压力缓解器毕业论文综述.docx
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压力缓解器毕业论文综述
南京机电职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：
系部
姓名
工作压力缓解器电路
电子工程系专业
熊冬雷学号
电子信息技术
G1110305
指导教师：
张林
2014年4月26日
南京机电职业技术学院
工作压力缓解器
摘要
本文介绍的工压力缓解器电路，利用数字电路与模拟电路，可制成一种可调试闪光频率眼罩，戴上该眼罩后，其内部的发光二极管会以一定频率在眼前闪烁，能够刺激大脑进人对应的意识状态。
适当调节发光二极管的闪烁频率，可以使大脑神经松弛，缓解工作疲劳和紧张的情绪。
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摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.3第一章绪论⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1.1工作压力的概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
1.2选题的背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5
1.3工作压力缓解器发展动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.6
1.4本文的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.6
第二章系统方案的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
2.1工作压力缓解器的基本结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...7
2.1.1低频震荡器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...8
2.1.2高频振荡器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.12
2.1.3非门⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.14
2.2工作压力缓解器的设计要求与基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15
第三章工作压力缓解器的芯片⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...16
3.1CD4011型四与非门⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16
3.2CD4069型六非门⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
3.3电位器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.18
..19
第四章工作压力缓解器的制作与调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..19
4.1实物焊接
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4.2上电调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..19
第五章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..20
5.1设计总结与感想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...20
5.2设计的不足及工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...20
致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.21
参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.22
附录元器件清单⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...23
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第一章绪论
1.1工作压力概述
压力是一种动态情境。
在这种情境中，个体要面对与自己所期望的目标相关的机会、限制及要求，并且这种动态情境所产生的结果被认为是重要而又不确定的。
压力是个体对各种刺激做出生理、心理和行为反应的综合模式。
与压力相关的几种主要因素是压力源、个体对压力源的认知、紧张状态。
亦称“职业应激”（occupationalstress）,由工作或与工作直接有关的因素所造成的应激。
例如,工作负担过重（overload）、变换生产岗位、时间压力、工作责任过大或改变、机器对人要求过高、工作时间不规律、倒班、工作速度由机器确定、上班过远、工作的自然和社会环境不良等。
研究表明,这些因素是工作人员日常生活中最主要的应激
1.2选题的背景与意义
随着我国经济的不断发展，工作压力的状况日益凸显。
尤其是近几年，世界经济出现增速减慢或者说停止不前，企业竞争更加激烈，其对员工的工作要求也越来越严格，员工的工作压力越来越大。
对此缓解工作压力成为社会普遍关注的问题了。
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有关研究表明⋯，人的大脑对外界较低的频率刺激有较为敏感的反应，不同频率波的刺激，还会产生的意识状态.例如，人脑在14—20Hz的频率刺激下，会感到头脑清醒，思维敏捷，在7—13Hz的频率下，会精神放松或略有睡意，在4—8Hz的频率刺激下，会产生幻想，在4Hz以下的会很快进入睡眠。
