PSD29007-Engtelecom(2020-1) - Prof. Marcos Moecke: mudanças entre as edições
Linha 541: | Linha 541: | ||
{{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro LP Butterworth}} | {{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro LP Butterworth}} | ||
Projete um filtro Butterworth LP com ganho em <math> \omega = 0 </math> | Projete um filtro Butterworth LP com ganho em <math> \omega = 0 </math> <math> G_{topo} = 5 dB </math>, frequência de passagem <math> {\omega_p} = 1000 rad/s </math> com ganho no mínimo de <math> G_p = 2 dB </math>, frequência de rejeição de <math> \omega_s = 5000 rad/s </math>, na qual o ganho deve ser inferior a <math> G_s = -25 dB </math> dB. | ||
*Dados de <math> Hs(s) </math>, passa-baixas (lowpass-LP) | *Dados de <math> Hs(s) </math>, passa-baixas (lowpass-LP) | ||
::<math> \omega_p = </math> | ::<math> \omega_p = </math> | ||
::<math> \omega_s = </math> | ::<math> \omega_s = </math> | ||
::<math> G_{ | ::<math> G_{topo(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{p(dB)} = </math> | ::<math> G_{p(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{s(dB)} = </math> | ::<math> G_{s(dB)} = </math> | ||
Linha 563: | Linha 563: | ||
::<math> Hp(p) = </math> | ::<math> Hp(p) = </math> | ||
*Determinação de <math> | *Determinação de <math> Hs1(s) </math> substituindo <math>p=\frac{s}{\omega_p}</math> e corrigindo o ganho em <math> G_{topo} </math> | ||
::<math> | ::<math> Hs2(s) = Hs1(s) \cdot 10^{G_{topo}/20}</math> | ||
*Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> | *Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> | ||
Linha 598: | Linha 598: | ||
{{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro LP Butterworth}} | {{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro LP Butterworth}} | ||
Projete um filtro Butterworth LP com ganho em <math> \omega = 0 </math> | Projete um filtro Butterworth LP com ganho em <math> \omega = 0 </math> <math> G_{topo} = 0dB </math>, frequência de passagem <math> {\omega_p} = 1000 rad/s </math> com atenuação máxima de <math> A_p = 0.5 dB </math>, frequência de rejeição de <math> \omega_s = 5000 rad/s </math> com atenuação mínima de <math> A_s = 30 dB </math>. | ||
*Dados de <math> Hs(s) </math>, passa-baixas (lowpass-LP) | *Dados de <math> Hs(s) </math>, passa-baixas (lowpass-LP) | ||
::<math> \omega_p = </math> | ::<math> \omega_p = </math> | ||
::<math> \omega_s = </math> | ::<math> \omega_s = </math> | ||
::<math> G_{ | ::<math> G_{topo(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{p(dB)} = </math> | ::<math> G_{p(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{s(dB)} = </math> | ::<math> G_{s(dB)} = </math> | ||
Linha 610: | Linha 610: | ||
::<math> \Omega_p = </math> | ::<math> \Omega_p = </math> | ||
::<math> \Omega_s = </math> | ::<math> \Omega_s = </math> | ||
::<math> | ::<math> G_{0(dB)} = </math> | ||
::<math> A_{p(dB)} = </math> | ::<math> A_{p(dB)} = </math> | ||
::<math> A_{s(dB)} = </math> | ::<math> A_{s(dB)} = </math> | ||
Linha 621: | Linha 621: | ||
::<math> Hp(p) = </math> | ::<math> Hp(p) = </math> | ||
*Determinação de <math> | *Determinação de <math> Hs1(s) </math> substituindo <math>p=\frac{s}{\omega_p}</math> e corrigindo o ganho em <math> G_{topo} </math> | ||
::<math> | ::<math> Hs2(s) = Hs1(s) \cdot 10^{G_{topo}/20}</math> | ||
*Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> | *Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> | ||
Linha 728: | Linha 728: | ||
{{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro HP Chebyshev I}} | {{collapse top| bg=lightyellow | Exemplo Filtro HP Chebyshev I}} | ||
Projete um filtro Chebyshev I '''HP''' com ganho em <math> \omega = 0 </math> | Projete um filtro Chebyshev I '''HP''' com ganho em <math> \omega = 0 </math> <math> G_{topo} = 5 dB</math>, frequência de rejeição <math> {\omega_s} = 2500 rad/s </math> com atenuação mínima de <math> A_s = 30 dB </math>, frequência de passagem de <math> \omega_p = 12500 rad/s </math> com atenuação máxima de <math> A_p = 0.5 dB </math>. | ||
*Dados de <math> Hs(s)</math>, passa-altas (highpass-HP) | *Dados de <math> Hs(s)</math>, passa-altas (highpass-HP) | ||
::<math> \omega_p = </math> | ::<math> \omega_p = </math> | ||
::<math> \omega_s = </math> | ::<math> \omega_s = </math> | ||
::<math> G_{ | ::<math> G_{topo(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{p(dB)} = </math> | ::<math> G_{p(dB)} = </math> | ||
::<math> G_{s(dB)} = </math> | ::<math> G_{s(dB)} = </math> | ||
Linha 753: | Linha 753: | ||
::<math> Hp(p) = </math> | ::<math> Hp(p) = </math> | ||
*Determinação de <math> | *Determinação de <math> Hs1(s) </math> '''HP''' substituindo <math>p=\frac{\omega_p}{s}</math> e corrigindo o ganho em <math> G_{topo} </math> | ||
::<math> | ::<math> Hs2(s) = Hs1(s) \cdot 10^{G_{topo}/20}</math> | ||
*Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> | *Obtida a função de transferência <math> Hs(s) = N(s)/D(s)</math> obtenha a resposta em frequência, substituindo <math>s=j*\omega</math> |
Edição das 11h24min de 13 de abril de 2020
1 Registro on-line das aulas
1.1 Unidade 1
Unidade 1 | ||||||||||
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profile on
profile viewer Execute no Matlab o código abaixo, e analise os 3 filtros implementados através dos seus zeros e polos. Busque tirar conclusões sobre a influência da posição dos polos e zeros (ver o gráfico do plano z) e correlacione com a resposta de frequência em magnitude (gráfico do freqz).
|
1.2 Unidade 2
Unidade 2 | |||||||||||||||||||||||||||||
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Na sequência será mostrado como inicialmente projetar o filtro LP protótipo, e depois as transformações em frequência.
