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高频电路习题.doc

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1、1目 录第 1 章 绪论.2第 2 章 小信号选频放大器3第 3 章 谐振功率放大器9第 4 章 正弦波振荡器17第 5 章 振幅调制、振幅解调与混频电路31第 6 章 角度调制与解调电路512第 1 章 绪论 返回目 录页一、填空1.1 用( 电 )信号传送信息的系统称为通信系统,发送设备对信号最主要的处理是( 调制 ) 。1.2 输入变换器的作用是将各种不同形式的信源转换成( 电 )信号;传输信号的信道也称为(传输媒介) ;传输媒介分为( 有线信道和无线信道 )两大类。1.3 引起传输误差的因素是(噪声和干扰) 。1.4 在时间和幅度上连续变化的信号称为(模拟信号) ;在时间和幅度上离散取

2、值的信号称为(数字信号) 。1.5 用基带信号去改变高频载频的幅度称为(调幅)用符号( AM)表示;用基带信号去改变高频载频的频率称为(调频)用符号(F M)表示;用基带信号去改变高频载频的相位称为(调频)用符号(P M)表示。1.6 数字调制通常分为(振幅键控(ASK)) 、 (相位键控(PSK ) ) 、 (频率键控(FSK) )三种。 1.7 无线电波的传播方式有(沿地面传播) 、依靠(电离层传播)和(直线传播)三种;频率在(1.530MHz )的信号主要是依靠电离层的反射传播;高于( 30MHz)的信号主要沿空间直线传播;长波与超长波信号主要(沿地 面)传播。 1.8 器件的电阻、电容

3、、或者电感如果不是一个常数,这种器件通常称为(非线性)器件。1.9 用晶体管、二极管组成的电路,如果给电路输入一个单频正弦信号,输出信号的(波形) 、 (频率)与原信号不同。 1.10 非线性电路可采用(图解法)和(解析法)来进行分析;在实际电路分析中,常采用工程近似解析法分析,在工程近似解析法分析中常采用(折线、幂级数和开关函数)等表示式。 二、综合题1.11 非线性电路的基本特点是什么?1.12 画出无线电调幅广播发送设备组成框图;指出其中的线性电路和非线性电路;画出调幅输出波形。1.13 画出超外差式调幅接收机组成框图,指出其中的线性与非线性电路,画出各部分电路的输入与输出波形。1.14

4、 调幅广播频率在 5351605KHz,其信号主要是何种传播方式?电视广播频率在30MHz 以上,其信号主要是何种传播方式?那种信号容易受到建筑物的遮挡? 返回本 章开头3第 2 章 小信号选频放大器 返回目 录页2.1 已知并联谐振回路 L=1 H,C=20pF,Q=100,求该并联回路的谐振频率 f0、谐振电阻 Rp 及通频带 BW0.7。解:由公式(2.1.4)知 MHzzQfBWkCLR Hzzfp 356.016.354.2104.22)7.12( 6.351007. 3161260 式 知由 2.2 并联谐振回路如图 P2.2 所示,已知 C=300pF,L=390 H ,Q=10

5、0,信号源内阻Rs=100k,负载电阻 RL=200K,求该回路的谐振频率、谐振电阻、通频带。 KHzzLCf 465103902)4.12(6120 由 式解 : 371094212 42014120140397623126 LCRQ).( KR/).( KCLQR).e LSPLSPeP式 , 有 载 品 质 因 数由 式 知 谐 振 电 阻 为所 以 由 阻 为知 , 回 路 的 空 载 谐 振 电由 式 (所以BW0.7=f0/QT=465KHz/37=12.6KHz2.3 已知并联谐振回路的 f0=10MHz,C=50pF,BW 0.7=150KHz,求回路的 L 和 Q 以及f=6

6、00KHz时的电压衰减倍数。如将通频带加宽为 300KHz,应在回路两端并联多大的电阻? KRRKCLBWfQRKLfQUfBWfQHCfLeXXee eopP 214.1014.0105301)6.2(5067)21.( 1.8)06.27(1)( 23.0.21)4.(67051)6.2( 5105)(4).1( 367.01262000370 22620所 以, 由 电 阻 并 联 公 式 知设 需 要 并 联 的 电 阻 为 式, 并 由总 电 阻 为同 理 , 设 并 联 电 阻 后 的, 在 并 联 电 阻 前由 式或 式 知由 式 式 知由 式 式 知解 : 由42.4 并联回路

