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。
（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
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。