音频放大电路设计报告

高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试一.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Au的大小和频率f之间的关系称为幅频特性，输出信号Uout与输入信号Uin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：231A84U2ALM358AN231A84U1ALM358AN25KR550HzVSIN1KR8150KR65.1KR150KR35.1KR210KR45vGND10uFC15vGND10uFC2GND2.5vGND1KR7GNDinout2out1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RRA二级放大倍数为:1518462RRRAu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。高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试（2）理论分析通过AltiumDesignerSummer09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fL和上限截止频率fH，fL大约为3.2HZ，fH大约为95KHZ。由于fH远远大于fL，因此一级放大电路的通频带为：fbw=fH-fL≈fH=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：K10010M1AM11bwbwuff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，在无衰减高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试放大区间相位相差180度，在Au下降到70.7%时，下限截止频率fL所对应的相位差为-135度，上限截止频率fH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fL大约为4HZ，fH大约为50KHZ，因此两级放大电路的通频带为：fbw=fH-fL≈fH=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fbw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fL所对应的相位差为-90度，上限截止频率fH所对应的相位差为-270度，由图5可以看出仿真与实际相符。高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试三.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)Φ1(度)Φ2(度)10132230-90-1010260360-110-3510470800-135-60104.572930-147-90105801080-150-1301010931300-160-14510151001420-165-15510201001450-170-16510501001480-180-17510801001500-180-180101001001500-180-180101K1001500-180-180105K1001500-180-1801010K1001500-180-1801020K961460-180-1951040K901240-205-2401060K841160-210-2551070K821060-215-2701080K80880-220-28510100K70760-225-29510120K68620-240-32010180K50360-270-360高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试（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Au1下降到70.7%时，高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试相移为+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，这是因为第二级放大电路是同相运算放大电路，在Au2下降到70.7%的时候，下限截止频率所对应的相位为-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。高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试（3）幅频相频特性曲线测试结果对比图10：两级放大电路幅频特性曲线测试结果对比这里将一级放大电路放大倍数扩大10倍，来和两级放大电路的幅频特性曲线对比，可以看出两级放大电路的带宽比一级时要窄，由于增益提高，必定会使带宽变窄，因此在实际应用时如果对带宽有要求，那么多级放大电路增益的选择需要考虑进去。两级放大后不仅带宽变窄，输入输出相位差也有一定变化，如图11所示。图11：两级放大电路相频特性曲线测试结果对比如图11所示，蓝色曲线为一级放大电路相频特性，绿色为两级放大电路的高等电子线路课程作业音频放大电路相频幅频特性测试相频特性，很明显，两级放大电路与一级放大电路在放大区间相位差一样，当频率增大到上限截止频率或减小到下限截止频率后，两级放大电路的相位差会相差更大，也就意味着幅度衰减更厉害。五.总结本次实验为音频放大电路的幅频与相频特性的测试，在实验过程中，会遇到多种因素对实验结果产生影响与干扰，例如频率太低是，不仅波形的干扰很大，而且幅值也衰减了，通过增大信号源电压，可以尽量减小输入信号的衰减等，在实验过程中，遇到问题解决问题，尽可能排除不必要的干扰与误差，通过实验可以更直观的观察电路的频率特性。