7、如图 P2.4 所示,已知:C=360pF,L 1=280H,Q=100,L 2=50H,n=N1/N2=10,RL=1K。试求该并联谐振回路考虑RL 影响后的通频带及等效谐振电阻。KCLQRKnRPPL810810362)7.12()3. 32622 1为式 空 载由 两 端 得折 算 到式 , 将由解 : KHz.z. Hz.CRLQfBWK.Ree. LPe45910459 103684212846083 207 通 频 带等 效 谐 振 电 阻2.5 并联回路如图 P2.5 所示,试求并联回路 2-3 两端的谐振电阻 RP。已知:(a) L1=100H,L =10H,M=4 H ,等效

8、损耗电阻 r=10 ,C=300pF ;(b)C1=50pF,C 2=100pF,L=10 H,r=2 。端 看 过 去 的 电 容 值 。端 和分 别 是 从、式 中 端 等 效 阻 抗、 端 等 效 阻 抗、先 求 总 电 容端、 端、 端 的 等 效 阻 抗、端 的 等 效 阻 抗 , 再 求、先 求解 :4-2317.605.)50( )C()()Cj1()U(32 105.2103.1.501C)( 5.03.9)240( )2()U32.121()(3)(32121 2123123213 62133 621 KRRRRrLRpFb KRMLRCrrLaP PPPPPPPPP2.6

9、并联谐振回路如图 P2.6 所示,已知 f0=10MHz,Q=100,R s=12 K,R L=1K ,C=40pF,匝比 n1=N13/N23=1.3,n 2=N13/N45=4,试求谐振回路有载谐振电阻 RT、有载品质因 QT 和回路通频带 BW0.7。5KCfQLCQLRP 40102226 0解 : 先 求 MHzzQfBWCfRKKRneeeLspeLss 5.03.18. 104123.72. 61.04143.3.7.0 26021 所 以 , 回 路 通 频 带 为值 为有 载所 以 由 再 谐 振 电 阻 为而2.7 单调谐放大器如图 2.2.4(a)所示,已知放大器的中心频

10、率 f0=10MHz,回路线圈电感 L13=4H,Q=100,匝数 N13=20 匝,N 12=5 匝,N 45=5 匝,晶体管的参数为:G0=200S,C 0=7pF,g m=45mS。试求该放大器的谐振电压增益、通频带及回路外接电容C。6S. S.nGRKCLQpF.).(f C,R RG/N/n /N/nGgAOPeP PPLOPeemuo4 2326321166222045132 123121075 4100995547410450 所 以 已 知 , 所 以 先 求 出、题 中 , 而, 因 为; 应 先 求 出式 中 , 式 中, 而 增 益 公 式解 : 由 谐 振 放 大 器

11、电 压pFpF).(.nCMHz.z.QfBW.LCGR.ngAOOe. eeemuo5 4035410735217021043116750221170 6432外 外 , 所 以 外 接 电 容 为因 为 总 电 容所 以 通 频 带 为有 载 品 质 因 数 为所 以 电 压 增 益 为*不要求:(幅频特性曲线)2.8 单调谐放大器如图 2.2.4(a)所示。中心频率 f0=30MHz,晶体管的工作点电流IEQ=2mA,回路电感 L13=1.4H,Q=100 ,匝比n1=N13/N12=2,n2=N13/N45=3.5, YL=GL=1.2mS,Goe=0.4mS, ,试求该放大器的谐振r

12、/b电压增益及通频带。7LfQCLRRS.UIgPPTEQm2034107126求 空 载 时 的 谐 振 电 阻解 : 先 求1.604.1302135.86.1308.461035.271035.25.31024.616407.0.2102320 LfGQMHzfBWngASSnGReeeemuLPee式 中求 通 频 带 增 益 为所 以 放 大 器 的 谐 振 电 压 )(求 谐 振 时 的 有 载 电 导返回本章 开头第 3 章 谐振功率放大器 返回 目录页3.1 谐振功率放大器电路如图 3.1.1 所示,晶体管的理想化转移特性如图 P3.1 所示,已知:V BB=0.2V,u i=