所以工作压力缓解器电路，可制成一种可调试闪光频率眼罩，戴上该眼罩后，其内部的发光二极管会以一定频率在眼前闪烁，能够刺激大脑对人对应的意识状态。
适当调节发光二极管的闪烁频率，可以使大脑神经松弛，缓解工作疲劳与紧张的情绪。
1.3工作压力缓解器的发展动态随着电子技术的发展，尤其是模拟技术与数字技术的发展，因用模拟技术和数字电路技术能够实现压力缓解器内的信号相互控制、且电路简单易制、可靠性强的优点，国内外许多的企业都为自己员工配备类似的缓解器。
这是该类型缓解器市场需求的结果，也是人性化企业发展的必然结果，是工作压力大的人们的理想产品。
1.4本文的结构全文共分六章：
第一章介绍了工作压力的概念、背景、意义及发展动态；第二章描述了工作压力缓解器的系统方案的设计要求、结构与原理；第三章介绍了工作压力缓解器的芯片及其选取；第四章简单的介绍了实物及调试；第五章总结了设计的不足、感想及展望；第六章列举了参考文献
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第二章系统方案设计
2.1工作压力缓解器的基本结构工作压力缓解器电路由低频振荡盔、高频振荡器和非门电路等组成
低频振荡器
（控制高频的通断）
高频振荡器
（控制频率的高低）
非门
（控制LED的亮灭）
LED
2.1.1低频振荡器
1.发生机理：
低频振荡是由于在特定情况下系统提供的负阻尼作用
抵消了系统电机、励磁绕组和机械等所产生的正阻尼，在欠阻尼的情
况下扰动将逐渐被放大，从而引起系统功率的振荡。
还有一种比较特
殊的欠阻尼情况就是当扰动的频率与系统固有频率相同时，系统可能
产生共振机理的低频振荡。
若系统阻尼为零或者较小，则由于扰动的
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影响，出现不平衡转矩，使得系统的解为一等幅振荡形式，当扰动的频率和系统固有频率相等或接近时，这一响应就会因共振而被放大，从而引起共振型的低频振荡。
共振机理的低频振荡归根结底还是由于系统阻尼不足而引起。
这种低频振荡具有起振快、起振后保持同步的等幅振荡和失去振荡源后振荡很快衰减等特点。
我们常见的低频振荡器有：
RC振荡器、晶体振荡器、555振荡器。
RC振荡器：
采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。
因为对于RC振荡电路来说，增大电阻R即可降低振荡频率，而增大电阻是
2.工作原理
输出电压uo经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf?
作为同相比例电路的输入信号ui。
（1）起振过程
（2）稳定振荡
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（3）振荡频率振荡频率由相位平衡条件决定。
φA=0，仅在f0处φF=0满足相位平衡条件，所以振荡频率f0=1/2πRC。
改变R、C可改变振荡频率
RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。
振荡频率的调整
4）起振及稳定振荡的条件
考虑到起振条件AuF>1,一般应选取RF略大2R1。
如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。
由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。
3.RC振荡器的作用
RC振荡电路用途很广，比如当振捣器时就用作产生波形输出，比如正弦波，三角波等；
常用LC振荡电路产生的正弦波频率较高，若要产生频率较低的正弦振荡，势必要求振
荡回路要有较大的电感和电容，这样不但元件体积大、笨重、安装不便，而且制造困难、成本高。
因此，200kHz以下的正弦振荡电路，一般采用振荡频率较低的RC振荡电路。
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晶体振荡器：
石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。
这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。
（1）谐振频率：
从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即
（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，
（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。
发生并联谐振，其并联频率用fd表示。
根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。
可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。
仅在fs555振荡器：
555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。
它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。
555含有两个比较器A1、A2。
A1参考电压为CCU32，A2参考电压为CCU3。
1当CCTLU31U>时，A2输出为1；当CCTLUU31时<，A2输出为0，则使R-S触发器置1。
当CCTHU32U时<，A1输出为1；CCTHUU23>时，A1输出为0，使R-S触发器置0。
5端为电压控制端，通过外接一个参考电源，可以改变上、下触发电位
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值，不用时，可通过一个0.01μF旁路电容接地。
4端为触发器复位端，不用时应接高电平。
总之，555相当于一个可用模拟电压来控制翻转的R-S触发器。
