第六章無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計

(IIR)

數(shù)字濾波器的設(shè)計方法本章目錄數(shù)字濾波器的技術(shù)指標與設(shè)計方法

模擬濾波器的設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計

脈沖響應(yīng)不變法

IIR數(shù)字濾波器的Matlab仿真實現(xiàn)

雙線性變換法

2數(shù)字濾波器的設(shè)計就是設(shè)計一個因果穩(wěn)定的離散線性移不變系統(tǒng)H(z)去逼近所需的頻響性能,是一個系統(tǒng)綜合的問題。數(shù)字濾波器的設(shè)計實際上就是確定其系統(tǒng)函數(shù)并實現(xiàn)的過程。6.1引言3一、數(shù)字濾波器設(shè)計的步驟1.根據(jù)任務(wù)，確定濾波器的性能指標。2.設(shè)計因果穩(wěn)定的線性時不變系統(tǒng)函數(shù)H(z)。3.用有限精度算法實現(xiàn)這個系統(tǒng)函數(shù)。4.用適當?shù)能?、硬件技術(shù)實現(xiàn)。（包括采用：通用計算機軟件、數(shù)字濾波器硬件、或者二者結(jié)合。）4頻響函數(shù)幅頻特性表示信號通過該濾波器后各頻率成分衰減情況相頻特性反映各頻率成分通過濾波器后在時間上的延時情況

二、數(shù)字濾波器的技術(shù)指標5說明選頻濾波器：對相位的要求不嚴格，只要求滿足一定幅度特性的濾波器。線性相位濾波器：對相位有嚴格線性要求的濾波器，用FIR容易實現(xiàn)。對相位要求嚴格的信號處理：語音信號處理、圖像信號處理、波形傳輸?shù)?。IIR6數(shù)字低通濾波器技術(shù)指標通帶阻帶過渡帶ωp：通帶截止頻率ωs：阻帶截止頻率ωc：3dB截止頻率

δ1：通帶波紋幅度

δ2：阻帶波紋幅度7通帶內(nèi)允許的最大衰減阻帶內(nèi)允許的最小衰減H(ej0)歸一化為1DF指標：ωp、ωs、ωc(邊界頻率)、αp、αs數(shù)字低通濾波器技術(shù)指標8概念：片段常數(shù)特性對于選頻濾波器，一般對通帶和阻帶內(nèi)的幅頻響應(yīng)曲線形狀沒有具體要求，只要求其波紋幅度小于某個常數(shù)，通常將這種要求稱為“片段常數(shù)特性”。所謂片段，是指“通帶”和“阻帶”，常數(shù)是指“通帶波紋幅度δ1”和“阻帶波紋幅度δ2”。9三、IIR數(shù)字濾波器的兩類設(shè)計方法借助于模擬濾波器的設(shè)計方法先設(shè)計一個合適的模擬濾波器，然后變換成滿足給定指標的數(shù)字濾波器。很方便，這是因為模擬濾波器的設(shè)計方法已經(jīng)很成熟，它不僅有完整的設(shè)計公式，還有完善的圖、表供查閱。直接在頻域或者時域中進行設(shè)計在頻域或者時域中直接進行設(shè)計，這是一種最優(yōu)化設(shè)計法。由于要解聯(lián)立方程，因此需要計算機輔助進行設(shè)計。

學習內(nèi)容106.2模擬濾波器的設(shè)計模擬低通濾波器的設(shè)計，即設(shè)計Ha(s)；模擬濾波器的頻率變換（即模擬高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計）主要內(nèi)容：116.2.1模擬低通濾波器的設(shè)計

常用的模擬濾波器巴特沃斯（Butterworth）濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性切比雪夫（Chebyshev）濾波器幅頻特性在通帶或者阻帶內(nèi)有波動橢圓（Ellipse）濾波器在通帶和阻帶內(nèi)都有紋波貝塞爾（Bessel）濾波器等通帶內(nèi)有較好的線性相位特性

模擬濾波器的理論和設(shè)計方法已發(fā)展得相當成熟，且有若干典型的模擬濾波器供我們選擇，這些濾波器都有嚴格的設(shè)計公式、現(xiàn)成的曲線和圖表供設(shè)計人員使用。12理想模擬濾波器幅頻特性

13一、模擬濾波器的技術(shù)指標幅度平方函數(shù)模擬低通濾波器的技術(shù)指標通帶截止頻率通帶最大衰減阻帶截止頻率阻帶最小衰減3dB截止頻率通帶阻帶過渡帶14以|H(j0)|=1歸一化其中：模擬指標：Ωp、Ωs、Ωc、αp、αs15二、模擬濾波器的設(shè)計思路Ha(s)由給定的、、和求出由得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)16三、巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計方法巴特沃斯低通濾波器的幅度平方函數(shù)為：N為濾波器階數(shù)Ωc為3dB截止頻率現(xiàn)成的公式17巴特沃斯低通濾波器的特點幅度特性隨著Ω增加單調(diào)下降，下降的速度與階數(shù)有關(guān)。隨著N增大，幅度下降的速度越快，過渡帶越窄，在通帶內(nèi)更接近于1，在阻帶內(nèi)迅速接近于零，因而幅度特性更接近于理想的矩形頻率特性。不管N的取值是多少，都經(jīng)過點。

見書P15518現(xiàn)成的曲線19幅度平方函數(shù)的極點分布幅度平方函數(shù)有2N個極點這2N個極點等間隔分布在半徑為Ωc的圓上（該圓稱為巴特沃斯圓），間隔是/Nrad。這些極點以虛軸為對稱軸，而且不會落在虛軸上。20Butterworth圓21求得Ha(s)在S平面總共有2N個極點，為了保證所設(shè)計的濾波器是穩(wěn)定的，將s平面左半平面的N個極點分配給Ha(s)，而將右半平面的N個極點分配給Ha(-s)，得：|Ha(jΩ)|2→Ha(s)22對頻率以Ωc歸一化令：23Ha(p)表達式歸一化系統(tǒng)函數(shù)歸一化系統(tǒng)極點24Ha(p)的求得只要確定N，即可確定pk，及Ha(p)。Ha(p)可查表求得：分母多項式形式極點形式分母因式形式N=?現(xiàn)成表格見書P157表6.2.125Ha(s)的求得對Ha(p)去歸一化即可得到Ha(s)ΩC=?26濾波器階數(shù)N的確定根據(jù)技術(shù)指標求出濾波器階數(shù)N：技術(shù)指標：由得：同理：令則：N取大于或等于N的最小整數(shù)27濾波器Ωc的確定其中技術(shù)指標給出或由下式求出：阻帶指標有富裕量或通帶指標有富裕量

28四、模擬Butterworth低通濾波器設(shè)計步驟

由給定的設(shè)計指標Ωp、αp、Ωs和αs確定巴特沃斯濾波器的階數(shù)N和頻率Ωc。由階數(shù)N，按所要求的形式，查表6.2.1,得到Ha(p)。由Ha(p)去歸一化得到Ha(s)。Ωp、Ωs、αp、αsN、Ωc階數(shù)NHa(p)29已知通帶截止頻率fp=5kHz，通帶最大衰減αp=2dB，阻帶截止頻率fs=12kHz，阻帶最小衰減αs=30dB，按照以上技術(shù)指標設(shè)計巴特沃斯低通濾波器。解:(1)確定階數(shù)N。例6.2.1注意要取大于或等于N的整數(shù)30直接查表，由N=5，得到：

極點：-0.3090±j0.9511,-.8090±j0.5878;-1.0000得到Ha(p)或：直接查表,由N＝5，得到：b0=1.0000,b1=3.2361,b2=5.2361,b3=5.2361,b4=3.2361（2）求Ha(p)31

(3)將Ha(p)去歸一化，得到Ha(s)將Ωc代入得到：B、將p=s/Ωc代入Ha(p)中，去歸一化得到：A、先求3dB截止頻率Ωc。

fs=12kHz有富裕量32巴特沃斯濾波器的MATLAB實現(xiàn)33IIR數(shù)字濾波器的Matlab仿真實現(xiàn)IIR模擬濾波器設(shè)計模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換

