сдвига на частоту и характеризует частотную зависимость временно́го запаздывания выходного сигнала относительно входного.
Цифровые фильтры Чебышёва
Фильтры Чебышёва часто реализуются в цифровой форме. Для того, чтобы от аналогового фильтра перейти к цифровому, необходимо над передаточной функцией каждого каскада записанной для аналогового фильтра осуществить билинейное преобразование. Результирующий фильтр получается путём последовательного соединения каскадов. Простой пример фильтра Чебышёва низких частот I рода чётного порядка[источник не указан 2934 дня]:
Для получения фильтра Чебышёва более высокого порядка, необходимо соединить последовательно несколько каскадов.
Сравнение с другими линейными фильтрами
На рисунке представлены графики АЧХ фильтра Чебышёва I и II родов с пульсациями в полосе пропускания или полосе подавления равными 0,1 в сравнении с некоторыми другими часто используемыми фильтрами 5-го порядка.
По графикам видно, что амплитудно-частотные характеристики фильтров Чебышёва имеют более крутой спад, чем спад у фильтров Баттерворта, но не такой крутой спад, как у эллиптического фильтра.
↑Вопреки распространённому произношению старинной дворянской фамилии учёного — Чебышёв[1][2][3] — с ударением на первый слог (Че́бышев), обусловленному характерной для XX века тенденцией к обособлению фамилий на -ов/-ёв от исходных притяжательных прилагательных[2] и традиционным неразличением е/ё на письме, 4-е издание академического «Русского орфографического словаря» (2013), словарь ударений «Собственные имена в русском языке» (2001) и профильные академические издания, последовательно использующие ё при передаче имён и названий, фиксируют в качестве орфографической и орфоэпической нормы написание и произношение Чебышёв[4][5][6][7].
Примечания
↑Чебышев Пафнутий Львович / Б. В. Гнеденко // Чаган — Экс-ле-Бен. — М. : Советская энциклопедия, 1978. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 29).. — В заголовке статьи: «Чебышев (произносится Чебышёв) Пафнутий Львович…»
↑ 12Унбегаун, Б. О. Русские фамилии / пер. с англ. Л. В. Куркиной, В. П. Нерознака, Е. Р. Сквайрс; ред. Н. Н. Попов. — М. : Прогресс, 1989. — С. 349. — ISBN 5-01-001045-3.
↑Калиткин, Н. Н. Численные методы : учебное пособие. — 2-е изд., испр. — СПб. : БХВ-Петербург, 2011. — С. 33 [чебышёвская система функций], 465 [чебышёвский набор шагов], 552 [критерий Чебышёва], 574 [многочлены Чебышёва]. — (Учебная литература для вузов). — ISBN 978-5-9775-0500-0.
↑Чебышёв [многочлены Чебышёва, формула Чебышёва] ; чебышёвский // Русский орфографический словарь / Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова; под ред. В. В. Лопатина, О. Е. Ивановой. — Изд. 4-е, испр. и доп. — М. : АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2013. — С. 819. — (Фундаментальные словари русского языка). — ISBN 978-5-462-01272-3.
↑Агеенко, Ф. Л.Чебышёв Пафну́тий // Собственные имена в русском языке : словарь ударений. — М. : Издательство НЦ ЭНАС, 2001. — С. 349. — ISBN 5-93196-107-0.
↑Журнал вычислительной математики и математической физики. — М. : Издательство АН СССР, 1982. — Т. 22, № 1. — С. 142 [чебышёвский центр множества].
↑Математический сборник. — М. : Наука, 2004. — Т. 195. — С. 29 [чебышёвский альтернанс], 56—57 [чебышёвский метод].
Библиография
Кривицкий Б. Х. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. — М. : Энергия, 1977.
Лукас В. А. Теория автоматического управления. — M. : Недра, 1990.
Daniels Richard W. Approximation Methods for Electronic Filter Design. — New York : McGraw-Hill, 1974. — ISBN 0-07-015308-6.
Higgins Richard J. Digital Signal Processing in VLSI. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 1990. — ISBN 0-13-212887-X.
Haykin S. Adaptive Filter Theory. — 4th ed. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 2001. — ISBN 0-13-090126-1.
Honig Michael L.; Messerschmitt David G. Adaptive Filters – Structures, Algorithms, and Applications. — Hingham, MA : Kluwer Academic Publishers, 1984. — ISBN 0-89838-163-0.
Markel J. D.; Gray Jr. A. H. Linear Prediction of Speech. — New York : Springer-Verlag, 1982. — ISBN 0-387-07563-1.
Oppenheim A. V.; Schafer R. W. Digital Signal Processing. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 1975. — ISBN 0-13-214635-5.
Proakis John G.; Manolakis Dimitris G. Introduction to Digital Signal Processing. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 1988. — ISBN 0-02-396815-X.
Rabiner L. R.; Schafer R. W. Digital Processing of Speech Signals. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 1978. — ISBN 0-13-213603-1.
Rabiner L. R.; Gold B. Theory and Application of Digital Signal Processing. — Paramus, NJ : Prentice-Hall, 1986. — ISBN 0-13-914101-4.
