測(cè)試放大電路的幅頻特性

測(cè)試放大電路的幅頻特性

課程名稱(chēng)：測(cè)試放大電路的幅頻特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆辗糯箅娐贩�頻特性的測(cè)量方法，總結(jié)和驗(yàn)證放大器的放大倍數(shù)與信號(hào)頻率的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)器材：?jiǎn)喂芄采錁O放大電路板，模擬電路實(shí)驗(yàn)箱，萬(wàn)用表，交流毫伏表，信號(hào)源，示波器。

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)步驟：（電路如圖）

1Rw500K_LINKey=A50%XSC1ExtTrig+_A+_+B_XSC2ExtTrig+_A+_+B_3Rb220kCb10uF-POL2Rb120kRc2.4kCc4Q110uF-POLUo62N27145Re1.0kCe47uF-POLRL2.4kVCC12VXMM20XMM17Ui50mV1kHz0Deg附圖：測(cè)試幅頻特性接線(xiàn)圖

1、應(yīng)用信號(hào)源、示波器和萬(wàn)用表，調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)至最大輸出不失真。2、應(yīng)用交流毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)頻率、兼顧調(diào)節(jié)Us幅度，在Uo不失真前提下測(cè)量出Uom.

3、逐漸下調(diào)信號(hào)頻率f至

Uo=0.707Um，測(cè)量出下限頻率fL4、逐漸上調(diào)信號(hào)頻率f至

Uo=0.707Um，測(cè)量出上限頻率fH5、計(jì)算出通頻帶寬度f(wàn)BW=fH-fL

6、畫(huà)出所測(cè)單管共射極放大器的幅頻特性曲線(xiàn)

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：分析總結(jié)出放大器放大倍數(shù)與信號(hào)頻率的關(guān)系，以及通頻帶的意義。

擴(kuò)展閱讀：音頻放大電路設(shè)計(jì)報(bào)告

高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

一.幅頻相頻特性的概念

由于放大電路中電抗元件的存在，放大電路對(duì)不同頻率分量的信號(hào)放大能力是不相同的，而且不同頻率分量的信號(hào)通過(guò)放大電路后還會(huì)產(chǎn)生不同的相移。因此，將表示電壓放大倍數(shù)Au的大小和頻率f之間的關(guān)系稱(chēng)為幅頻特性，輸出信號(hào)Uout與輸入信號(hào)Uin的相位差與頻率f之間的關(guān)系稱(chēng)為相頻特性。

二.電路相頻幅頻特性分析

（1）音頻放大電路圖

將信號(hào)發(fā)生器代替音頻為音頻放大電路提供不同頻率的信號(hào)源，由此得出頻率特性曲線(xiàn)。音頻放大電路圖如圖1所示：

圖1：音頻放大電路圖

根據(jù)電路圖可以計(jì)算得出一級(jí)放大倍數(shù)為：

Au1二級(jí)放大倍數(shù)為:

Au21R310R1R615

R4R8那么音頻電路的總為兩級(jí)各自放大倍數(shù)的乘積，也就是150倍。高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

（2）理論分析

通過(guò)AltiumDesignerSummer09軟件對(duì)音頻電路進(jìn)行仿真，得到該音頻電路的幅頻相頻特性曲線(xiàn)，并進(jìn)行理論分析。

圖2：一級(jí)放大電路幅頻特性曲線(xiàn)

圖3：一級(jí)放大電路相頻特性曲線(xiàn)

由圖2和圖3可以得出該放大電路為帶通電路，在A(yíng)u下降到%70.7處時(shí)，可以得出其下限截止頻率fL和上限截止頻率fH，fL大約為3.2HZ，fH大約為95KHZ。由于fH遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于fL，因此一級(jí)放大電路的通頻帶為：

fbw=fH-fL≈fH=95K

查閱資料已知LM358雙運(yùn)算放大器的單位增益帶寬為1MHZ，由增益帶寬積的公式可以得出理論上的帶寬，公式如下：

1MAu1fbw

fbw1M

100K10由此可以看出仿真結(jié)果接近理論值，一級(jí)放大電路為反相運(yùn)算電路，在無(wú)衰減高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

放大區(qū)間相位相差180度，在A(yíng)u下降到70.7%時(shí)，下限截止頻率fL所對(duì)應(yīng)的相位差為-135度，上限截止頻率fH所對(duì)應(yīng)的相位差為-225度，由圖3可以看出仿真與實(shí)際相符。

兩級(jí)放大電路的幅頻相頻特性曲線(xiàn)如圖4和圖5所示:

圖4：兩級(jí)放大電路幅頻特性曲線(xiàn)

圖5：兩級(jí)放大電路相頻特性曲線(xiàn)

同理，由圖4和圖5可以得出該放大電路fL大約為4HZ，fH大約為50KHZ，因此兩級(jí)放大電路的通頻帶為：

fbw=fH-fL≈fH=50K

同樣根據(jù)上面的增益帶寬積的公式可以得出第二級(jí)理論上的帶寬fbw為66K，由此可以看出仿真結(jié)果接近理論值，因此可以將仿真結(jié)果作為參考來(lái)對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試。第二級(jí)放大電路為同相運(yùn)算電路，在無(wú)衰減放大區(qū)間相位仍然相差180度，在A(yíng)u下降到70.7%時(shí)，一級(jí)放大電路產(chǎn)生45度相移，兩級(jí)則產(chǎn)生90度相移，那么下限截止頻率fL所對(duì)應(yīng)的相位差為-90度，上限截止頻率fH所對(duì)應(yīng)的相位差為-270度，由圖5可以看出仿真與實(shí)際相符。高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