34IIR數(shù)字濾波器設(shè)計設(shè)數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)為模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為35函數(shù)buttord的調(diào)用格式

函數(shù)buttord的調(diào)用格式為>>[n,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)

%設(shè)計數(shù)字Butterworth濾波器>>[n,Wc]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,’s’)

%設(shè)計模擬Butterworth濾波器其中，n為濾波器階數(shù)，Wc為3dB截止頻率。Lowpass:Wp=.1,Ws=.2Highpass:Wp=.2,Ws=.1Bandpass:Wp=[.2.7],Ws=[.1.8]Bandstop:Wp=[.1.8],Ws=[.2.7]36函數(shù)butter的調(diào)用格式

函數(shù)butter的調(diào)用格式為>>[b,a]=butter(n,Wc,‘ftype’,‘s’)%設(shè)計模擬Butterworth濾波器>>[b,a]=butter(n,Wc,‘ftype’)%設(shè)計數(shù)字Butterworth濾波器其中‘ftype’定義濾波器的類型；Wc為一個變量時，默認為低通，高通時‘high’Wc為二元矢量時，默認為帶通，帶阻時‘stop’37例6.2.1的MATLAB程序wp=2*pi*5000;ws=2*pi*12000;Rp=2;As=30;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');k=0:511;fk=0:14000/512:14000;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B,A,wk);plot(fk/1000,20*log10(abs(Hk)));gridonxlabel(‘頻率(kHz)’);ylabel(‘幅度(dB)’)axis([0,14,-40,5])38例6.2.1的結(jié)果圖幅度頻率39五、切比雪夫濾波器的設(shè)計方法切比雪夫濾波器的幅頻特性具有等波紋特性在通帶內(nèi)是等波紋的，在阻帶內(nèi)是單調(diào)的，稱為切比雪夫Ⅰ型濾波器；在通帶內(nèi)是單調(diào)的，在阻帶內(nèi)是等波紋的，稱為切比雪夫Ⅱ型濾波器。巴特沃斯濾波器的頻率特性無論在通帶或阻帶都隨頻率而單調(diào)變化，因而如果在通帶邊緣滿足指標，則在阻帶內(nèi)肯定會有富裕量，會超過指標的要求，因而并不經(jīng)濟，所以，更有效的辦法是將指標的精度要求均勻地分布在通帶內(nèi)，或均勻分布在阻帶內(nèi)，或同時均勻分布在通帶和阻帶內(nèi)，這樣在同樣的性能要求下，可以設(shè)計出階數(shù)較低的濾波器。這種精度均勻分布的辦法通過選擇具有等波紋特性的逼近函數(shù)來完成。40切比雪夫Ⅰ型低通濾波器的幅度特性41切比雪夫Ⅱ型低通濾波器的幅度特性42切比雪夫多項式

N

為切比雪夫多項式的階數(shù)切比雪夫多項式的遞推公式43不同N值的切比雪夫多項式的曲線

切比雪夫多項式的零點在區(qū)間內(nèi)；當時，曲線具有等紋波特性；當時，曲線按雙曲余弦函數(shù)單調(diào)上升。

44切比雪夫濾波器的幅度平方函數(shù)

ε是小于1的正數(shù)，稱為紋波參數(shù)，是表示通帶內(nèi)紋波大小的一個參數(shù)，ε愈大，紋波也愈大。Ωp稱為有效通帶截止頻率。頻率通常對Ωp歸一化，

45六、其它類型的模擬濾波器Ellipse型：幅度平方函數(shù)為N階雅可比橢圓函數(shù)Bessel型：幅度平方函數(shù)為貝塞爾函數(shù)切比雪夫型、橢圓型、貝塞爾型濾波器的MATLAB實現(xiàn)46函數(shù)cheb1ord的調(diào)用格式

函數(shù)cheb1ord的調(diào)用格式為>>[n,Wpo]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs)

%設(shè)計數(shù)字切比雪夫Ⅰ型濾波器>>[n,Wpo]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs,’s’)

%設(shè)計模擬切比雪夫Ⅰ型濾波器其中，n為濾波器階數(shù)，Wpo為通帶截止頻率。47函數(shù)cheby1的調(diào)用格式

函數(shù)cheby1的調(diào)用格式為>>[b,a]=cheby1(n,Rp,Wpo，‘ftype’)%設(shè)計數(shù)字ChebyshevⅠ型濾波器>>[b,a]=cheby1(n,Rp,Wpo,’ftype’,‘s')%設(shè)計模擬ChebyshevⅠ型濾波器其中，n為濾波器階數(shù)，Rp為通帶內(nèi)的紋波系數(shù)，Wpo為通帶截止頻率。48函數(shù)cheb2ord、cheby2的調(diào)用格式

[n,Wso]=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)[n,Wso]=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs,’s’)[b,a]=cheby2(n,Rs,Wso，‘ftype’)[b,a]=cheby2(n,Rs,Wso,’ftype’,‘s')調(diào)用參數(shù)為阻帶截止頻率49wp=2*pi*3000;ws=2*pi*12000;Rp=0.1;As=60;[N1,wp1]=cheb1ord(wp,ws,Rp,As,'s');[B1,A1]=cheby1(N1,Rp,wp1,'s');subplot(2,2,1);fk=0:12000/512:12000;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B1,A1,wk);plot(fk/1000,20*log10(abs(Hk)));gridonxlabel(‘頻率(kHz)’);ylabel(‘幅度(dB)')axis([0,12,-70,5])例6.2.2的MATLAB程序切比雪夫Ⅰ型50例6.2.2的MATLAB程序切比雪夫Ⅱ型wp=2*pi*3000;ws=2*pi*12000;Rp=0.1;As=60;[N1,ws1]=cheb2ord(wp,ws,Rp,As,'s');[B1,A1]=cheby2(N1,As,ws1,'s');subplot(2,2,2);fk=0:12000/512:12000;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B1,A1,wk);plot(fk/1000,20*log10(abs(Hk)));gridonxlabel(‘頻率(kHz)’);ylabel(‘幅度(dB)')axis([0,12,-70,5])51例6.2.2結(jié)果圖N=5切比雪夫Ⅰ型切比雪夫Ⅱ型52函數(shù)ellipord的調(diào)用格式

函數(shù)ellipord的調(diào)用格式為>>[n,wpo]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)

%設(shè)計橢圓數(shù)字濾波器>>[n,wpo]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs,’s’)

%設(shè)計橢圓模擬濾波器其中，n為濾波器階數(shù)，wpo為通帶截止頻率。53函數(shù)ellip的調(diào)用格式

函數(shù)ellip的調(diào)用格式為>>[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,wpo,’ftype’)%設(shè)計橢圓數(shù)字濾波器>>[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,wpo,’ftype’,’s')%設(shè)計橢圓模擬濾波器其中，n為濾波器階數(shù)，Rp為通帶最大衰減，Rs為阻帶最小衰減，wpo為通帶截止頻率。54例6.2.2橢圓模擬濾波器N=4wp=2*pi*3000;ws=2*pi*12000;Rp=0.1;As=60;[N,wpo]=ellipord(wp,ws,Rp,As,'s');[B,A]=ellip(N,Rp,As,wpo,'s');

又名考爾(Cauer)濾波器，是一種性能價格比最高的濾波器，應(yīng)用非常廣泛。556.3.2頻率變換法設(shè)計高通、帶通、帶阻AF模擬高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計方法

模擬低通濾波器指標模擬（高通、帶通或帶阻）濾波器頻率變換設(shè)計模擬低通濾波器模擬（高通、帶通或帶阻）濾波器指標？？56一、模擬低通到模擬高通的變換

G(p)H(q)57頻率、函數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系模擬低通到模擬高通的映射關(guān)系：頻率變換公式：模擬高通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)為：高通低通58