13、1.1cos(t)V ,回路谐振在输入信号频率上,试在转移特性上画出输入Kf.26.31066)(8电压和集电极电流波形,并求出电流导通角 及 Ic0、I c1m、I c2m 的大小。解:作图如下由已知条件 VBB=0.2V, Uim=1.1V由图 UBE(on)=0.6V ,所以 A.)(iI.i .)(.)()(iarcoscosmaxCcaxcmxCiB)n(E18906375270694306294130636412221100 210 所 以 ,由 书 中 图由 作 图 知所 以此题也可先由曲线求出 gc 值,然后用公式计算 iCmax 值 流 值 。算 方 法 可 计 算 其 余

14、各 电值 后 , 再 仿 照 上 面 的 计计 算 出 时, 在 输 入 信 号 达 到 峰 点所 以 由 公 式由 定 义 知 maxCc )on(BEimBaxCcEciA.).(gUViu(iS.70601203.2 已知集电极电流余弦脉冲 icmax=100mA,试求通角 =120 0,=70 0 时集电极电流的直流分量 Ic0 和基波分量 Ic1m;若 Ucm=0.95Vcc,求出两种情况下放大器的效率各为多少?解: (1) , ,120()0.461()0.5369%.VU)(mA.ImAIcc cC 762950432121 3160401,(2) , ,7.51().0.531

15、mA,0364.mA460.98.%2.c cI I3.3 已知谐振功率放大器的 VCC=24V,I C0=250mA,P o=5W,U cm=0.9VCC,试求该放大器的 PD,P c, c 以及 Ic1m,i Cmax,。, 所 以因 为解 : cmDcCVIP.W.10023865624A)(Ii.g. )(g)()(iIAcmaxCCMmaxccc 3810250413 8521463469501 101001, 所 以时, 当查 图因 为3.5 已知 VCC=12V,U BE(on)=0.6V,V BB=-0.3V,放大器工作在临界状态 Ucm=10.5V,要求输出功率 Po=1W,

16、=60 0,试求该放大器的谐振电阻 RP,输入电压 Uim 及集电极效率 c。 知由 式 谐 振 电 阻 为解 : )8.13(51.20RcmPCcmDcB)on(EimVIUP.( V.os)(.s010 0278163式 知由10%V)(iUCmaxCcm578120396013.6 谐振功率放大器电路如图 P3.6 所示,试从馈电方式,基极偏置和滤波匹配网络等方面,分析这些电路的特点。解: (a) 、 集电极均采用串联馈电方式,基极采用自给偏压电路, 利用高1V2 1V频扼圈中固有直流电阻来获得反向偏置电压,而 利用 获得反向偏置电压。输入端采2VBR用 L 型滤波匹配网络,输出端采用

17、 型滤波匹配网络。(b) 集电极采用并联馈电方式,基极采用自给偏压电路,由高频扼流圈 中的直流BL电阻产生很小的负偏压,输出端由 , 构成 型和 型滤波匹配网络,调节23LC54LT和 使得外接 50 欧负载电阻在工作频率上变换为放大器所要求的匹配电阻,输入端34C5由 、 、 、 构成 和 型滤波匹配网络, 用来调匹配, 用来调谐振。121L6CTL12C113.7 某谐振功率放大器输出电路的交流通路如图 P3.7 所示,工作频率为 2MHz,已知天线等效电容 CA=500pF,等效电阻 rA=8,若放大器要求 RP=80,求 L 和 C。解:图 P3.7 可以化成下面电路:图中 L=L11

18、+L12 HL pFFCQHRLCf RLAPA AA6.14)7.291.( 298710987.20.)31(.)1( 91.807.205)2(1)2(18216 2621 6 612 , 所 以, 可 求 出时 ,由 以 上 两 图 知 , 当3.8 谐振功率放大器,要求工作在临界状态,已知 VCC=20V,P o=0.5W,R L=50,集电极电压利用系数为 0.95,工作频率为 10MHz。用 L 型网络作为输出滤波匹配网络,试计算该网络的元件值。解:画出谐振功率放大器 L 型匹配网络图如下12pFFLCHQHfRRLPULLPOcm 10.103.2)102(1.)49.(8.)