Rorabaugh Britton C. Approximation Methods for Electronic Filter Design. — New York : McGraw-Hill, 1999. — ISBN 0-07-054004-7.
Logo Trans Musi Trans Musi adalah sistem bus raya terpadu di Kota Palembang, Indonesia. Trans Musi dikelola oleh PT Sarana Pembangunan Palembang Jaya yang merupakan Badan Usaha Milik Daerah (BUMD) Kota Palembang.[1] Sistem transportasi Trans Musi menghubungkan moda transportasi lainnya berupa bandara, stasiun kereta api, terminal bus, dan terminal bus air. Sistem pembayaran Trans Musi hanya menggunakan tiket dari kertas seharga Rp5.000,00 yang diberlakukan sejak Senin, 21 April 2014. ...
لمعانٍ أخرى، طالع آدم جونز (توضيح). آدم جونز (بالإنجليزية: Adam Jones) معلومات شخصية اسم الولادة (بالإنجليزية: Adam Thomas Jones) الميلاد 15 يناير 1965 (58 سنة) بارك ريدج مواطنة الولايات المتحدة عضو في تول (فرقة) الحياة العملية المهنة عازف قيثارة، ونحات، ...
سفارة الصين في النرويج الصين النرويج الإحداثيات 59°56′29″N 10°42′06″E / 59.941366666667°N 10.701530555556°E / 59.941366666667; 10.701530555556 البلد النرويج المكان أوسلو تعديل مصدري - تعديل سفارة الصين في النرويج هي أرفع تمثيل دبلوماسي[1] لدولة الصين لدى النرويج.[2][3] تقع السفار
Korean Amateur Radio League (KARL) Rechtsform Non-Profit-Organisation Sitz Seoul Gründung 1955 Präsident Hong Soon-do, DS2BPZ,seit 25. April 2021[1] Website www.karl.or.kr Die Korean Amateur Radio League (KARL), deutsch „Koreanischer Amateurfunkverband“, ist die nationale Vereinigung der Funkamateure in Südkorea. Geschichte Die KARL wurde am 20. April 1955 im Rahmen einer konstituierenden Versammlung der Funkbegeisterten des Landes gegründet und am 1. Novem...
Peta Lokasi Kabupaten Lanny Jaya di Provinsi Papua Pegunungan Berikut ini adalah daftar distrik, kelurahan, dan kampung di Kabupaten Lanny Jaya, Provinsi Papua Pegunungan. Kabupaten Lanny Jaya terdiri atas 39 distrik, 1 kelurahan, dan 354 kampung dengan total luas 2.248,00 km² dan jumlah penduduk sebanyak 197.313 jiwa (2017). Kode Wilayah Kabupaten Lanny Jaya adalah 95.07.[1][2][3] Kode Wilayah Nama Distrik Ibu kota Jumlah Daftar Kelurahan Kampung 95.07.01 Tiom Bokon ...
Franz West (2009) Franz West (* 16. Februar 1947 in Wien; † 25. Juli 2012 ebenda[1]) zählte zu den bedeutendsten zeitgenössischen bildenden Künstlern Österreichs. Er lebte und arbeitete in Wien und machte sich vor allem im Bereich des dreidimensionalen Gestaltens (Plastik, Environments, Rauminstallationen) einen Namen. Aber auch Performances, Grafiken und Plakate finden sich in seinem Schaffen. Inhaltsverzeichnis 1 Leben 2 Einzelausstellungen (Auswahl) 3 Auszeichnungen 4 Literat...
Rainbirds Sampul edisi pertamaPengarangClarissa GoenawanNegara IndonesiaBahasaIndonesiaGenre Misteri Bildungsroman Fiksi psikologis PenerbitGramedia Pustaka UtamaTanggal terbitMaret 2018Jenis mediaPrint (Paperback)Halaman400ISBNISBN 978-161-695-855-8 Rainbirds adalah sebuah novel karya Clarissa Goenawan seorang novelis dan penulis kelahiran Surabaya, Indonesia. Buku ini menjadi pemenang penghargaan fiksi pendek, dan karyanya telah muncul di berbagai majalah sastra dan antologi ...
Stefan Lazarević Stifterporträt mit Darstellung des Klosters Manasija 1407–1418Die Vita des Despoten Stefan Lazarević (Житија деспота Стефана Лазаревића) ist eine von Konstantin Kostenezki als Hagiographie abgefasste Altserbische Herrscherbiographie und Historiographie über den serbischen Despoten Stefan Lazarević, die vier Jahre nach dessen Tod 1431 in der Schreibschule des Klosters Manasija (Resava) entstanden ist. Sie stellt das bedeutendste historiogra...
إبرام الأول معلومات شخصية مكان الميلاد الدولة الفاطمية تاريخ الوفاة 2 ديسمبر 978 مكان الدفن الكنيسة المعلقة الإقامة الكاتدرائية المرقسية الجنسية سرياني الحياة العملية الكنيسة الكنيسة القبطية الأرثوذكسية معلومات شخصية الاسم عند الولادة إبراهيم الوفاة ال...