(1)確定高通濾波器的技術(shù)指標：Ωph,Ωsh,αp,αs。(2)確定相應(yīng)低通濾波器的技術(shù)指標：①λp=1；②；③通帶最大衰減仍為αp，阻帶最小衰減仍為αs。模擬高通濾波器的設(shè)計步驟(3)設(shè)計歸一化低通濾波器G(p)。(4)求模擬高通59例6.3.2設(shè)計巴特沃斯模擬高通濾波器,fh=4kHz,fs=1kHz，通帶最大衰減為0.1dB，阻帶最小衰減為40dB。解:①高通技術(shù)指標：fp=4kHz,αp=0.1dB;fs=1kHz,αs=40dB②低通技術(shù)指標：60③設(shè)計歸一化低通G(p)。采用巴特沃斯濾波器④求模擬高通61巴特沃斯高通濾波器的MATLAB實現(xiàn)（1）實現(xiàn)函數(shù)：LP2HP調(diào)用格式：[bh,ah]=lp2hp(b,a,wph)wp=1;ws=4;Rp=0.1;As=40;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');wph=2*pi*4000;[BH,AH]=lp2hp(B,A,wph);

例6.3.2程序：62例6.3.2程序結(jié)構(gòu)圖63（2）直接用buttord和butter實現(xiàn)巴特沃斯高通濾波器的MATLAB實現(xiàn)例6.3.2程序：wp=2*pi*4000;ws=2*pi*1000;Rp=0.1;As=40;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[BH,AH]=butter(N,wc,'high','s');實際應(yīng)用中常用該種方法64二、模擬低通到模擬帶通的變換

Ωpu：通帶上截止頻率Ωpl：通帶下截止頻率Ωsl：阻帶下截止頻率Ωsu：阻帶上截止頻率Bw=Ωpu-Ωpl:帶通濾波器的帶寬通帶中心頻率65模擬低通到模擬帶通的頻率變換關(guān)系

66模擬低通到模擬帶通的頻率變換關(guān)系

模擬帶通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：

頻率變換關(guān)系函數(shù)變換關(guān)系67(1)確定模擬帶通濾波器的技術(shù)指標Ωpu，Ωpl，Ωsu，Ωsl模擬帶通的設(shè)計步驟(2)確定歸一化低通濾波器的技術(shù)指標(3)設(shè)計歸一化低通G(p)。(4)將G(p)轉(zhuǎn)換成帶通H(s)。實現(xiàn)函數(shù)：lp2bp68設(shè)計巴特沃斯模擬帶通濾波器，要求通帶上、下邊界頻率分別為4kHz和7kHz，阻帶上、下邊界截止頻率分別為2kHz和9kHz，通帶內(nèi)最大衰減αp=1dB，阻帶最小衰減αs=20dB。例6.3.3解(見書P175）程序如下：wp=2*pi*[4000,7000];ws=2*pi*[2000,9000];Rp=1;As=20;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[BB,AB]=butter(N,wc,'s');

69例6.3.3結(jié)果圖：70三、模擬低通到模擬帶阻的變換

71模擬低通到模擬帶阻的頻率變換關(guān)系

模擬帶阻濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為:

頻率變換關(guān)系函數(shù)變換關(guān)系72

設(shè)計巴特沃斯、橢圓模擬帶阻濾波器，要求阻帶上、下邊界頻率分別為4kHz和7kHz，通帶上、下邊界截止頻率分別為2kHz和9kHz，通帶內(nèi)最大衰減αp=1dB，阻帶最小衰減αs=20dB。例6.3.4見書P177實現(xiàn)函數(shù)：lp2bs73設(shè)計思想：

s平面z平面模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)H(z)的頻率響應(yīng)要能模仿Ha(s)的頻率響應(yīng)

即s平面的虛軸映射到z平面的單位圓因果穩(wěn)定的Ha(s)映射到因果穩(wěn)定的H(z) 即s平面的左半平面Re[s]<0 映射到z平面的單位圓內(nèi)|z|<16.4脈沖響應(yīng)不變法Ha(s)→H(z)74設(shè)計方法：脈沖響應(yīng)不變法階躍響應(yīng)不變法雙線性變換法75一、脈沖響應(yīng)不變法變換原理使數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)h(n)與相應(yīng)的模擬濾波器的單位脈沖響應(yīng)ha(t)的取樣值完全一樣。

76推導轉(zhuǎn)換公式77二、AF到DF的數(shù)字化方法極點：s＝sk極點：78s和z的關(guān)系：ω和Ω的關(guān)系：r和σ的關(guān)系三、s平面到z平面的映射關(guān)系保證系統(tǒng)穩(wěn)定保證頻響逼近線性關(guān)系79Ω以2Π/T為周期變化時，映射值不變，因此，由s面到z面，形成多對一的映射關(guān)系。三、s平面到z平面的映射關(guān)系80注意問題由于s→z是多對一的映射關(guān)系，不是簡單的一對一的關(guān)系，因此，不能用以下公式，將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器?！?1四、混疊失真現(xiàn)象82混疊失真現(xiàn)象頻譜無混疊頻譜有混疊失真的位置83減少失真的方法設(shè)計銳截止特性的AF，在Π/T處衰減越大越好。加大Ωs。注意：該方法無法完全消除失真。（1）任何AF濾波器都不可能嚴格帶限；（2）h(n)=ha(t)|t=nT時，相當于開窗，截斷后，時域有限，頻域無限。84五、脈沖響應(yīng)不變法優(yōu)缺點優(yōu)點：缺點：保持線性關(guān)系：兩者線性的關(guān)系使得 線性相位模擬濾波器轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性相位數(shù)字濾波器頻譜產(chǎn)生混疊 只適用于設(shè)計限帶的低通、帶通濾波器，不適合用于設(shè)計高通和帶阻的濾波器。h(n)完全模仿模擬濾波器的單位抽樣響應(yīng)ha(t) 時域逼近良好85當T很小時，數(shù)字濾波器增益很大，易溢出，需修正令：則：六、公式修正86七、脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計IIRDF的步驟（1）確定數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標

（2）將數(shù)字濾波器的技術(shù)指標轉(zhuǎn)化為模擬濾波器指標（３）按模擬指標設(shè)計模擬低通濾波器（4）將模擬濾波器Ha(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器H(z)87例6.4.1設(shè)模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為試利用脈沖響應(yīng)不變法求數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。解:將Ha(s)展開成部分分式得用代換得到88取T=1，得到數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)為89b=2;a=[143];[h,w]=freqs(b,a);subplot(2,1,1);plot(w,abs(h));xlabel('\Omega');ylabel('Ha(j\Omega)');gridonbz=0.318;az=[1-0.41770.01831];[hz,wz]=freqz(bz,az);subplot(2,1,2);plot(wz,abs(hz));xlabel('\omega');ylabel('H(ej\omega)');gridon90模擬濾波器和相應(yīng)的數(shù)字濾波器的頻響91例6.4.2設(shè)計低通數(shù)字濾波器，用巴特沃斯AF設(shè)計，要求用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計。技術(shù)指標如下：解：(1）數(shù)字低通濾波器技術(shù)指標為：（2）轉(zhuǎn)化為模擬低通濾波器的技術(shù)指標為：（3）由模擬指標設(shè)計巴特沃斯模擬低通濾波器Ha(s)（4）由模擬濾波器Ha(s)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器H(z)92程序清單[bz,az]=impinvar(b,a,fs)T=1;Fs=1/T;wp=0.2*pi/T;ws=0.35*pi/T;rp=1;rs=10;[N1,wc1]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');[B1,A1]=butter(N1,wc1,'s');fk=0:Fs/2/512:Fs/2;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B1,A1,wk);subplot(2,2,1);plot(fk,20*log10(abs(Hk)));gridon；xlabel(‘f(Hz)’);ylabel(‘幅度(dB)')axis([0,0.5,-50,5]);title('(a)');93程序清單[bz,az]=impinvar(b,a,fs)[Bz1,Az1]=impinvar(B1,A1,Fs);Hz=freqz(Bz1,Az1,wk);subplot(2,2,3);plot(wk/pi,20*log10(abs(Hz)));gridon;xlabel(‘\omega/\pi’);ylabel(‘幅度(dB)')axis([0,1,-50,5]);title('(b)');94結(jié)果：模擬濾波器的幅頻數(shù)字濾波器的幅頻95