555电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。
用这三种方式中的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路（用得最多的是前两种方式）。
用555定时器组成的多谐振荡器的原理图如图2-2所示。
R1、R2、C是外接元件。
当uc因电源接通对C充电而上升到CCU3/2时，比较器A1输出为低电平，使R-S触发器输出置0，T导通，电容C通过T放电；当uc因电容放电而减小到略低于CCU3/1时，比较器A2输出为低电平，使R-S触发器输出置1，T截止，电容C继续充电直到uc略高于CCU3/2时，触发器又翻转到0，从而完成一个周期振荡。
其振荡周期可用下式计算：
T=0.7（R1+2R2）C用555定时器组成的单稳触发器的原理如图2-3所示。
R、C是外接元件。
ui输入为一个负的触发脉冲信号。
负脉冲到来前ui为高电平，其值大于CCU3/1，比较器A2输出为1，R-S触发器输出为0，即处在稳定状态；当负触发脉冲到来时，因ui此触发器由一窄脉冲触发，可得到一宽的矩形脉冲，其脉冲宽度为：
tP=RCln3≈1.1RC
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2.1.2高频振荡器振荡器是一种不需要外加输入信号，而能够自己产生输出信号的电路。
产生无线电载波信号的高频振荡器属于正弦波振荡器。
正弦波振荡器由放大电路和反馈电路两部分组成，反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路的输入端，周而复始即形成振荡，如图1所示。
高频振荡器有变压器耦合振荡器、电感三点式振荡器、电容三点式振荡器等多种电路形式。
1.变压器耦合振荡器
变压器耦合振荡器电路如图2所示，变压器T包括振荡线圈L2和反馈线圈L1，L2与C2组成LC并联谐振回路，作为晶体管VT的集电极负载，L1接在VT基极VT与LC并联谐振回路构成选频放大器，只有频率f＝fo的信号得到放大，并经变压器T正反馈至基极，形成振荡，振荡频率fo＝1/（2πL2C2），正弦波信号经C4耦合输出。
变压器耦合振荡器的特点是容易起振，输出电压较大，但最高振荡频率较低。
2.电感三点式振荡器
所谓三点式振荡器，是指晶体管的3个电极直接与振荡回路的3个端点相连接而构成的振荡器，如图4所示
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3.电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路如图5所示，L、C3、C4为构成振荡回路的3个电抗，由于振荡回路的3个电抗中有两个是电容，所以叫做电容三点式振荡器。
电容三点式振荡器中，C3上的输出电压Uo同时加在L、C4支路上，由于电感上电流滞后电压90°，所以支路电流I比Uo滞后90°。
而I流过电容C4所产生的反馈电压Uβ又比I滞后90°，即与输出电压Uo反相（相差180°）而与输入电压Ui同相，实现了正反馈，电路实现振荡。
电容三点式振荡器的特点是振荡输出电压波形好，振荡频率较稳定，但不易起振，波段频率范围较窄。
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2.1.3非门
非门（英文：
NOTgate）又称反相器，是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个
输出端。
逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。
当其输入端为高电平（逻辑1）时输出
端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。
也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。
（1）基本信息与逻辑符号
逻辑表达式：
真值表：
非门是基本的逻辑门，因此在TTL和CMOS集成电路中都是可以使用的。
标准的集成电路有74X04和CD4049。
2.2工作压力缓解器的设计要求与基本原理
设计本课题时构思的方案：
该工作压力缓解器电路由低频振荡
盔、高频振荡器和非门电路等组成，如图6-134所示
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电路中，低频振荡器由与非门集成电路D1、D2和有关外围元件组成，其工作频率为2一20Hz；高频振荡器由D3、D4和有关外围元件组成，其工作频率为1kHz。
低频振荡器的输出端（D2的4脚）接高频振荡器的一个输人端（D3的8脚），用低频信号来控制高频振荡器的通与断。
D4的11脚输出的1kHz高频信号经非门集成电路IC2内部的DS缓冲处理后，‘再送人各级非门电路（D6－D10），通过各非门电路来驱动发光二极管VL1一VLS（装在眼罩内）发光。
调节电位器ＲＰ的阻值，可以使低频振荡器的频率在２～２０ＨＺ之间变化，从而改变发光二极管的闪烁频率达到不同效果，改善人大脑的工作状态和休息状态.频率高些时候，人大脑清醒，思维敏捷，工作效率高，当人需要休息时，将频率调低，人精神放松，神经松弛，略有睡意，使人能够很好的休息。
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第三章工作压力缓解器的芯片
3.1CD4011（四与非门）
CD4011是由四个2输入与非门组成的单片CMOS集成电路。
该与非门有相等的电流源和电流沉电流能力（驱动能力），并且符合B类标准门的输出驱动。
该器件同样有缓冲输出，通过提供很高的增益来改善传输特性。
所有输入端都有接至电源和地的防静电泄漏二极管加以保护。
封装形式：
DIP14
特征
输出缓冲；
输出对称性；
3V—10V—15V宽的工作电压范围；
在CL=50pF,VDD=10V情况下，传输延时60ns（典型）；在整个温度范围内，当电源电压为18V时，最大输入电流为1微安
它具有通用性强、用途广、电源电压范围宽、微功耗的特点。
