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1、河南理工大學(xué)高頻電路課程設(shè)計(jì)超外差調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)號:姓名:專業(yè)班級:07電信二班指導(dǎo)老師: 日期:2010年6月21日 目錄摘要1摘要2一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容31.1設(shè)計(jì)題目31.2設(shè)計(jì)目的31.3設(shè)計(jì)要求41.4設(shè)計(jì)步驟41.5實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)41.6設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)4二、調(diào)幅接收機(jī)的原理及電路圖52.1超外差調(diào)幅接收機(jī)原理52.2無線電廣播傳輸過程的解析6三、調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)置63.1方案的選擇及其性能指標(biāo)63.2電源電壓的選擇73.3輸入回路73.4變頻級電路83.5中頻放大檢波及自動增益控制電路93.6、前級低頻放大電路103.7、末級功率放大器103.8部分元件的選擇11四、單元電路的原理和計(jì)算12
2、4.1高頻功率放大電路124.2混頻電路124.3.中頻放大電路164.4鑒頻電路18五、分析過程中所出現(xiàn)的故障和解決方案20六、課程設(shè)計(jì)體會20七、參考文獻(xiàn)20超外差調(diào)幅接收機(jī)超外差調(diào)幅接收機(jī)關(guān)鍵詞: 超外差 接收機(jī) 中頻放大 混頻摘要無線電廣播的接收是由收音機(jī)實(shí)現(xiàn)的。收音機(jī)的接收天線收到空中的電波;調(diào)諧電路選中所需頻率的信號;檢波器將高頻信號還原成聲頻信號(即解調(diào));解調(diào)后得到的聲頻信號再經(jīng)過放大獲得足夠的推動功率;最后經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換還原出廣播內(nèi)容??梢?,在無線電廣播和接收過程中,無線電波是信息傳播的重要工具。利用無線電波作為載波,對信號進(jìn)行傳遞,可以用不同的裝載方式。在無線電廣播中可分為調(diào)
3、幅制、調(diào)頻制兩種調(diào)制方式。目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī),一般都采用超外差式,它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點(diǎn)。我們要研究的是超外差式調(diào)幅收音機(jī)。一、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.1設(shè)計(jì)題目超外差調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)目的1、掌握調(diào)幅接收機(jī)各功能模塊的基本工作原理。2、培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。3、培養(yǎng)學(xué)生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。1.3設(shè)計(jì)要求1、調(diào)幅接收機(jī)的工作原理(包括輸入選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻放大、變頻、中頻放大、檢波器、低放和低頻功放等)2、設(shè)計(jì)計(jì)算過程,并畫出整機(jī)電路圖及各部分電路圖3、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論,可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),如改善系統(tǒng)性能。1.4設(shè)計(jì)步
4、驟1、收集相關(guān)資料,掌握調(diào)幅接收機(jī)的電路原理。2、根據(jù)所提供的元器件,完成系統(tǒng)的制作安裝、調(diào)試,并完善其設(shè)計(jì)功能。1.5實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)仿真,實(shí)現(xiàn)其基本功能,要求仿真準(zhǔn)確,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。1.6設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié) 1、簡述調(diào)幅接收機(jī)的工作原理,給出完整的電路原理圖。2、系統(tǒng)的安裝過程及注意事項(xiàng)。3、單元模塊的調(diào)試及統(tǒng)調(diào)經(jīng)過,并記錄單元模塊的輸出波形。4、分析制作過程中所出現(xiàn)的故障及解決方案。5、列出電子元器件清單,分析課程設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)。6、總結(jié)收獲與體會。二、調(diào)幅接收機(jī)的原理及電路圖2.1超外差調(diào)幅接收機(jī)原理超外差式接收機(jī)主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、前置低頻放大器、功率放大