變換原理Ｓ和Ｚ的變換關(guān)系

Ω和ω的關(guān)系數(shù)字化方法具體設(shè)計步驟本節(jié)內(nèi)容小結(jié)：脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計ＩＩＲ數(shù)字低通濾波器966.5節(jié)的內(nèi)容見另外一文件。976.6.2模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換設(shè)模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)為數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為從模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換有兩種方法，即脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法。98脈沖響應(yīng)不變法

脈沖響應(yīng)不變法:代換Ha(s)中的(s-sk)即可得到H(z)，從而將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器格式。可用函數(shù)impinvar實現(xiàn)，調(diào)用格式為>>[bz,az]=impinvar(b,a,fs)其中，fs為取樣頻率。99雙線性變換法雙線性變換法:代換Ha(s)中的s即可得到H(z)，從而將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器格式。可用函數(shù)bilinear實現(xiàn)，調(diào)用格式為>>[zd,pd,kd]=bilinear(z,p,k,fs)其中，z，p，k和zd，pd，kd分別為s域和z域系統(tǒng)函數(shù)的零點、極點和增益。100例：模擬濾波器轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波器例6.6.2利用impinvar將一模擬低通濾波器變換成數(shù)字濾波器(取樣頻率為10Hz)，程序段為[bz,az]=impinvar(b,a,10);程序運行結(jié)果為bz=1.0e-006*-0.00000.13240.51920.12730az=1.0000-3.92165.7679-3.77090.9246101總結(jié)：數(shù)字低通濾波器的設(shè)計數(shù)字低通指標模擬低通指標模擬低通濾波器Ha(s)數(shù)字低通濾波器H

(z)6.7IIR數(shù)字高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計102數(shù)字高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計數(shù)字高通、帶通、帶阻指標模擬低通指標模擬低通濾波器數(shù)字高通、帶通、帶阻濾波器模擬高通、帶通、帶阻指標頻率變換頻率變換模擬高通、帶通、帶阻濾波器103例6.7.1設(shè)計一個數(shù)字高通濾波器，要求通帶下限頻率，阻帶上限頻率為，通帶衰減不大于3dB，阻帶衰減不小于15dB。解:(1)數(shù)字高通濾波器的技術(shù)指標為104(3)模擬高通指標頻率變換為低通指標(2)模擬高通濾波器的技術(shù)指標，取T=1105(5)將模擬低通轉(zhuǎn)換成模擬高通N=2(4)設(shè)計模擬低通濾波器G(P)Ωc為高通的3dB截止頻率該例中Ωc=Ωp106用雙線性變換法(6)將模擬高通轉(zhuǎn)換為數(shù)字高通107MATLAB實現(xiàn)lp2hpwp=0.8*pi;ws=0.44*pi;rp=3;rs=15;wph=2*tan(wp/2);wsh=2*tan(ws/2);wch=wph;wpl=1/wph;wsl=1/wsh;[n,wcl]=buttord(wpl,wsl,rp,rs,'s');[b,a]=butter(n,wcl,'s');[bh,ah]=lp2hp(b,a,wch);[bz,az]=bilinear(bh,ah,1）；……108設(shè)計一個數(shù)字帶通濾波器，通帶范圍為0.3πrad到0.4πrad，通帶內(nèi)最大衰減為3dB，0.2πrad以下和0.5πrad以上為阻帶，阻帶內(nèi)最小衰減為18dB。采用巴特沃斯型模擬低通濾波器。解(1)數(shù)字帶通濾波器技術(shù)指標為通帶上截止頻率ωu=0.4πrad通帶下截止頻率ωl=0.3πrad上阻帶下截止頻率ωs2=0.5πrad下阻帶上截止頻率ωs1=0.2πrad通帶內(nèi)最大衰減αp=3dB阻帶內(nèi)最小衰減αs=18dB。例6.7.2109

(2)模擬帶通濾波器技術(shù)指標如下：T=1(通帶中心頻率)(帶寬)

110將以上邊界頻率對帶寬B歸一化，得到ηu=3.348,ηl=2.348;ηs2=4.608,ηs1=1.498;η0=2.804(3)模擬歸一化低通濾波器技術(shù)指標：歸一化阻帶截止頻率:歸一化通帶截止頻率:λp=1,αp=3dB,αs=18dB111

(4)設(shè)計模擬低通濾波器：查表得到歸一化低通傳輸函數(shù)G(p),112(5)

將歸一化模擬低通轉(zhuǎn)換成模擬帶通：(6)通過雙線性變換法將Ha(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通濾波器H(z)。113設(shè)計一個數(shù)字帶阻濾波器，通帶下限頻率ωl=0.19π,阻帶下截止頻率ωs1=0.198π，阻帶上截止頻率ωs2=0.202π，通帶上限頻率ωu=0.21π，阻帶最小衰減αs=13dB，ωl和ωu處衰減αp=3dB。采用巴特沃斯型。

例6.7.3114MATLAB實現(xiàn)低通到帶通：lp2bp低通到帶阻：lp2bs練習：寫出相應(yīng)的程序1156.8IIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計零極點累試法頻率最小均方誤差設(shè)計時域直接設(shè)計間接設(shè)計的缺陷：對于任意幅度特性的濾波器不適合。1166.8.1零極點累試法系統(tǒng)特性取決于系統(tǒng)零極點的分布。極點dr：影響頻響的峰值位置、尖銳程度。零點cr：影響頻響的谷值位置、凹下程度。117零極點累試法步驟：按所要求設(shè)計的頻響曲線，大致確定零、極點位置；按零、極點寫出其系統(tǒng)函數(shù)；按系統(tǒng)函數(shù)畫出其頻響曲線；將之與所要求設(shè)計的頻響曲線作比較，不滿足要求時，移動零、極點修正，反復，直到滿足要求為止。118舉例：設(shè)計帶通濾波器，通帶中心頻率為w0＝π/2，w＝0，π時，幅度衰減到0。解：由其頻響曲線有：119圖6.6.1例6.6.1圖(a)零極點分布；(b)幅度特性120在確定零極點位置時要注意：(1)極點必須位于z平面單位圓內(nèi)，保證數(shù)字濾波器因果穩(wěn)定；(2)復數(shù)零極點必須共軛成對，保證系統(tǒng)函數(shù)有理式的系數(shù)是實的。零極點累試法原則：1216.8.2頻率最小均方誤差設(shè)計理想濾波器的頻率響應(yīng)：Hd(ejω)設(shè)計的濾波器的頻率響應(yīng)：H(ejω)頻率最小均方誤差設(shè)計方法就是尋找濾波器的頻率響應(yīng)H(ejω)，使最小

122設(shè)濾波器的頻率響應(yīng)為：共有（4N+1）個待定系數(shù)設(shè)

那么123取E對每一個參數(shù)的偏導數(shù)，并令這些導數(shù)為零，得到4N+1個方程124125對極點的修正在設(shè)計過程中，對系數(shù)函數(shù)零極點位置未給任何約束，零極點可能在單位圓內(nèi)，也可能在單位圓外。如果極點在單位圓外，那么濾波器不是因果穩(wěn)定的，因此需要對這些單位圓外的極點進行修正。由于系統(tǒng)函數(shù)是一個有理函數(shù)，零極點均以共軛成對的形式存在。126設(shè)z1為極點如果將極點z1和它的共軛極點均以其倒數(shù)和代替后，幅度特性的形狀不變化，僅是幅度的增益變化了。設(shè)極點z1處于單位圓外，如果用其倒數(shù)進行代換，變成，將極點搬移到單位圓內(nèi)。極點位置重新分配后，濾波器就變成因果穩(wěn)定的。