19、( 98.10251503623612)095.( 066 22 62 知由临 界 状 态 的 匹 配 电 阻 为3.9 已知实际负载 RL=50,谐振功率放大器要求的最佳负载电阻RP=121,工作频率 f=30MHz,试计算图 3.3.9(a)所示 型输出滤波匹配网络的元件值,取中间变换阻抗 RL=2。解:参照例 3.3.4 图如下 nH.F)(CLp.)QF.RC.Q )./L/L 9510542103219552010324950 1039313162622 为所 以 , 电 容 知) 、 (串 变 换 , 利 用 (网 络 应 用 并知 ,解 : 参 考 图 71831 .R).(./

20、LP 知、并 变 换 , 由 式 式 (网 络 用 串13pF.)(LCnH.).(.)Q(.Ln.).(RL 381028350132171839518027962 22161 为所 以 , 电 容 为所 以 , 电 感3.10 试求 P3.10 所示各传输变压器的阻抗变换关系及相应的特性阻抗。LCLii iLLLCLLii iiLi i RiuiZiuuRiubRiuiZiuRi uua 2422)( 414644) 为传 输 变 压 器 的 特 性 阻 抗所 以 输 变 压 器 串 联由 图 知 , 输 入 端 两 个 传所 以通 过 负 载 的 电 流 为所 以 输 变 压 器 并 联

21、由 图 知 , 输 出 端 两 个 传特 性 阻 抗输 入 电 阻因 为 负 载 电 阻负 载 两 端 的 电 压 ,压由 图 , 传 输 变 压 器 端 电所 以 分 成 四 路 ,由 图 , 输 入 电 流解 : (143.11 功率四分配网络如图 P3.11 所示,试分析电路的工作原理。已知 RL=75,试求 Rd1、R d2、R d3及 Rs的值。解: 当 a 与 b 端负载电阻均等于 2 ,a 与 b 端获得信号源供给功率的一半。1rTsR同理, 、 两端负载 都相等,且等于 4 时,a、b 端功率又由 、 平均分2r3rLRs 2rT3r配给四个负载,所以每路负载 获得信号源供给功

22、率的 1/4,故图 P3.11 构成功率四分配网络。 12375,150,18.75ddsRR3.12 图 P3.12 所示为工作在 230 MHz 频段上、输出功率为 50 W 的反相功率合成电路。试说明:(1) 传输线变压器的作用并指出它们的特性阻抗;(2) 、1rT5 6rT传输线变压器的作用并估算功率管输入阻抗和集电极等效负载阻抗。7rT15解: (1) 说明 的作用并指出它们的特性阻抗1rT5为 1:1 传输线变压器,用以不平衡与平衡电路的转换, 。1rT 150cZ和 组成 9:1 阻抗变换电路, 。2r3r 2350/6.7cZ为 1:1 传输线变压器,用以平衡与不平衡电路的转换

23、, 。4r 412.5cZ为 1:4 传输线变压器,用以阻抗变换, 。5rT 52cZ(2) 说明 、 的作用并估算功率管的输入阻抗和等效负载阻抗6r7rT起反向功率分配作用, 起反向功率合成作用。6r 7r功率管的输入阻抗为 5012.89功率管集电极等效负载阻抗为 6.524abR16返回本 章开头第 4 章 正弦波振荡器 返回目 录页4.1 分析图 P4.1 所电路,标明次级线圈的同名端,使之满足相位平衡条件,并求出振荡频率。解:P4.1 各图表处的同名端如下(红点为所标出的同名端): MHzLCfcb zfa 476.01205621)( 348.1)(20 1260 估 算 的 振

24、荡 频 率4.2 变压器耦合 振荡电路如图 P4.2 所示,已知 , 、3pFC280L、 ,晶体管的 、 ,略去放大电路输入导纳的影50Q2HMfe05oe210SG响,试画出振荡器起振时开环小信号等效电路,计算振荡频率,并验证振荡器是否满足振幅起振条件。17解: 作出振荡器起振时开环 参数等效电路如图(b)图所示。Y略去晶体管的寄生电容,振荡频率等于 0 6121Hz=0.5M228013fLC略去放大电路输入导纳的影响,谐振回路的等效电导为 5 6610 42.7S20.5280eooeoGSQL 由于三极管的静态工作点电流 为EI120.730.6mAkEQVI所以,三极管的正向传输导