5、電路和喇叭或耳機(jī)組成。工作原理圖如下: 圖1、超外差調(diào)幅接收機(jī)工作原理圖超外差調(diào)幅接收機(jī)整機(jī)電路圖: 圖2、超外差調(diào)幅接收機(jī)整機(jī)電路圖2.22.2無線電廣播傳輸過程的解析由輸入電路,即選擇電路,或稱調(diào)諧電路把空中許多無線電廣播電臺發(fā)出的信號選擇其中一個,送給混頻電路?;祛l將輸入信號的頻率變?yōu)橹蓄l,但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號的頻率如何,混頻后的頻率是固定的,我國規(guī)定為465KHZ。 中頻放大器將中頻調(diào)幅信號放大到檢波器所要求的大小。由檢波器將中頻調(diào)幅信號所攜帶的音頻信號取下來,送給前置放低頻放大器。 前置低頻放大器將檢波出來的音頻信號進(jìn)行電壓放大。再由功率放大器將音頻信號放大,放
6、大到其功率能夠推動揚(yáng)聲器或耳機(jī)的水平。由揚(yáng)聲器或耳機(jī)將音頻電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇?。三、調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)置三、調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計(jì)3.13.1方案的選擇及其性能指標(biāo)1、選擇方案擇中波晶體管超外差調(diào)幅接收機(jī)(不超過七只晶體管),其方框圖如圖1所示。 圖3、 超外差接收機(jī)方框圖2、主要性能指標(biāo)頻率范圍:5351065kHz中頻頻率:465kHz靈敏度:14dB輸出功率:最大不失真功率100mW電源消耗:靜態(tài)時,12mA,額定時約80Ma3.23.2電源電壓的選擇本接收機(jī)選用4.5v的電源電壓 。電源電壓選得高,對于提高靈敏度和輸出功率有利。3.33.3輸入回路接收機(jī)輸入回路的任務(wù)是接收廣播電臺發(fā)射的無線電波,并
7、從中選擇出所需電臺信號。輸入回路是由接收機(jī)內(nèi)部的磁棒天線線圈與調(diào)臺旋鈕相連的可變電容CA構(gòu)成的LC調(diào)諧電路,如圖3.1所示。調(diào)節(jié)可變電容 CA可使 LC 的固有頻率等于電臺頻率,產(chǎn)生諧振,以選擇不同頻率的電臺信號。再由L2耦合到下一級變頻級。 圖4、輸入回路圖3.43.4變頻級電路 圖5、變頻電路原理圖 本機(jī)振蕩和混頻合起來稱為變頻電路。變頻電路是以VTl為中心,它的作用是把通過輸入調(diào)諧電路收到的不同頻率電臺信號(高頻信號)變換成固定465KHz的中頻信號。 圖6、混頻示意圖VTl、T2、CB等元件組成本機(jī)振蕩電路,它的任務(wù)是產(chǎn)生一個比輸入信號頻率高465 KHz的等幅高頻振蕩信號。由于Cl對
8、高頻信號相當(dāng)短路,Tl的次級Lcd的電感量又很小,對高頻信號提供了通路,所以本機(jī)振蕩電路是共基極電路,振蕩頻率由T2、CB控制,CB是雙連電容器的另一連,調(diào)節(jié)它以改變本機(jī)振蕩頻率。T2是振蕩線圈,其初次繞在同一磁芯上,它們把VT1的等電極輸出的放大了的振蕩信號以正反饋的形式耦合到振蕩回路,本機(jī)振蕩的電壓由T2的初級的抽頭引出,通過C2耦合到VT1的發(fā)射極上混頻電路由VTl、T3的初級線圈等組成,是共發(fā)射極電路。其工作過程是:(磁性天線接收的電臺信號)通過輸入調(diào)諧電路接收到的電臺信號,通過Tl的次級線圈Lcd送到VTl的基極,本機(jī)振蕩信號又通過C2送到VTl和發(fā)射極,兩種頻率的信號在T1中進(jìn)行混
9、頻,由于晶體三極管的非線性作用,混合的結(jié)果產(chǎn)生各種頻率的信號,其中有一種是本機(jī)振蕩頻率和電臺頻率的差等于465KHz的信號,這就是中頻信號?;祛l電路的負(fù)載是中頻變壓器,T3的初級線圈和內(nèi)部電容組成的并聯(lián)諧振電路,它的諧振頻率是465KHz,可以把465KHz的中頻信號從多種頻率的信號中選擇出來,并通過T3的次級線圈耦合到下一級去,而其它信號幾乎被濾掉。3.53.5中頻放大檢波及自動增益控制電路3.51、3.5.1中頻放大檢波 圖7、 中頻放大及檢波電路示意圖 選頻級輸出的中頻信號由V2的基極輸入并進(jìn)行放大,中放電路中的負(fù)載是中頻變壓器B4和諧振電容C。它們也是并聯(lián)諧振在中頻465kHz。中頻信