127

(a)要求的幅度特性；(b)k=1，2時的幅度特性設(shè)計低通數(shù)字濾波器，其幅度特性如圖6.6.2(a)所示。截止頻率ωs=0.1πrad。例6.8.2128

解:考慮到通帶和過渡帶的重要，在0~0.2π區(qū)間，每隔0.01π取一點ωi值，在0.2π~π區(qū)間每隔0.1π取一點ωi值，并增加一點過渡帶，在ω=0.1π處,|Hd(ejω)|=0.5。

1.0,ω=0,0.01π,0.02π,:,0.09π0.5,ω=0.1π0.0,ω=0.11π,0.12π,:,0.19π0.0,ω=0.2π,0.3π,:,πN=29，取k=1，系統(tǒng)函數(shù)為129

待求的參數(shù)是A，a1,b1,c1,d1。設(shè)初始值θ=(000-0.25)T經(jīng)過90次迭代，求得E=1.2611，系統(tǒng)函數(shù)零、極點位置為零點0.67834430±j0.73474418;極點0.75677793±j1.3213916為使濾波器因果穩(wěn)定，將極點按其倒數(shù)搬入單位圓內(nèi)，再進行62次優(yōu)化迭代，求得結(jié)果為零點0.82191163±j0.56961501;極點0.89176390±j0.19181084;

Ag=0.11733978,E=0.567311306.8.3IIR數(shù)字濾波器的時域直接設(shè)計設(shè)希望設(shè)計的IIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)為hd(n)，時域設(shè)計法是設(shè)計一個IIR數(shù)字濾波器，使它的單位脈沖響應(yīng)h(n)逼近hd(n).設(shè)濾波器是因果性的，其系統(tǒng)函數(shù)為時域直接設(shè)計法是尋找M+N-1個系數(shù)ai、bi，使得在范圍內(nèi)，使h(n)逼近hd(n)。

131本章總結(jié)：數(shù)字濾波器概述

模擬濾波器設(shè)計（低通、高通、帶通、帶阻）脈沖響應(yīng)不變法

IIR數(shù)字濾波器的Matlab仿真實現(xiàn)

雙線性變換法

模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字低通濾波器數(shù)字（高通、帶通、帶阻）濾波器設(shè)計132本章作業(yè)：P319：T3T4T6T17T18133安全閥基本知識如果壓力容器(設(shè)備/管線等)壓力超過設(shè)計壓力…1.盡可能避免超壓現(xiàn)象堵塞(BLOCKED)火災(FIRE)熱泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的發(fā)生?2.使用安全泄壓設(shè)施爆破片安全閥如何避免事故的發(fā)生?01安全閥的作用就是過壓保護!一切有過壓可能的設(shè)施都需要安全閥的保護!這里的壓力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!設(shè)定壓力(setpressure)安全閥起跳壓力背壓(backpressure)安全閥出口壓力超壓(overpressure)表示安全閥開啟后至全開期間入口積聚的壓力.幾個壓力概念彈簧式先導式重力板式先導+重力板典型應(yīng)用電站鍋爐典型應(yīng)用長輸管線典型應(yīng)用罐區(qū)安全閥的主要類型02不同類型安全閥的優(yōu)缺點結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高適用范圍廣價格經(jīng)濟對介質(zhì)不過分挑剔彈簧式安全閥的優(yōu)點預漏--由于閥座密封力隨介質(zhì)壓力的升高而降低,所以會有預漏現(xiàn)象--在未達到安全閥設(shè)定點前,就有少量介質(zhì)泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE彈簧式安全閥的缺點過大的入口壓力降會造成閥門的頻跳,縮短閥門使用壽命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle彈簧式安全閥的缺點彈簧式安全閥的缺點=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通產(chǎn)品平衡背壓能力差.在普通產(chǎn)品基礎(chǔ)上加裝波紋管,使其平衡背壓的能力有所增強.能夠使閥芯內(nèi)件與高溫/腐蝕性介質(zhì)相隔離.平衡波紋管彈簧式安全閥的優(yōu)點優(yōu)異的閥座密封性能,閥座密封力隨介質(zhì)操作壓力的升高而升高,可使系統(tǒng)在較高運行壓力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先導式安全閥的優(yōu)點平衡背壓能力優(yōu)秀有突開型/調(diào)節(jié)型兩種動作特性可遠傳取壓先導式安全閥的優(yōu)點對介質(zhì)比較挑剃,不適用于較臟/較粘稠的介質(zhì),此類介質(zhì)會堵塞引壓管及導閥內(nèi)腔.成本較高.先導式安全閥的缺點重力板式產(chǎn)品的優(yōu)點目前低壓儲罐呼吸閥/緊急泄放閥的主力產(chǎn)品.結(jié)構(gòu)簡單.價格經(jīng)濟.重力板式產(chǎn)品的缺點不可現(xiàn)場調(diào)節(jié)設(shè)定值.閥座密封性差,并有較嚴重的預漏.受背壓影響大.需要很高的超壓以達到全開.不適用于深冷/粘稠工況.幾個常用規(guī)范ASMEsectionI-動力鍋爐(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低壓安全閥設(shè)計(LowpressurePRV)API520-火災工況計算與選型(FireSizing)API526-閥門尺寸(ValveDimension)API527-閥座密封(SeatTightness)介質(zhì)狀態(tài)(氣/液/氣液雙相).氣態(tài)介質(zhì)的分子量&Cp/Cv值.液態(tài)介質(zhì)的比重/黏度.安全閥泄放量要求.設(shè)定壓力.背壓.泄放溫度安全閥不以連接尺寸作為選型報價依據(jù)!如何提供高質(zhì)量的詢價?彈簧安全閥的結(jié)構(gòu)彈簧安全閥起跳曲線彈簧安全閥結(jié)構(gòu)彈簧安全閥結(jié)構(gòu)導壓管活塞密封活塞導向不平衡移動副(活塞)導管導閥彈性閥座P1P1P2先導式安全閥結(jié)構(gòu)先導式安全閥的工作原理頻跳安全閥的頻跳是一種閥門高頻反復開啟關(guān)閉的現(xiàn)象。安全閥頻跳時，一般來說密封面只打開其全啟高度的幾分只一或十幾分之一，然后迅速回座并再次起跳。頻跳時，閥瓣和噴嘴的密封面不斷高頻撞擊會造成密封面的嚴重損傷。如果頻跳現(xiàn)象進一步加劇還有可能造成閥體內(nèi)部其他部分甚至系統(tǒng)的損傷。安全閥工作不正常的因素頻跳后果1、導向平面由于反復高頻磨擦造成表面劃傷或局部材料疲勞實效。2、密封面由于高頻碰撞造成損傷。3、由于高頻振顫造成彈簧實效。4、由頻跳所帶來的閥門及管道振顫可能會破壞焊接材料和系統(tǒng)上其他設(shè)備。5、由于安全閥在頻跳時無法達到需要的排放量，系統(tǒng)壓力有可能繼續(xù)升壓并超過最大允許工作壓力。安全閥工作不正常的因素A、系統(tǒng)壓力在通過閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%。當閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，閥門入口處的壓力是相對穩(wěn)定的。閥門入口壓力與系統(tǒng)壓力相同。當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門迅速打開并開始泄壓。但是由于閥門與系統(tǒng)之間的連接管設(shè)計不當，造成連接管內(nèi)局部壓力下降過快超過3%，是閥門入口處壓力迅速下降到回座壓力而導致閥門關(guān)閉。因此安全閥開啟后沒有達到完全排放，系統(tǒng)壓力仍然很高，所以閥門會再次起跳并重復上述過程，既發(fā)生頻跳。導致頻跳的原因?qū)е陆庸軌航蹈哂?%的原因1、閥門與系統(tǒng)間的連接管內(nèi)徑小于閥門入口管內(nèi)徑。2、存在嚴重的渦流現(xiàn)象。3、連接管過長而且沒有作相應(yīng)的補償（使用內(nèi)徑較大的管道）。4、連接管過于復雜（拐彎過多甚至在該管上開口用作它途。在一般情況下安全閥入口處不允許安裝其他閥門。）導致頻跳的原因B、閥門的調(diào)節(jié)環(huán)位置設(shè)置不當。安全閥擁有噴嘴環(huán)和導向環(huán)。這兩個環(huán)的位置直接影響安全閥的起跳和回座過程。如果噴嘴環(huán)的位置過低或?qū)颦h(huán)的位置過高，則閥門起跳后介質(zhì)的作用力無法在閥瓣座和調(diào)節(jié)環(huán)所構(gòu)成的空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的托舉力使閥門保持排放狀態(tài)，從而導致閥門迅速回座。但是系統(tǒng)壓力仍然保持較高水平，因此回座后閥門會很快再次起跳。導致頻跳的原因C、安全閥的額定排量遠遠大于所需排量。