25、纳等于 /0.6/20.23SfemEQTYgIUV因此,放大器的谐振电压增益为 eiOuGA0而反馈系数为 LMJjUFof 这样可求得振荡电路环路增益值为 38201746.Gg|ATem由于 1,故该振荡电路满足振幅起振条件。4.3 试检查图 P4.3 所示振荡电路,指出图中错误,并加以改正。18解: (a) 图中有如下错误:发射极直流被 短路,变压器同名端标的不正确,构fL成负反馈。改正图如下图(a)所示(注意:与原图对照时红色部分,下同) 。(b) 图中有如下错误:直流工作状态不正确,集电极不通直流;而 通过 直接加CVL到发射极。只要将 和 位置互换即行,如下图(b)所示。1CL4

26、.4 根据振荡的相位平衡条件,判断图 P4.4 所示电路能否产生振荡?在能产生振荡的电路中,求出振荡频率的大小。解: (a) 能; 601260.19Hz0.19Mz47203f(b) 不能。(c) 能; 601260.421z0.42Hz2470()1f194.5 画出图 P4.5 所示各电路的交流通路,并根据相位平衡条件,判断哪些电路能产生振荡,哪些电路不能产生振荡(图中 CB、C E、C C 为耦合电容或旁路电容,L C 为高频扼流圈) 。解:画出的交流通路及回答如下(高频扼流圈对交流开路,可画也可不画):4.6 图 P4.6 所示为三谐振回路振荡器的交流通路,设电路参数之间有以下四种关

27、系:(1)L 1C1L 2C2L 3C3;( 2)L 1C1L 2C2L 3C3;(3) L1C1=L2C2L 3C3;(4)L1C1L 2C2=L3C3;试分析上述四种情况是否都能振荡,振荡频率与各回路的固有谐振频率有何关系?20解:要想使图中电路振荡,接在晶体管发射极的两个电路在振荡频率处必须等效成相同性质的电抗元件,接在晶体管基极的电路必须等效成相反性质的电抗元件;又根据并联谐振电路当工作频率小于它的谐振频率时呈感性,当工作频率高于它的谐振频率时呈容性,由公式振荡频率表达式 知:LCf210(1)这时的条件可写成 f1f2f3;所以能振荡:振荡频率 f0 为:f 2f0f3;这时 1、2

28、回路为感性,3 回路为容性。(3) 这时的条件可写成 f1=f2f2=f3;所以不能振荡;因为 2、3 回路任何时候都性质相同,不能满足接在晶体管基极的电抗元件性质相反的条件。4.7 电容三点式振荡器如图 P4.7 所示,已知 谐振回路的空载品质因数 Q=60,晶LC体管的输出电导 Goe=2.510-5S,输入电导 Gie=0.210-3S,试求该振荡器的振荡频率f0,并验证 IcQ=0.4mA 时,电路能否起振?解: (1)求振荡频率 ,由于0f MHzLCf pF102311023126021 所 以(2)求起振条件21 MHz. HzLCfpF251010260由 图 知 , 总 电

29、容 为解:S.S)(G)C(/LQSIgP/PPCQm 66221 6126 1040103015426 两 端等 效 在 输 出 端回 路 空 载 电 导跨 导放大器输入电导等效在输出端 )/.()R/()GBie/ie 2810362322121 Rc 的等效电导 Sc 43052负载总电导 SS).(GGc/ie/Poe 6105940286环路增益能 够 起 振 。 17031594621 CgTem4.8 振荡器如图 P4.8 所示,它们是什么类型振荡器?有何优点?计算各电路的振荡频率。解:(a)电路交流通路(a)图:该电路是改进的电容三点式(克拉泼)振荡电路;优点是减小了晶体管输出

30、电容的影响,频率稳定度高,振荡波形比较好。22(b) 电路的交流通路如图(b)所示,为改进型电容三点式振荡电路,称为西勒电路。其主要优点频率稳度定高。4.9 分析图 P4.5 所示各振荡电路,画出交流通路,计算振荡频率,并说明电路特点。MHzLCf pF.)( 691086457213820 振 荡 电 路 总 电 容23MHz. Hz.LCf pF.)a(81210831050125260算 总 电 容电 路 的 振 荡 频 率 ; 先 计计 算 。余 特 点 同( 西 勒 ) 振 荡 电 路 , 其采 用 改 进 的 电 容 三 点 式电 路 的 总 电 容 是 负 载 对 电 路 影 响