10、號進(jìn)行中頻放大器放大以后,再送給檢波以得到所需的音頻信號,經(jīng)功率放大輸出,耦合到揚(yáng)聲器,還原為聲音。電路如圖3.3所示。VT2、VT3為中放管。T2、T3為中頻變壓器,因諧振頻率為465 kHz,故簡稱“中周”。電路作用是放大465 kHz的中頻信號,提高靈敏度和選擇性。接收機(jī)檢波電路的任務(wù)是把要接收的廣播電臺音頻信號從中頻載波中“取下來”,以達(dá)到接收的目的。實(shí)際電路中采用一個三極管將基極和集電極連在一起,用基極和發(fā)射極來從當(dāng)一個二極管。它的作用是對中頻載波信號進(jìn)行檢波,檢波后的殘余中頻及高次諧波再通過C16、C17、R10組成高頻濾波電路濾除,最后把取出來的音頻信號經(jīng)電容耦合到低放級放大。R
11、P為檢波負(fù)載。電路作用是利用VD的單向?qū)щ娦?,取出中頻調(diào)幅信號中的音頻信號,以便放大和聲音還原。中頻信號經(jīng)一級中頻放大器充分放大后由T4耦合到檢波管VT3,VT3既起放大作用,又是檢波管,VT3構(gòu)成的三極管檢波電路,這種電路檢波效率高,有較強(qiáng)的自動增益控制(AGC)作用。AGC控制電壓通過R3加到VT2的基極,檢波級的主要任務(wù)是把中頻調(diào)幅信號還原成音頻信號,C4、C5起濾去殘余的中頻成分的作用。保證中頻信號不隨電臺信號強(qiáng)弱而變化,趨于穩(wěn)定。中頻信號經(jīng)一級中頻放大器充分放大后由T4耦合到檢波管VT3,VT3既起放大作用,又是檢波管,VT3構(gòu)成的三極管檢波電路,這種電路檢波效率高,有較強(qiáng)的自動增益
12、控制(AGC)作用。AGC控制電壓通過R3加到VT2的基極,檢波級的主要任務(wù)是把中頻調(diào)幅信號還原成音頻信號,C4、C5起濾去殘余的中頻成分的作用。保證中頻信號不隨電臺信號強(qiáng)弱而變化,趨于穩(wěn)定3.6、3.6前級低頻放大電路檢波濾波后的音頻信號由電位器RP送到前置低放管VT4,經(jīng)過低放可將音頻信號電壓放大幾十到幾百倍,但是音頻信號經(jīng)過放大后帶負(fù)載能力還很差,不能直接推動揚(yáng)聲器工作,還需進(jìn)行功率放大。旋轉(zhuǎn)電位器RP可以改變VT4的基極對地的信號電壓的大小,可達(dá)到控制音量的目的3.7、3.7末級功率放大器功率放大器的任務(wù)是不僅要輸出較大的電壓,而且能夠輸出較大的電流。本電路采用無輸出變壓器功率放大器,
13、可以消除輸出變壓器引起的失真和損耗,頻率特性好,還可以減小放大器的體積和重量。VT5、VT6組成同類型晶體管的推挽電路,R7、R8和R9、R10分別是VT5、VT6的偏量電阻。變壓器T5做倒相耦合,C9是隔直電容,也是耦合電容。為了減少低頻失真,電容C9選得越大越好。無輸出變壓器的功率放大器的輸出阻抗低,可以直接推動揚(yáng)聲器工作。3.83.8部分元件的選擇1、三極管選擇變頻管的截止頻率f應(yīng)比實(shí)際最高頻率高出23倍以上。各級三極管的穿透電流ICEO都應(yīng)該盡量小,對于的選擇,一般希望選大些,特別是第一中放管的值應(yīng)選大于100,但不宜過大(容易引起自激),應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選配適當(dāng)?shù)闹怠?梢匀窟x用中等值
14、(6080)配套,或采用=80120的與3060的配成一套(電源電壓不高,功率管ICEO即使稍大些也可用)。2、 電容的選擇高頻部分的電容耦合電容和旁路電容在0.010.047F間選用。變頻管的振蕩耦合電容和基極旁路不能過大或過過小,否則,因容值過大引起間歇振蕩,過小引起低端停振現(xiàn)象,應(yīng)根據(jù)振蕩頻率f估算所涉及回路的時間常數(shù)選取該電容。中頻槽路電容誤差可允許 5% 10%(通常中周TTF系列配200pF電容)。電解電容允許誤差不作要求,但要注意其耐壓值,有較高的絕緣電阻。本機(jī)振蕩回路并聯(lián)的微調(diào)電容,可采用具有負(fù)溫度系數(shù)的拉線電容。四、單元電路的原理和計(jì)算單元電路的原理和計(jì)算4.1高頻功率放大電
15、路圖4-1高頻功率放大電路高頻功率放大電路如圖4-1所示, 他不僅要放大高頻信號,而且還要有一定的選頻作用,因此晶體管的負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。其具體的工作原理如下:從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路,選取信號為fs=10.7MHZ的有用信號,經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大,由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路,進(jìn)一步濾除無用信號,將有用信號經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入ICB1(MC3361).4.2混頻電路因?yàn)橹蓄l比外來信號頻率低且固定不變,中頻放大器容易獲得比較大的增益,從而提高收音機(jī)的靈敏度。在較低而又固定的中頻上,還可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或?yàn)V波器進(jìn)行選頻。它們