由于所選的安全閥的喉徑面積遠遠大于所需，安全閥排放時過大的排量導致壓力容器內(nèi)局部壓力下降過快，而系統(tǒng)本身的超壓狀態(tài)沒有得到緩解，使安全閥不得不再次起跳頻跳的原因閥門拒跳：當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門不起跳的現(xiàn)象。安全閥工作不正常的因素1、閥門整定壓力過高。2、閥門內(nèi)落入大量雜質(zhì)從而使閥辦座和導套間卡死或摩擦力過大。3、彈簧之間夾入雜物使彈簧無法被正常壓縮。4、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在起跳過程中受阻。5、排氣管道沒有被可靠支撐或由于管道受熱膨脹移位從而對閥體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力，導致閥體內(nèi)機構(gòu)發(fā)生偏心而卡死。安全閥拒跳的原因閥門不回座或回座比過大：安全閥正常起跳后長時間無法回座，閥門保持排放狀態(tài)的現(xiàn)象。安全閥工作不正常的因素1、閥門上下調(diào)整環(huán)的位置設(shè)置不當。2、排氣管道設(shè)計不當造成排氣不暢，由于排氣管道過小、拐彎過多或被堵塞，使排放的蒸汽無法迅速排出而在排氣管和閥體內(nèi)積累，這時背壓會作用在閥門內(nèi)部機構(gòu)上并產(chǎn)生抑制閥門關(guān)閉的趨勢。3、閥門內(nèi)落入大量雜質(zhì)從而使閥瓣座和導套之間卡死后摩擦力過大。安全閥不回座或回座比過大的因素：4、彈簧之間夾入雜物從而使彈簧被正常壓縮后無法恢復。5、由于對閥門排放時的排放反力計算不足，從而在排放時閥體受力扭曲損壞內(nèi)部零件導致卡死。6、閥桿螺母（位于閥桿頂端）的定位銷脫落。在閥門排放時由于振動使該螺母下滑使閥桿組件回落受阻。安全閥不回座或回座比過大的因素：7、由于彈簧壓緊螺栓的鎖緊螺母松脫，在閥門排放時由于振動時彈簧壓緊螺栓松動上滑導致閥門的設(shè)定起跳值不斷減小。

8、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在回落過程中受阻。

9、閥門的密封面中有雜質(zhì)，造成閥門無法正常關(guān)閉。

10、鎖緊螺母沒有鎖緊，由于管道震動下環(huán)向上運動，上平面高于密封面，閥門回座時無法密封安全閥不回座或回座比過大的因素：謝謝觀看癌基因與抑癌基因oncogene&tumorsuppressorgene24135基因突變概述.癌基因和抗癌基因的概念.癌基因的分類.癌基因產(chǎn)物的作用.癌基因激活的機理主要內(nèi)容疾?。?/p>

——是人體某一層面或各層面形態(tài)和功能（包括其物質(zhì)基礎(chǔ)——代謝）的異常，歸根結(jié)底是某些特定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或功能的變異，而這些蛋白質(zhì)又是細胞核中相應(yīng)基因借助細胞受體和細胞中信號轉(zhuǎn)導分子接收信號后作出應(yīng)答（表達）的產(chǎn)物。TranscriptionTranslationReplicationDNARNAProtein中心法規(guī)Whatisgene?基因：

—是遺傳信息的載體

—是一段特定的DNA序列（片段）

—是編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA片段

—是由編碼序列和調(diào)控序列組成的一段DNA片段基因主宰生物體的命運：微效基因的變異——生物體對生存環(huán)境的敏感度變化關(guān)鍵關(guān)鍵基因的變異——生物體疾病——死亡所以才有：“人類所有疾病均可視為基因病”之說注：如果外傷如燒傷、骨折等也算疾病的話，外傷應(yīng)該無法歸入基因病的行列。Genopathy問：兩個不相干的人，如果他們患得同一疾病，致病基因是否相同？再問：同卵雙生的孿生兄弟，他們患病的機會是否一樣，命運是否相同？┯┯┯┯

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┷┷┷┷增添缺失替換DNA分子(復制)中發(fā)生堿基對的______、______

和

，而引起的

的改變。替換增添缺失基因結(jié)構(gòu)基因變異的概念：英語句子中的一個字母的改變，可能導致句子的意思發(fā)生怎樣的變化？可能導致句子的意思不變、變化不大或完全改變THECATSATONTHEMATTHECATSITONTHEMATTHEHATSATONTHEMATTHECATONTHEMAT同理：替換、增添、缺失堿基對，可能會使性狀不變、變化不大或完全改變?；虻慕Y(jié)構(gòu)改變,一定會引起性狀的改變??原句：1.基因多態(tài)性與致病突變基因變異與疾病的關(guān)系2.單基因病、多基因病3.疾病易感基因

基因多態(tài)性polymorphism是指DNA序列在群體中的變異性（差異性）在人群中的發(fā)生概率>1%（SNP&CNP)<1%的變異概率叫做突變基因多態(tài)性特定的基因多態(tài)性與疾病相關(guān)時，可用致病突變加以描述SNP:散在單個堿基的不同，單個堿基的缺失、插入和置換。

CNP:DNA片段拷貝數(shù)變異，包括缺失、插入和重復等。同義突變、錯義突變、無義突變、移碼突變

致病突變生殖細胞基因突變將突變的遺傳信息傳給下一代(代代相傳),即遺傳性疾病。體細胞基因突變局部形成突變細胞群（腫瘤）。受精卵分裂基因突變的原因物理因素化學因素生物因素基因突變的原因（誘發(fā)因素）紫外線、輻射等堿基類似物5BU/疊氮胸苷等病毒和某些細菌等自發(fā)突變DNA復制過程中堿基配對出現(xiàn)誤差。UV使相鄰的胸腺嘧啶產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體,DNA復制時二聚體對應(yīng)鏈空缺，堿基隨機添補發(fā)生突變。胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶胸腺嘧啶紫外線誘變物理誘變(physicalinduction)

5溴尿嘧啶(5BU)與T類似，多為酮式構(gòu)型。間期細胞用酮式5BU處理，5BU能插入DNA取代T與A配對；插入DNA后異構(gòu)成烯醇式5BU與G配對。兩次DNA復制后,使A/T轉(zhuǎn)換成G/C，發(fā)生堿基轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生基因突變?；瘜W誘變(chemicalinduction)堿基類似物(baseanalogues)誘變AT5-BUA5-BUAAT5-BU5-BU(烯醇式)