三.測(cè)試電路方法

本實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法是用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生幅度一定，頻率變化的信號(hào)作為聲音信號(hào)為音頻放大電路提供輸入信號(hào)，由于兩級(jí)放大倍數(shù)為150倍，LM358的擺幅為1.5-3.5v,為了使測(cè)量結(jié)果不失真，所以選擇輸入電壓大小為10mv，信號(hào)發(fā)生器頻率從1HZ開(kāi)始遞增，觀(guān)察輸入輸出波形幅值與相位的變化，找到上下限截止頻率，記錄每次頻率變化后輸入輸出的幅值以及相位的變化，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，用MATLAB軟件畫(huà)出幅頻相頻特性曲線(xiàn)。

四.測(cè)試電路結(jié)果與分析

利用信號(hào)發(fā)生器與示波器來(lái)對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下。

（1）測(cè)試數(shù)據(jù)記錄輸入電壓(mv)頻率(HZ)Uout1(mv)Uout2(mv)Φ1(度)Φ2(度)

10132230-90-1010260360-110-3510470800-135-60104.572930-147-90105801080-150-1301010931300-160-14510151001420-165-15510201*01450-170-16510501001480-180-17510801001500-180-180101001001500-180-180101K1001500-180-180105K1001500-180-1801010K1001500-180-1801020K961460-180-1951040K901240-205-2401060K841160-210-2551070K821060-215-2701080K80880-220-28510100K70760-225-29510120K68620-240-3201*180K50360-270-3高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

（2）幅頻相頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)MATLAB將幅頻相頻曲線(xiàn)簡(jiǎn)單繪制如下，很容易可以看出上下限截止頻率以及相位的變化。

圖6：一級(jí)放大電路幅頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

圖7：一級(jí)放大電路相頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

圖6和圖7分別為音頻電路一級(jí)放大電路的幅頻和相頻曲線(xiàn)�？梢钥闯雠c仿真結(jié)果相似，上線(xiàn)截止頻率為4Hz，下限截止頻率為100KHZ，誤差在允許范圍內(nèi)，輸入與輸出之間的相位差在放大區(qū)間相差180度，在A(yíng)u1下降到70.7%時(shí)，高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

相移為+45度，這樣，在其下限與上限截止頻率對(duì)應(yīng)的相位差分別為-135度和-225度，與理論一致。

圖8：兩級(jí)放大電路幅頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

圖9：兩級(jí)放大電路相頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

圖8和圖9分別為音頻電路兩級(jí)放大時(shí)的幅頻與相頻特性曲線(xiàn)，上限截止頻率為4.5HZ，下限截止頻率為70KHZ，通過(guò)帶寬增益積可以驗(yàn)證帶寬基本與仿真結(jié)果一致，其輸入輸出相位差在放大區(qū)間仍然為180度，這是因?yàn)榈诙��?jí)放大電路是同相運(yùn)算放大電路，在A(yíng)u2下降到70.7%的時(shí)候，下限截止頻率所對(duì)應(yīng)的相位為-90度，上限截止頻率對(duì)應(yīng)的相位為-270度，由于,每一級(jí)相移為45度，因此，兩級(jí)放大電路為90度，由幅頻特性曲線(xiàn)圖可以很容易看出。高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

（3）幅頻相頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

圖10：兩級(jí)放大電路幅頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

這里將一級(jí)放大電路放大倍數(shù)擴(kuò)大10倍，來(lái)和兩級(jí)放大電路的幅頻特性曲線(xiàn)對(duì)比，可以看出兩級(jí)放大電路的帶寬比一級(jí)時(shí)要窄，由于增益提高，必定會(huì)使帶寬變窄，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)如果對(duì)帶寬有要求，那么多級(jí)放大電路增益的選擇需要考慮進(jìn)去。

兩級(jí)放大后不僅帶寬變窄，輸入輸出相位差也有一定變化，如圖11所示。

圖11：兩級(jí)放大電路相頻特性曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

如圖11所示，藍(lán)色曲線(xiàn)為一級(jí)放大電路相頻特性，綠色為兩級(jí)放大電路的高等電子線(xiàn)路課程作業(yè)音頻放大電路相頻幅頻特性測(cè)試

相頻特性，很明顯，兩級(jí)放大電路與一級(jí)放大電路在放大區(qū)間相位差一樣，當(dāng)頻率增大到上限截止頻率或減小到下限截止頻率后，兩級(jí)放大電路的相位差會(huì)相差更大，也就意味著幅度衰減更厲害。

五.總結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)為音頻放大電路的幅頻與相頻特性的測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)遇到多種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響與干擾，例如頻率太低是，不僅波形的干擾很大，而且幅值也衰減了，通過(guò)增大信號(hào)源電壓，可以盡量減小輸入信號(hào)的衰減等，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，遇到問(wèn)題解決問(wèn)題，盡可能排除不必要的干擾與誤差，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以更直觀(guān)的觀(guān)察電路的頻率特性。

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