16、具有接近理想矩形的選擇性曲線,因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實(shí)現(xiàn)變頻,振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。二極管環(huán)形混頻電路 圖 4-2 二極管環(huán)形混頻電路 ( a )原理電路 ( b )等效電路A 、原理電路及其等效電路:如圖4-2 ( a )、( b )所示。 對于圖4-2( a )所示電路,通常將 信號輸入端口稱之為 R 端口 , 本振電壓輸入端口稱之為 L 端口, 中頻輸出信號端口稱之為 I 端口 。需要說明的是: 二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時,由于變壓器的低頻響應(yīng)差,調(diào)制信號一般必須加到 I 端口,載波信號加到 R 端口,所需雙邊帶信號從 L 端取出。二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)
17、品已形成完整的系列,它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的高低進(jìn)行分類,其中常用的是 L evel 7 , L evel 17 , L evel 23 三種系列,它們所需的本振功率分別為 7dBm(5mW) , 17dBm(50mW) 和 23dBm(200mW) ,顯然,本振功率電平越高,相應(yīng)的 1dB 壓縮電平也就越高,混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應(yīng)于上述三種系列, 1dB 壓縮電平所對應(yīng)的最大輸入信號功率分別為 1dBm(1.25mW) 、 10dBm(10mW) 、 15dBm(32mW) 。 二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬(從幾十千赫到幾千兆赫)、噪聲系數(shù)低(約 6dB )、混頻失
18、真小、動態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。 二極管環(huán)形混頻器的主要缺點(diǎn)是沒有混頻增益,端口之間的隔離度較低,其中 L 端口到 R 端口的隔離度一般小于 40dB ,且隨著工作頻率的提高而下降。實(shí)驗(yàn)表明,工作頻率提高一倍,隔離度下降 5dB 。B 、原理分析 電路工作條件:二極管伏安特性為過原點(diǎn)斜率等于 的直線;輸入電壓中, , ,且 ,此時,二極管將在 的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。 由圖4-2 (a) 知,流過負(fù)載 的總電流為: 當(dāng) 時,二極管 D 3 、 D 2 導(dǎo)通, D 1 、 D 4 截止,相應(yīng)的等效電路為圖4-2 (c) :列出的 KVL 方程為: 所以,流過各二極管的電流為: 圖4-2 (c)
19、( 4.2.3 ) 流過負(fù)載的總電流為: ( 4.2.4 ) 當(dāng) 0 時,二極管 D 1 、 D 4 導(dǎo)通, D 3 、 D 2 截止,相的等效電路如圖4-2 (d) 圖4-2 (d)列出的 KVL 方程為: 流過各二極管的電流為: ( 4.2.5 )流過負(fù)載的總電流為: ( 4.2.6 ) 在 的整個周期內(nèi),流過負(fù)載的總電流可以表示為: ( 4.2.7 ) 利用開關(guān)函數(shù),可以將上式表示為: 即: ( 4.2.8 ) 由此可見,電流中包含的頻率分量為: 中的有用中頻分量為 ( 4.2.9 ) 電路特點(diǎn) :若二極管特性一致,變壓器中心抽頭上、下又完全對稱,則環(huán) 形電路的最重要特點(diǎn)就是 各端口之間
20、有良好的隔離 。 C 、插入損耗 根據(jù)定義,由圖 4-2(a) 知,流過輸入信號源端的電流為 將式( 4.2.4 )和( 4.2.6 )代入上式中得: 所以接在信號源端的等效負(fù)載電阻為: 若令 ,實(shí)現(xiàn)功率匹配,信號源提供的信號功率最大,為 輸出端輸出的中頻電壓幅值為 相應(yīng)的輸出中頻功率為: 因此,電路的插入損耗為: 實(shí)際二極管環(huán)形混頻器各端口的匹配阻抗均為 50 。應(yīng)用時,各端口都必須接入濾波匹配網(wǎng)絡(luò),分別實(shí)現(xiàn)混頻器與輸入信號源、本振信號源、輸出負(fù)載之間的阻抗匹配。 4.3.中頻放大電路中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號加以放大,然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機(jī)的靈敏度、選