31、 小 。采 用 电 容 分 压 式 输 出 , 频 率 高 , 振 荡 波 形 好 ,三 点 式 振 荡 电 路 , 振 荡电 路 特 点 是 采 用 了 电 容 )a(MHz. Hz.LCf pF)b(19106382510024.10 若石英晶片的参数为:L q=4H,C q=6.310-3pF,C 0=2 PF,r q=100,试求(1)串联谐振频率 fs;(2)并联谐振频率 fp 与 fs 相差多少?(3)晶体的品质因数 Q 和等效并联谐振电阻为多大?24KHzHzfCffMHzHzLfsqspqs578.1)1203.6(03)2(03.1103.642)( 5并 、 串 联 谐 振

32、 频 率 差串 联 谐 振 频 率 见 右 图 :解 : 画 出 晶 体 等 效 电 路 51502.3.6410)()6.2( :()3( q qqCLr CQ串 联等 于式 中品 质 因 数 知由 式 章 有 关 内 容 )参 见 第品 质 因 数 与 谐 振 阻 抗由式(2.1.3)知并联谐振阻抗为 qPrR石英晶体的谐振阻抗是在 C0 两端,所以 MrLr Cqq qp 63104)2(3.6)(2520 0同 上 , 因 为4.11 图 P4.11 所示石英晶体振荡器,指出它们属于哪种类型的晶体振荡器,并说明石英晶体在电路中的作用。25答:(a)图为并联型石英晶体振荡器,石英晶体在电

33、路中的作用可以等效为电感元件。(b)图为串联型石英晶体振荡器,石英晶体在串联谐振时以低阻抗接入正反馈电路,可以等效为短路线。4.12 晶体振荡电路如图 P4.12 所示,试画出该电路的交流通路;若 f1 为 L1C1 的谐振频率,f 2 为的 L2C2 的谐振频率,试分析电路能否产生自激振荡。若能振荡,指出振荡频率与 f1、 f2 之间的关系。图为并联型石英晶体振荡器,石英晶体在电路中应等效成电感元件;又根据三点式振荡电路的构成原则 L2、C 2 串联电路应等效成电容元件;L 1、C 1 也应等效成电容元件。因为工作频率低于串联谐振电路的谐振频率时,串联谐振电路成容性;而工作频率高于并联谐振电

34、路的谐振频率时,并联谐振电路成容性,设 L1、C 1,L 2、C 2 回路的谐振频率为f1、f 2,所以振荡频率为: 201ff4.13 画出图 P4.13 所示各晶体振荡器的交流通路,并指出电路类型。264.14 图 P4.14 所示为三次泛音晶体振荡器,输出频率为 5MHz,试画出振荡器的交27流通路,说明 LC 回路的作用,输出信号为什么由 V2 输出?解:画出交流通路如下LC 并联谐振回路的谐振频率 f0 应该高于晶体的基频小于晶体的三次泛音,f 12R1,平衡时 R2=2R1,图中 R1=10K,所以(1)R 2=10 K ,R2=R1;不能起振,无振荡电压输出。(2)R 2=100

35、 K,R 22R1,输出约12V 方波。(3)R 2 冷态电阻大于 20 K,R 22R1=20 K,能够起振;但由于 R2 是负温度系数,起振后电流通过热敏电阻 R2 后,它的温度升高,电阻减小,会过渡到 R2=2R1,所以稳态时输出正弦波。(4)R 2 冷态电阻大于 20 K,R 22R1=20 K,能够起振;由于是正温度系数,起振后电流通过热敏电阻后,它的温度升高,电阻增大,会过渡到 R22R1,输出约12V方波。4.18 设计一个频率为 500 Hz 的 桥式振荡电路,已知 ,并用一个负C0.47FC温度系数 的热敏电阻作为稳幅元件,试画出电路并标出各电阻值。20k30解: 可选用图 P4.17 电路,因没有要求输出幅度大小,电源电压可取。由于振荡频率较低,可选用通用型集成运放 741。VEC12由 确定 的值,即0fR6011.8k250.470f 由 可确定 R1和 R2的值,如果选 R1=10K,即13R220K可选常温下 R2=24K负温度系数热敏电阻。

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