(酮式)GGC1.生物變異的根本來源，為生物進化提供了最初的原始材料,能使生物的性狀出現(xiàn)差別，以適應(yīng)不同的外界環(huán)境，是生物進化的重要因素之一。2.致病突變是導致人類遺傳病的病變基礎(chǔ)?；蛲蛔兊囊饬x概述：腫瘤細胞惡性增殖特性（一）腫瘤細胞失去了生長調(diào)節(jié)的反饋抑制正常細胞受損,一旦恢復原狀，細胞就會停止增殖，但是腫瘤細胞不受這一反饋機制抑制。（二）腫瘤細胞失去了細胞分裂的接觸抑制。正常細胞體外培養(yǎng)，相鄰細胞相接觸，長在一起，細胞就會停止增殖，而腫瘤細胞生長滿培養(yǎng)皿后，細胞可以重疊起生長。（三）腫瘤細胞表現(xiàn)出比正常細胞更低的營養(yǎng)要求。（四）腫瘤細胞生長有一種自分泌作用，自己分泌生長需要的生長因子和調(diào)控信號,促進自身的惡性增殖。Whatisoncogene?癌基因——是基因組內(nèi)正常存在的基因，其編碼產(chǎn)物通常作為正調(diào)控信號，促進細胞的增殖和生長。癌基因的突變或表達異常是細胞惡性轉(zhuǎn)化（癌變）的重要原因?！彩悄芫幋a生長因子、生長因子受體、細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導分子以及與生長有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子等的基因。如何發(fā)現(xiàn)癌基因的呢?11910年，洛克菲勒研究院一個年輕的研究員Rous發(fā)現(xiàn)，雞肉瘤細胞裂解物在通過除菌濾器以后，注射到正常雞體內(nèi)，可以引起肉瘤，首次提出雞肉瘤可能是由病毒引起的。0.2m孔徑細菌過不去但病毒可以通過從病毒癌基因到細胞原癌基因的研究歷程：Roussarcomavirus,RSVthefirstcancer-causingretrovirus1958年，Stewart和Eddy分離出一種病毒，注射到小鼠體內(nèi)可以引起肝臟、腎臟、乳腺、胸腺、腎上腺等多種組織器官的腫瘤，因而把這種病毒稱為多瘤病毒。50年代末、60年代初，癌病毒研究成了一個極具想像力的研究領(lǐng)域，主流科學家開始進入癌病毒研究領(lǐng)域polyomavirus這期間，Temin發(fā)現(xiàn)RSV有不同亞型，且引起細胞惡變程度不同，推測RNA病毒將其遺傳信息傳遞給了正常細胞的DNA。這與Crick提出的中心法則是相違背的讓事實屈從于理論還是堅持基于實驗的結(jié)果？VSTemin發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，1975年獲諾貝爾獎TeminCrickTemin的實驗設(shè)計：實驗設(shè)計簡單而巧妙：將合成DNA所需的“原料”，即A、T、C、G四種脫氧核苷酸，與破壞了外殼的RSV一起在體外40℃的條件下溫育一段時間結(jié)果在試管里獲得了一種新合成的大分子，它不能被RNA酶破壞，但卻可以被DNA酶所分解，證明這種新合成的大分子是DNA用RNA酶預先破壞RSV的RNA，再重復上述的試驗，則不能獲得這種大分子，說明這個DNA大分子是以RSV的RNA為模板合成的1969年，一個日本學者里子水谷來到Temin的實驗室，這是一個非常擅長實驗的年輕科學家。按Temin的設(shè)想，他們開始尋找RSV中存在“逆轉(zhuǎn)錄酶”的證據(jù)DNA

RNA

ProteinTranscriptionTranslationReplicationReplicationRe-Transcription修正中心法規(guī)據(jù)說，1975年Temin因發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶而獲諾貝爾獎時，Bishop懊惱不已，因為早在1969年他就認為Temin的RNADNA的“前病毒理論”有可能是正確的，并且也進行了一些實驗，但不久由于資深同事的規(guī)勸而放棄了這方面的努力。但Bishop馬上意識到：逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)為逆轉(zhuǎn)錄病毒致癌的研究提供了一條新途徑。一個RSV，三個諾貝爾獎?。?！1989年，UCSF的Bishop和Varmus根據(jù)逆轉(zhuǎn)錄病毒的復制機制發(fā)現(xiàn)了細胞癌基因，并獲諾貝爾獎。Cellularoncogene啟示：Perutz說:“科學創(chuàng)造如同藝術(shù)創(chuàng)造一樣，都不可能通過精心組織而產(chǎn)生”Bishop說:“許多人引以為豪的是一天工作16小時，工作安排要以分秒計……可是工作狂是思考的大敵，而思考則是科學發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵”Perutzsharedthe1962NobelPrizeforChemistrywithJohnKendrew,fortheirstudiesofthestructuresofhemoglobinandglobularproteins科學的本質(zhì)和藝術(shù)一樣，都需要直覺和想像力請給自己一些思考的時間吧！癌基因的分類目前對癌基因尚無統(tǒng)一分類的方法，一般有下面3種分類方法：一、按結(jié)構(gòu)特點分（6）類（一）src癌基因家族（二）ras癌基因家族（三）sis癌基因家族（四）myc癌基因家族（五）myb癌基因家族（六）其它：如fos，erb－A等。三、按細胞增殖調(diào)控蛋白特性分成（4）類（一）生長因子（二）受體類（三）細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換器（四）細胞核因子二、按產(chǎn)物功能分（8）類（一）生長因子類（二）酪氨酸蛋白激酶（三）膜相關(guān)G蛋白（四）受體，無蛋白激酶活性（五）胞質(zhì)絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（六）胞質(zhì)調(diào)控因子（七）核反式調(diào)控因子（八）其它:db1、bcl－2癌基因產(chǎn)物參與信號轉(zhuǎn)導

胞外信號作用于膜表面受體→胞內(nèi)信使物質(zhì)的生成便意味著胞外信號跨膜傳遞的完成。胞內(nèi)信使至少有：cAMP（環(huán)磷酸腺苷）IP3（三磷酸肌醇）PG（前列腺素）cGMP（環(huán)磷酸鳥苷）DG（二?；视停〤a2＋（鈣離子）CAM（鈣調(diào)素）主要機制是通過蛋白激酶活化引起底物蛋白一連串磷酸化的生物信號反應(yīng)過程,跨膜機制涉及到：（一）質(zhì)膜上cAMP信使系統(tǒng)（二）質(zhì)膜上肌醇脂質(zhì)系統(tǒng)這兩個系統(tǒng)都是由受體鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白（GTP-regulatoryprotein，G蛋白）和效應(yīng)酶（腺苷酸環(huán)化酶磷脂酶等）組成，有相似的信號轉(zhuǎn)導過程：即受體活化后引起GTP與不同G蛋白結(jié)合活化和抑制效應(yīng)酶從而影響胞內(nèi)信使產(chǎn)生而發(fā)生不同的調(diào)控效應(yīng)。（三）受體操縱的離子通道系統(tǒng)（四）受體酪氨酸蛋白激酶的轉(zhuǎn)導

（一）獲得性基因病

(acquiredgeneticdisease)例如：病毒感染激活原癌基因癌基因活化的機制

（二）染色體易位和重排使無活性的原癌基因轉(zhuǎn)位至強啟動子或增強子附近而被活化。與基因脆性位點相關(guān)。（三）基因擴增（四）點突變?nèi)?、癌基因的產(chǎn)物與功能（一）癌基因產(chǎn)物作用的一般特點1.目前發(fā)現(xiàn)c-onc均為結(jié)構(gòu)基因.2.癌基因產(chǎn)物可分布在膜質(zhì)核也可分泌至胞外.（二）癌基因產(chǎn)物分類1.細胞外生長因子：TGF-b2.跨膜生長因子受體:MAPK3.細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導分子:Gprotein/Ras4.核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子

