音频放大电路设计报告

一.幅频相频特性的概念

由于放大电路中电抗元件的存在，放大电路对不同频率分量的信号放大能力是不相同的，而且不同频率分量的信号通过放大电路后还会产生不同的相移。因此，将表示电压放大倍数A u 的大小和频率f 之间的关系称为幅频特性，输出信号U out 与输入信号U in 的相位差与频率f 之间的关系称为相频特性。

二.电路相频幅频特性分析

（1）音频放大电路图

将信号发生器代替音频为音频放大电路提供不同频率的信号源，由此得出频率特性曲线。音频放大电路图如图1所示：

图1：音频放大电路图

根据电路图可以计算得出一级放大倍数为：

10131u ≈-

=R R A 二级放大倍数为:

1518

462≈++=R R R A u 那么音频电路的总为两级各自放大倍数的乘积，也就是150倍。

（2）理论分析

通过Altium Designer Summer 09软件对音频电路进行仿真，得到该音频电路的幅频相频特性曲线，并进行理论分析。

图2：一级放大电路幅频特性曲线

图3：一级放大电路相频特性曲线

由图2和图3可以得出该放大电路为带通电路，在Au 下降到%70.7处时，可以得出其下限截止频率f L 和上限截止频率f H ，f L 大约为3.2HZ ，f H 大约为95KHZ 。由于f H 远远大于fL ，因此一级放大电路的通频带为：

f bw=f H - f L≈f H=95K

查阅资料已知LM358双运算放大器的单位增益带宽为1MHZ ，由增益带宽积的公式可以得出理论上的带宽，公式如下：

K 10010

M 1A M 11==∙=bw bw

u f f 由此可以看出仿真结果接近理论值，一级放大电路为反相运算电路，在无衰减

放大区间相位相差180度，在Au下降到70.7%时，下限截止频率f L所对应的相位差为-135度，上限截止频率f H所对应的相位差为-225度，由图3可以看出仿真与实际相符。

两级放大电路的幅频相频特性曲线如图4和图5所示:

图4：两级放大电路幅频特性曲线

图5：两级放大电路相频特性曲线

同理，由图4和图5可以得出该放大电路f L大约为4HZ，f H大约为50KHZ，因此两级放大电路的通频带为：

f bw=f H - f L≈f H=50K

同样根据上面的增益带宽积的公式可以得出第二级理论上的带宽f bw为66K，由此可以看出仿真结果接近理论值，因此可以将仿真结果作为参考来对电路进行测试。第二级放大电路为同相运算电路，在无衰减放大区间相位仍然相差180度，在Au下降到70.7%时，一级放大电路产生45度相移，两级则产生90度相移，那么下限截止频率f L所对应的相位差为-90度，上限截止频率f H 所对应的相位差为-270度，由图5可以看出仿真与实际相符。

三.测试电路方法

本实验测量方法是用信号发生器产生幅度一定，频率变化的信号作为声音信号为音频放大电路提供输入信号，由于两级放大倍数为150倍，LM358的摆幅为1.5-3.5v,为了使测量结果不失真，所以选择输入电压大小为10mv，信号发生器频率从1HZ开始递增，观察输入输出波形幅值与相位的变化，找到上下限截止频率，记录每次频率变化后输入输出的幅值以及相位的变化，根据记录的数据，用MATLAB软件画出幅频相频特性曲线。

四.测试电路结果与分析

利用信号发生器与示波器来对电路进行测试，测试结果如下。

（1）测试数据记录

输入电压(mv) 频率(HZ) Uout1(mv) Uout2(mv) Φ

1(度) Φ

2

(度)

10 1 32 230 -90 -10 10 2 60 360 -110 -35 10 4 70 800 -135 -60 10 4.5 72 930 -147 -90 10 5 80 1080 -150 -130 10 10 93 1300 -160 -145 10 15 100 1420 -165 -155 10 20 100 1450 -170 -165 10 50 100 1480 -180 -175 10 80 100 1500 -180 -180 10 100 100 1500 -180 -180 10 1K 100 1500 -180 -180 10 5K 100 1500 -180 -180 10 10K 100 1500 -180 -180 10 20K 96 1460 -180 -195 10 40K 90 1240 -205 -240 10 60K 84 1160 -210 -255 10 70K 82 1060 -215 -270 10 80K 80 880 -220 -285 10 100K 70 760 -225 -295 10 120K 68 620 -240 -320 10 180K 50 360 -270 -360

（2）幅频相频特性曲线测试结果及分析

经过MATLAB将幅频相频曲线简单绘制如下，很容易可以看出上下限截止频率以及相位的变化。

图6：一级放大电路幅频特性曲线测试结果

图7：一级放大电路相频特性曲线测试结果

图6和图7分别为音频电路一级放大电路的幅频和相频曲线。可以看出与仿真结果相似，上线截止频率为4Hz，下限截止频率为100KHZ，误差在允许范围内，输入与输出之间的相位差在放大区间相差180度，在A

下降到70.7%时，

u1

相移为+45度，这样，在其下限与上限截止频率对应的相位差分别为-135度和-225度，与理论一致。

图8：两级放大电路幅频特性曲线测试结果

图9：两级放大电路相频特性曲线测试结果

图8和图9分别为音频电路两级放大时的幅频与相频特性曲线，上限截止频率为4.5HZ，下限截止频率为70KHZ，通过带宽增益积可以验证带宽基本与仿真结果一致，其输入输出相位差在放大区间仍然为180度，这是因为第二级放

下降到70.7%的时候，下限截止频率所对应大电路是同相运算放大电路，在A

u2

的相位为-90度，上限截止频率对应的相位为-270度，由于,每一级相移为45度，因此，两级放大电路为90度，由幅频特性曲线图可以很容易看出。