GPT-4o给出的设计方案：

一、系统概述

本设计旨在制作一个采用低通和高通滤波的音频放大电路，能够将音频信号分离为低频和高频部分并分别进行放大。主要包括相位调节信号源、预处理电路、低通滤波与功率放大部分、高通滤波与功率放大部分及负载。

二、硬件设计

1. 信号源

1. 信号源生成：
   • 采用信号发生器，产生100 Hz至20 kHz范围内的正弦波信号。
   • 信号源输出电压峰峰值为10~100mV，确保频率稳定性和信号纯净度。

2. 预处理电路

1. 放大器
   • 使用运算放大器（如OPA2134）对输入信号进行初始放大，确保信号在进入滤波电路前具有足够幅度。
   • 设置增益使得信号电平适中，为后续滤波电路做准备。

3. 低通滤波与功率放大

1. 低通滤波电路

   • 使用有源滤波电路设计低通滤波器，截止频率设置在1 kHz。
   • 采用二阶Sallen-Key低通滤波器，元件选择高精度电容和电阻，确保滤波特性良好。
   • 滤波器设计示例： ( f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}} )，选择适当的R和C。

2. 功率放大器

   • 选用合适的音频功率放大器（如LM386）对低通滤波后的信号进行放大。
   • 确保输出信号能够驱动8Ω/4Ω扬声器，输出功率满足不小于4W。

4. 高通滤波与功率放大

1. 高通滤波电路

   • 使用有源滤波电路设计高通滤波器，截止频率设置在1 kHz。
   • 采用二阶Sallen-Key高通滤波器，元件选择高精度电容和电阻，确保滤波特性良好。
   • 滤波器设计示例： ( f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}} )，选择适当的R和C。

2. 功率放大器

   • 选用合适的音频功率放大器（如LM386）对高通滤波后的信号进行放大。
   • 确保输出信号能够驱动8Ω/4Ω扬声器，输出功率满足不小于4W。

三、软件分析

1. 电路仿真

   • 使用电路仿真软件（如Multisim）进行电路仿真，观察频率响应和放大器性能。
   • 确保低通滤波器、高通滤波器的频率响应符合设计要求。

2. 优化设计

   • 根据仿真结果调整电阻、电容参数，确保滤波器特性良好。
   • 优化功率放大器的增益和输出功率，满足输出要求。

四、调试与测试

1. 硬件调试

   • 测试输入信号在不同频率下的响应，确保预处理电路和滤波器正常工作。
   • 调试功率放大器，确保在驱动负载时输出信号稳定且无失真。

2. 综合测试

   • 用示波器观察低通和高通滤波后的信号波形，验证滤波效果。
   • 测试不同频率信号下的输出功率，确保满足设计要求。

五、系统优化

1. 元器件选择

   • 进一步提高关键元器件的精度，如电容、电阻，优化电路性能。

2. 滤波特性优化

   • 优化低通和高通滤波器的设计，引入更高阶的滤波器（如三阶或四阶滤波器）以提高滤波特性。

3. 散热设计

   • 增加功率放大器的散热设计，确保高功率输出时电路的稳定性。

通过上述设计方案，可以实现对音频信号的精确分离和放大，确保低频和高频信号分别经过滤波和放大模块后输出到负载。在满足题目要求的基础上，进一步调整优化滤波和放大电路，提供良好的音频信号处理效果。

该题目考察的知识点：

1. 信号处理与滤波
   1. 设计低通、高通滤波器，了解滤波器的频率响应、阻抗匹配和相位特性。
   2. 设计和分析模拟滤波电路，理解滤波器的实现和调试。
2. 放大电路设计
   1. 设计音频功率放大电路，选择和使用合适的运算放大器或功率放大器。
   2. 调试放大电路以实现特定的增益和频率响应特性，保证输出信号的稳定性和无失真。
3. 电路仿真与优化
   1. 使用电路仿真软件（如Multisim、PSpice）进行电路仿真和性能分析，优化电路参数以达到设计要求。
   2. 分析和调整电路元件参数，确保实际电路与仿真结果的一致性。
4. 测量与调试
   1. 使用示波器等仪器进行电路调试与测量，验证电路的频率响应特性。
   2. 测试和分析低通、高通滤波器和放大器的实际性能，确保其达到设计指标。
5. 电子元件选择与使用
   1. 了解不同类型电容、电阻、运放、功率放大器的特性及应用场景。
   2. 选择适当的元件以满足电路设计的性能指标和可靠性要求。
6. 电路理论基础
   1. 运用电路理论知识进行电路设计，包括频率响应、增益计算、相位分析等。
   2. 掌握有源滤波电路的设计方法和原理，理解通过调节RC参数改变滤波特性。
7. 系统综合设计
   1. 综合运用信号源、滤波电路和功率放大电路，构建一个完整的信号处理系统。
   2. 系统各模块间的接口设计和信号匹配，确保系统的整体性能与稳定性。

这些知识点涵盖了信号处理、放大电路设计、电路仿真与测试、元件选择与使用、电路理论基础和系统综合设计等多个方面，是电路设计和信号处理中的核心内容。