（三）癌基因產(chǎn)物的協(xié)同作用實驗證明，用ras或myc分別轉(zhuǎn)染細胞，可使細胞長期增殖，但不能轉(zhuǎn)化成癌細胞，在裸鼠體內(nèi)也不能形成腫瘤。但用ras+myc同時轉(zhuǎn)染細胞，則使細胞轉(zhuǎn)化成癌細胞。說明：致癌至少需要2種或以上的onc協(xié)同作用，2種onc在2條通路上發(fā)揮作用，由于細胞增殖調(diào)控是多因子，多階段影響的結(jié)果。而影響增殖分化的onc達幾十種之多，所以大多數(shù)人認為：癌發(fā)生是多階段多步驟的。Whatistumorsuppressorgene?腫瘤抑制基因（抗癌基因、抑癌基因）——是調(diào)節(jié)細胞正常生長和增殖的基因。當這些基因不能表達，或其產(chǎn)物失去活性時，細胞就會異常生長和增殖，最終導致細胞癌變。反之，若導入或激活它則可抑制細胞的惡性表型?！┗蚺c抑癌基因相互制約，維持細胞增殖正負調(diào)節(jié)信號的相對穩(wěn)定。影響1歲的兒童“二次打擊”學說兩個等位基因同時突變視網(wǎng)膜母細胞瘤（Retinoblastoma）RB基因變異(13號染色體)

(1)脫磷酸化Rb蛋白（活性）與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，抑制基因的轉(zhuǎn)錄活性(2)磷酸化Rb蛋白（失活）與E2F解離，釋放E2F(3)E2F啟動基因轉(zhuǎn)錄(4)細胞進入增生階段(G1S)因此，Rb蛋白在控制細胞生長方面發(fā)揮重要作用一旦Rb基因突變可使細胞進入過度增生狀態(tài)RB基因的功能等位基因(allele)例如：花顏色基因位于一對同源染色體的同一位置上、控制相對性狀的兩個的基因叫等位基因(allele)一對相同的等位基因稱純合等位基因

一對不同的等位基因稱雜合等位基因

顯性基因隱性基因完全顯性不完全顯性共顯性問：女性的兩條X染色體基因應(yīng)如何表達？拓展知識：X染色體基因中，有65%完全處于“休眠”狀態(tài)，20%僅在部分女性身上“休眠”，15%則完全逃離“休眠”狀態(tài)一旦其中一條X染色體被損壞，還可以由另一條X染色體來糾正男性卻只有一條X染色體，一旦它遭到破壞，男性就會患上血友病、色盲以及肌肉萎縮癥等各種遺傳病以前人們一直認為，在女性的兩條X染色體中，有一條染色體是完全不起作用或是處于“休眠”狀態(tài)的在Y染色體中，目前仍在“工作”的基因只剩下不到100個X染色體中“工作”的基因>1000個有一個這樣的故事：20年前一次意外事故，三個工人遭受鈷60（Co60)放射性核素的照射結(jié)果：一名工人不久死亡一名工人幾年后死于白血病最后一名工人20年后患糖尿病就診你知道醫(yī)生在為病人檢查時發(fā)現(xiàn)了什么嗎？鎖骨骨折肋骨串珠樣X光片發(fā)現(xiàn)廣泛性骨質(zhì)缺損骨髓檢查——漿細胞比例為30%左右（正常為0.6-1.3%）(多發(fā)性骨髓瘤）因此，多基因病涉及遺傳因素和環(huán)境因素物理因素化學因素生物因素自發(fā)因素2.多基因病(polygenicdisease)：性狀或疾病的遺傳方式取決于兩個以上微效基因的累加作用，同時還受環(huán)境因素的影響，因此這類性狀也稱為復雜性狀或復雜疾?。╟omplexdisease）也叫：“復雜性狀疾病”近視(myopia)高血壓(hypertension)糖尿病(diabetes)精神分裂癥(schizophrenia)哮喘(asthma)腫瘤或癌

(tumororcancer)多基因病的遺傳要點數(shù)量性狀的遺傳基礎(chǔ)是兩對以上基因。這些基因之間沒有顯,隱性的區(qū)別,而是共顯性。每個基因?qū)Ρ硇偷挠绊懞苄?稱為微效基因。微效基因具有累加效應(yīng),即一個基因?qū)Ρ硇妥饔煤苄?但若干個基因共同作用,可對表型產(chǎn)生明顯影響。不僅遺傳因素起作用,環(huán)境因素具有明顯作用。例如：結(jié)腸癌（Coloncancer)相關(guān)基因：NGX6，SOX7，ITGB1，HSPA9B，MAPK8，PAG，

RANGAP1，SRC和CDC2等。相關(guān)信號通路：ras/MEK/ERK，JNK，Rb/E2F，PI3K/AKT及受體相互作用相關(guān)通路，免疫反應(yīng)相關(guān)通路以及細胞黏附相關(guān)通路等。①早期原發(fā)癌生長②腫瘤血管形成③腫瘤細胞脫落并侵入基質(zhì)④進入脈管系統(tǒng)⑤癌栓形成⑥繼發(fā)組織器官定位生長⑦轉(zhuǎn)移癌繼續(xù)擴散例如：糖尿病(diabetes)依賴胰島素型糖尿病在位于第6號染色體上可能包含至少一個對I型糖尿病敏感的基因在人類基因組中，大約10個位點現(xiàn)在被發(fā)現(xiàn)似乎對I型糖尿病敏感其中：1)11號染色體位點IDDM2上的基因

2)葡萄糖激酶基因高血壓(hypertension)目前最受關(guān)注的是ATP2B1基因編碼一種膜蛋白，具有鈣泵特性能將高濃度細胞內(nèi)鈣泵出細胞外。精神神經(jīng)性疾病精神分裂癥基因表達改變/誘導增強家族史家暴基因本質(zhì)：基因組變異驚嚇—？—基因突變——精神病多基因病的遺傳：易患性(liability)易感性(susceptibility)發(fā)病閾值(threshold)易患性(liability)——在多基因病發(fā)生中，遺傳因素和環(huán)境因素共同作用決定一個個體患某種遺傳病的可能性。possibility遺傳因素(hereditaryfactors)環(huán)境因素(environmentalfactor)易感性(susceptibility)——特指由遺傳因素決定的患病風險，僅代表個體所含有的遺傳因素，易感性完全由基因決定。——在一定的環(huán)境條件下，易感性高低可代表易患性高低。riskwithdisease發(fā)病閾值(threshold)——當一個個體易患性高到一定限度就可能發(fā)病——這種由易患性所導致的多基因病發(fā)病最低限度稱為發(fā)病閾值minimum例如：三核苷酸拷貝數(shù)變異CGG(精氨酸)重復：——重復5-54次，正?！貜?-230次，攜帶者（敏感體質(zhì)）——重復230-4000次，發(fā)病

如：脆性X染色體綜合征智力低下患者細胞在缺乏胸腺嘧啶或葉酸的環(huán)境中培養(yǎng)時往往出現(xiàn)X-染色體發(fā)生斷裂男性發(fā)病1/1200-2500，女性發(fā)病1/1650-5000FragileXsyndrome閾值效應(yīng)舉例：長臉，耳外凸智力低下語言障礙對外界反應(yīng)遲鈍Copynumbervariation問：為什么是三核苷酸重復而不是4、5個？提示：三核苷酸處于閱讀框架內(nèi)，不容易破壞原有基因的開放閱讀框架(ORF)4、5個核苷酸不在ORF內(nèi)，變化容易對原有基因造成很大的影響，一般不容易積累保留癌蛋白抗原癌基因抑癌基因P53蛋白積聚，細胞周期變化P53等位基因丟失、點突變腫瘤形成腫瘤促進因子細胞表型變化相關(guān)基因作用P53基因阻滯細胞周期：G1和G2/M期

促進細胞調(diào)亡：bax/bcl2

維持基因組穩(wěn)定：核酸內(nèi)切酶活性

抑制腫瘤血管生成：Smad4P53基因可否用于治療癌癥？P53基因功能基因治療：是指以改變?nèi)祟愡z傳物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物醫(yī)學治療。通過將人的正?；蚧蛴兄委熥饔玫腄NA導入人體靶細胞，去糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用。抑癌基因P53載體P53基因治療第三節(jié)分析文體特征和表現(xiàn)手法2大考點書法大家啟功自傳賞析中學生，副教授。博不精，專不透。名雖揚，實不夠。高不成，低不就。癱偏‘左’，派曾‘右’。面