21、擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的作用。圖Z1008(a)是LC單調(diào)諧中頻放大電路,圖Z1008(b)為它的交流等效電路。圖中B1、B2為中頻變壓器,它們分別與C1、C2組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò),同時還起阻抗變換的作用,因此,中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。中頻變壓器的初級線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路,它諧振于中頻465kHz。由于并聯(lián)諧振回路對詣?wù)耦l率的信號阻抗很大,對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻信號在中頻變壓器的初級線圈上產(chǎn)生很大的壓降,并且耦合到下一級放大,對非諧振頻率信號壓降很小,幾乎被短路(通常說它只能通過中頻信號),從而完成選頻作用,提高了收音機(jī)的選擇性。由LC調(diào)諧回路特性
22、知,中頻選頻回路的通頻帶Bf2- f1 ,見圖Z1009。式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。QL值愈高,選擇性愈好,通頻帶愈窄;反之,通頻帶愈寬,選擇性愈差。中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因?yàn)榫w管共射極電路輸入阻抗低,輸出阻抗高,所以一般用變壓器耦合,使前后級之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機(jī)采用兩級中放,有3個中頻變壓器(常稱中周)。第一個中頻變壓器要求有較好的選擇性,第二個中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性,第三個中頻變壓器要求有足夠的通頻帶和電壓傳輸系數(shù),由于各中頻變壓器的要求不同,匝數(shù)比不一樣,通常磁帽用不同顏色標(biāo)志,以示區(qū)別,所以不能互換使用。 實(shí)際電路中常采用具有中間抽頭的并聯(lián)諧振回路
23、,如圖Z1010(a)所示。(b)是它的等效電路,可以看出,它是由兩個阻抗性質(zhì)不同的支路組成。由于L1、L2都繞在同一磁芯上,實(shí)際上是一個自耦變壓器。利用變壓器的阻抗變換關(guān)系,可求得等效諧振電路的諧振阻抗:ZOB0()2ZAB0()2ZAB0(式中NN1N2為電感線圈的總匝數(shù))。即具有抽頭并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗ZOB0等于沒有抽頭的諧振阻抗ZAB0的倍。由于1,所以ZOB0ZAB0,適當(dāng)選擇變比可取得所需求的ZOB0,從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 上述中放電路結(jié)構(gòu)簡單,回路損耗小,調(diào)試方便,所以應(yīng)用廣泛。4.4鑒頻電路實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號解調(diào)的鑒頻電路可分為三類,第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線
24、性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波,其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系,然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較,通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成,所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值,這就恢復(fù)出與瞬時頻率變化成正比的信號。圖4-3是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初級回路諧振于調(diào)頻信號的中心頻率 ,其通帶較寬。次級兩個回路的諧振頻率分別01 、02 ,并使01 、02 與c成對稱失諧。即:01 - c = c - 02 。圖4-3 雙失諧回路鑒頻器的原理圖圖4-4左邊是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實(shí)線表示第一個回路的幅頻特性,虛線表示第二個回路的幅頻特性,這兩個幅頻特性對于c 是對稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號
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