%%Definição do filtro
% Definindo os coeficientes do filtro
b = [1 1]; % Numerador
a = [1 1 5]; % Denominador
% Calculando os zeros (raízes do numerador) e pólos (raízes do denominador)
% Método 1 - usando a função tf2zp
[z1,p1,k]=tf2zp(b,a)
% Método 2 - obtendo as raízes
z2 = roots(b);
p2 = roots(a);
zplane(b,a);
%% Obtendo a resposta em frequência
% substitituindo a variável complexa s por jw usando a função freqz
freqs(b,a);
% Usando cálculo simbólico e plotando o gráfico com semilogx
syms s w
H(s) = (s+1)/(s^2 + s + 5);
pretty(H(1j*w))
latex(H(1j*w))
%%
ws = logspace(-2, 1, 1000);
h = H(1j*ws);
subplot(211)
plot(ws,abs(h)); grid on;
%semilogx(ws,abs(h)); grid on;
subplot(212)
plot(ws,angle(h)/pi*180); grid on;
%semilogx(ws,angle(h)/pi*180); grid on;
Os projetos de filtro Butterworth com função de transferência utilizam os polinômios de Butterworth mostrados na tabela a seguir:
1.2.1 INÌCIO DAS AULAS REMOTAS
Para o projeto dos filtros do tipo Chebyshev, são utilizados os polinômios de Chebyshev de primeira ordem, os quais são definidos pela equação trigonométrica: Os dois primeiros polinômios são facilmente calculados como: O cálculo dos demais termos pode ser feita pela relação recursiva: Portanto o polinômio de grau 2 pode ser obtido por Assim os primeiros nove polinômios de Chebyshev de primeira ordem podem ser obtidos: Esses polinômios mostram um comportamento oscilatório entre . FONTE: Polinômios de Tchebychev, Wikipedia
Para o projeto de filtros analógicos é necessário fazer as transformações de frequência indicadas abaixo, as quais devem ser consideradas no momento da determinação dos parâmetros do filtro protótipo LP.
1.2.2 ATUAL
%% Projeto de filtro passa-alta (HP) usando funções do Matlab
Wp = 150; % rad/s
Ws = 40; % rad/s
Rp = 3; % dB
Rs = 60; % dB
[n,Wn] = buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s')
[b,a] = butter(n,Wn,'high','s');
[h,w] = freqs(b,a,logspace(1,3,1000));
semilogx(w,20*log10(abs(h)));grid on;
hold on; plot([Wp Wn Ws],[-Rp -3 -Rs],'x'); hold off;
title(sprintf('Filtro HP Butterworth, n = %d',n))
%% Projeto de filtro passa-faixa (BP) usando funções do Matlab
Wp = [100 200]; % rad/s
Ws = [50 250]; % rad/s
Rp = 3; % dB
Rs = 40; % dB
[n,Wn] = buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s');
[b,a] = butter(n,Wn,'s');
freqs(b,a,logspace(1,3,1000))
title(sprintf('Filtro BP Butterworth, n = %d',n))
%% Projeto de filtro passa-baixas usando funções do Matlab
%% Especificações do filtro
Wp =16000; Ws = 20000; Ap = 0.3; As = 20; G0= 3;
% Para analisar o filtro projetado, use fvtool(b,a) para observar plano s, resposta em magnitude, fase e atraso de grupo
%% Butterworth
[n,Wn] = buttord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = butter(n,Wn, 's');
%% Chebyshev I
n = cheb1ord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = cheby1(n,Ap, Wp, 's');
%% Chebyshev II
n = cheb2ord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = cheby2(n,As, Ws, 's');
%% Elliptic - Cauer
[n, Wn] = ellipord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = ellip(n,Ap,As, Wn, 's');
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2 Avaliações
- Atividades extraclasse
AE1 - Cálculo de uma DFT de comprimento 8 |
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AE2 - Projeto de Filtros Analógico (Entrega e prazos ver Moodle) | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Esta avaliação visa verificar se você conhece a metodologia de projeto de filtros analógicos: (a) projeto de um filtro protótipo analógico passa-baixas H(p); (b) transformação em frequência do filtro H(p) -> H(s), obtendo o filtro LP, HP, BP, BS, conforme o tipo de filtro desejado; Nesta avaliação é solicitado que cada equipe realize o projeto de 4 filtros.
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- Prova escrita A1
- Entrega do Projeto Final. O projeto é avaliado nos quesitos:
- PFe - Documento de Especificação (apresentado no relatório);
- PFp - Implementação do Projeto;
- PFr - Relatório do Projeto (excluído a especificação);
- PFi - Avaliação individual do aluno no projeto (conceito subjetivo atribuído pelo professor a partir da observação e da apresentação do projeto).
3 Referências Bibliográficas
- ↑ 1,0 1,1 DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235
- ↑ 2,0 2,1 SHENOI, B. A. Introduction to Digital Signal Processing and Filter Design. 1.ed. New Jersey: John Wiley-Interscience, 2006. 440 p. ISBN 978-0471464822