Pregunta hipotética sobre los filtros

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Tal como lo entiendo, la respuesta de frecuencia ideal para un filtro es que queremos la máxima ganancia en la banda de paso, un corte vertical o instantáneo y 0 en la banda de parada, sin embargo, esto es ideal y nunca se puede lograr en la vida real.

A lo largo vino Butterworth y encontró una relación / fórmula para elegir la combinación correcta de inductores y capacitores para poder crear filtros que coincidieran con una determinada especificación y se parecieran a la respuesta de frecuencia que queremos, pero no ideal.

Con la misma estructura de filtro a lo largo vino Chebyshev y él elaboró una fórmula aún mejor para obtener una relación aún más estrecha / más afinada para darnos un filtro más cercano a la idea que la relación de Butterworth, por ejemplo, una transición mucho más abrupta Banda que el mismo diseño usando Butterworths.

Una vez más, llegó Cauer con su propio método para calcular las relaciones y los valores necesarios para obtener una aproximación aún mejor y más cercana a un filtro de ideas. Con la transición más pronunciada hasta el momento.

Con todo esto, no han descubierto una nueva "estructura" o han encontrado que al hacer una conexión diferente se obtiene un mejor filtro, sino que cada uno de ellos ideó una fórmula mejor y más precisa para elegir los valores de sus componentes para acerque su filtro al ideal.

Así que mi pregunta es esta.

Digamos que estamos tratando con un filtro de paso bajo de 5 órdenes. (El tipo realmente no importa). Con Butterworth tenemos un buen filtro, luego seguimos usando una quinta orden y la misma estructura que Chebyshev pudo "sintonizar" aún más para crear y aún mejor respuesta, y luego lo mismo con Cauer.

Ahora, si tuviera que tomar mi estructura de 5º orden y pudiera simular para cada valor posible de inductor y valor de condensador, encontraría una combinación que me brindaría el mejor modelo posible / más cercano al ideal, que supera todos los filtros conocidos anteriormente. tipos?

¿Y luego, cuando alguien puede idear o establecer una relación que vincule todos estos valores y con las especificaciones requeridas, se clasificará con su propio tipo de filtro, como Butterworth, etc.?

Mi segunda pregunta es entonces,

¿Los matemáticos / ingenieros conocen una "mejor" respuesta de filtro que sea físicamente posible para un orden dado pero hasta el momento no saben cómo crearla?

Similar a decir, si se probó NP = P, eso significaría que sabemos con certeza que hay una solución a los problemas, pero aún no hemos descubierto cómo llegar / no se ha elaborado un algoritmo para ello. (Disculpe si ese es un mal ejemplo o está mal, pero es la mejor analogía que puedo imaginar por ahora)

    
pregunta binarysmacker

2 respuestas

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La diferencia entre los filtros que nombra no es que cada uno de los inventados hizo una aproximación más cercana al filtro ideal, sino que cada uno optimiza el filtro para una característica diferente. Debido a que hay una compensación entre diferentes características, cada una elige una forma diferente de hacer esta compensación.

Como dijo Andy, el filtro Butterworth tiene una planeidad máxima en la banda de paso. Y el filtro Chebychev tiene la reducción más rápida entre la banda de paso y la banda de parada, a costa de la ondulación en la banda de paso.

El filtro elíptico (filtro Cauer) parametriza el balance entre la banda de paso y la ondulación de la banda de parada, con la reducción más rápida posible dadas las características de ondulación elegidas.

  

Ahora, si tuviera que tomar mi estructura de 5º orden y pudiera simular para cada valor posible de inductor y valor de condensador, encontraría una combinación que me brindaría el mejor modelo posible / más cercano al ideal, que supera todos los filtros conocidos anteriormente. tipos?

Depende de lo que entiendas por "mejor posible" o "modelo más cercano". Si te refieres al que tiene la respuesta más plana en la banda de paso, terminarás con el filtro Butterworth. Si te refieres a la mejor salida posible dada una ondulación fija en la banda de paso, terminarás con el diseño de Chebychev, etc.

Si eligió algún otro criterio para optimizar (por ejemplo, el error cuadrático medio entre la característica del filtro y el ideal del furgón, por ejemplo), podría terminar con un diseño diferente.

  

¿Los matemáticos / ingenieros conocen una "mejor" respuesta de filtro que sea físicamente posible para un orden dado pero hasta el momento no saben cómo crearla?

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

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

Permítame agregar otra pregunta que podría hacer como seguimiento,

¿Por qué no en la práctica diseñamos filtros para optimizar el error cuadrático entre la característica del filtro y el ideal del vagón de caja?

Probablemente porque el error cuadrático no captura bien el impacto de diseño de "Errores" en la banda de paso y respuesta de banda de parada. Debido a que la respuesta ideal tiene una magnitud 0 en la banda de parada, es difícil definir una medida de "respuesta relativa" que tenga el mismo peso en ambas regiones.

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

    
respondido por el The Photon
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Mire el resumen de los tres filtros a continuación y pregúntese cuál es el mejor filtro para TODAS (o alguna) aplicación. (palabras tomadas de aquí )

Bessel, máximo tiempo de retardo

Ventajas:

  • La mejor respuesta al escalón: muy poco rebasamiento o timbre.

Diaventajas:

  • Tasa inicial de atenuación más lenta que la banda de paso que Butterworth.

Butterworth de magnitud máxima plana

Ventajas:

  • Respuesta de magnitud máxima plana en la banda de paso.
  • Buen rendimiento en todos los aspectos.
  • Respuesta de pulso mejor que Chebyshev.
  • Tasa de atenuación mejor que Bessel.

Diaventajas:

  • Algunos rebasan y suenan en respuesta a pasos.

Chebyshev igual magnitud de rizado

Ventajas:

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

Diaventajas:

  • Ondulación en la banda de paso.
  • Hay una mayor cantidad de timbres en la respuesta a pasos que Butterworth

Una mejor solución para la que alguien podría tener es usar más postes en el filtro; esto significa más etapas y más complicaciones. Es como comprar un auto. ¿Compraría el auto que tiene la mayor cantidad de ruedas o? Cilindros o asientos. Algunos factores son importantes y claramente algunos no lo son. Lo que los matemáticos saben es que un filtro perfecto con una atenuación infinita de la banda de parada y una ganancia de unidad (no el máximo como se dice en su pregunta) en la banda de paso procesará las señales bien, pero tomará una cantidad infinita de tiempo para que la señal alcance la salida. .

    
respondido por el Andy aka

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