1996 compilation album by various artistsDancemania 2Compilation album by various artistsReleasedJuly 17, 1996[1]GenreElectronic[1](Euro house, Happy hardcore)[1]Length68:00[2]LabelEMI Music Japan[2]ProducerMasaaki Saito (executive producer)[3]Hitoshi Namekata (producer)[3]Dancemania chronology 1(1996) Dancemania 2(1996) 3(1996) Dancemania 2 is the second set in the Dancemania series of dance music compilation albums, released in...
University in Freiberg, Germany Technische Universität Bergakademie FreibergEstablished1765RectorProf. Dr. Klaus-Dieter BarbknechtTotal staff2,040 (2021)[1]Students3,471 (WS 2022/23)[1]LocationFreiberg, GermanyWebsitehttps://tu-freiberg.de/en The Technische Universität Bergakademie Freiberg (abbreviation: TU Bergakademie Freiberg, TUBAF) is a public university of technology with 3,471 students[2] in the city of Freiberg, Saxony, Germany. Its focuses are exploration, ...
Голова бика Bull graph.circo.svgВершин 5Ребер 5Радіус 2Діаметр 3Обхват 3Автоморфізм 2 (Z/2Z)Хроматичне число 3Хроматичний індекс 3Властивості планарний графграф одиничнихвідстаней Голова́ бика́ — планарний неорієнтований граф із 5 вершинами і 5 ребрами у формі трикутника з двома ...
American baseball player (born 1970) For the Spanish hockey player, see Jorge Fábregas (field hockey). Baseball player Jorge FábregasFábregas with the California Angels in 1996CatcherBorn: (1970-03-13) March 13, 1970 (age 53)Miami, Florida, U.S.Batted: LeftThrew: RightMLB debutApril 24, 1994, for the California AngelsLast MLB appearanceSeptember 27, 2002, for the Milwaukee BrewersMLB statisticsBatting average.241Home runs23Runs batted in211 Teams Californ...
2004 single by Amy WinehouseYou Sent Me FlyingSingle by Amy Winehousefrom the album Frank A-sideIn My BedB-sideBest Friend (Acoustic)Released5 April 2004 (2004-04-05)Recorded2003StudioCreative Space in MiamiGenreJazzsoulLength5:16LabelIslandSongwriter(s)Amy WinehouseFelix HowardProducer(s)Salaam RemiAmy Winehouse singles chronology Take the Box (2004) In My Bed / You Sent Me Flying (2004) Fuck Me Pumps / Help Yourself(2004) You Sent Me Flying is a song by English singer and son...
For the hospital in Sydney, see Royal Prince Alfred Hospital. For other uses of the name, see Alfred (disambiguation). Hospital in Victoria, AustraliaThe Alfred HospitalGeographyLocationMelbourne, Victoria, AustraliaCoordinates37°50′46″S 144°58′58″E / 37.8461°S 144.9827°E / -37.8461; 144.9827OrganisationCare systemPublicTypeDistrict General, TeachingAffiliated universityMonash UniversityServicesEmergency departmentYesBeds638[1]HelipadsHelipad(ICAO: ...
Type of radio antenna It has been suggested that Cage aerial be merged into this article. (Discuss) Proposed since May 2023. A typical mast radiator monopole antenna of an AM radio station in Chapel Hill, North Carolina. The mast itself is connected to the transmitter and radiates the radio waves. It is mounted on a ceramic insulator to isolate it from the ground. The other terminal of the transmitter is connected to a ground system consisting of cables buried under the field. A monopole ante...
Book by Arthur Schopenhauer The World as Will and Representation The title page of the expanded 1844 editionAuthorArthur SchopenhauerOriginal titleDie Welt als Wille und VorstellungTranslatorR. B. Haldane and J. Kemp; E. F. J. Payne; Richard E. Aquila and David Carus; Judith Norman, Alistair Welchman, and Christopher JanawayCountryGermanyLanguageGermanSubjectMetaphysicsPublished 1818/19 (1st edition) 1844 (2nd expanded edition) 1859 (3rd expanded edition) The World as Will and Representa...
United States military award This article may require cleanup to meet Wikipedia's quality standards. The specific problem is: The article is full of incorrect capitalization. Please help improve this article if you can. (July 2022) (Learn how and when to remove this template message) AwardPresidential Unit CitationU.S. ArmyU.S. Navy and U.S. Marine CorpsU.S. Air Force and U.S. Space ForceU.S. Coast GuardU.S. Public Health ServiceTypeRibbon (decoration)Awarded forGallantry, determination, and ...
ثلاثية الألوان: أبيض (بالفرنسية: Trois couleurs: Blanc) الصنف فيلم دراما[1][2][3]، وفيلم رومانسي[1][3][4]، وفلم فني الموضوع مساواة [لغات أخرى] تاريخ الصدور 26 يناير 1994 (فرنسا)24 مارس 1994 (ألمانيا)[5]199425 فبراير 1994 (وارسو و بولندا)10 يونيو 1994 (...