广泛地用在自动控
制诸多领域，用它可组成各种逻辑部件。
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3.2CD4069（六非门）
1、概述CD4069是常规的6路反相器器每一路反相器都是相对独立的。
其正常工作时VDD接电源，VSS通常接地，VDD范围为3V到15V。
没有使用的输入端必须接电源地或者其他输入端。
CD4069具有较宽的温度使用范围-40℃到125℃。
其主要特点如下•全静态工作•提供较宽电压范围3V到15V•标准对称输出特性•提供较宽温度使用范围-40℃125℃•封装形式DIP14/SOP14。
2、功能框图及引脚说明
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CD4069为CMOS数字集成电路，是一种高输入阻抗器件，容易受外界干扰造成逻辑混乱或出现感应静电而击穿场效应管的栅极。
虽然器件内部输入端设置了保护电路，但它们吸收瞬变能量有限，过大的瞬变信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用，因此，CD4069中未使用的非门F4、F5、F6的输入端{9}、{11}、{13}脚均接到Vss接地端，以作保护
3.3电位器
电位器是一种可调的电子元件。
它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。
当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。
它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。
电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。
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第四章工作压力缓解器的制作与调试
4.1实物焊接
根据上面的设计，正确选择好器件，画好元器件
布线图.按照布线图的顺序和要求插接元件.集成芯片，
电阻，电容安装全部采用卧式安装；发光二极管可以
采用卧式，也可以采用立式。
4.2调试
在调试过程中，采用边安装边调试，以便及时
发现问题并给予解决.脉冲发生器部分原件插接
好后，接通电源，在集成芯片CD4011的引脚4，
用示波器观察低频振荡器输出的信号，并测量信号的
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第五章总结与展望
5.1设计总结与感想
整个设计过程当中，经历很多的挫折和失败，但为了最终获得成功。
一直在不懈努力，到最后收获真的很大，在深刻地认识到自己在学习上的薄弱环节的同时，通过查阅资料和在老师和同学的帮助下以及理论分析与实践的反复进行和论证后许多问题都基本能迎刃而解，最终基本达到了设计目的。
实践巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。
特别是老师严谨治学的态度给我启发不小。
在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。
任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。
对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。
本次设计我熟悉了CD4011CD4019芯片的功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。
通过对频率路径的分析了解了几种振荡器，对信号的转换、传输有了更深的认识。
以及对元器件进行选型比较，得出各种型号的优劣比。
5.2设计的不足及工作展望
电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全，比如在没有振荡情况的处理中未作防范措施。
系统设计不够优化，有待改善。
例如系统没有电源电路不能直接用于家用电网，还要用电池供电不够环保，有待提高。
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致谢
历时半载，从论文选题到搜集资料，从开题报告、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。
如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。
在此要感谢的人实在太多，首先我要感谢我的指导老师张林老师因为论文是在张老师的悉心关怀和精心指导下完成的。
张老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深深。
在此次毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等每一步都是在张老师的悉心指导下完成的。
张老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给了我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。
最后，我要感谢大学生活，以及我身边同学门的鼓励和帮助，你们是我永远也不能忘记的朋友，你们的支持与情感，是我永远的财富。
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参考文献
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大连理工大学出版社，20005
【2】丁学恭，电工基础【M】，北京：
北京理工大学出版社，2008
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高等教育出版社，2003
【4】韦鸿，电子技术基础【M】,北京：
电子工业出版社，2007
【5】刘守义，数字电子技术【M】，西安：
西安电子科技大学出版社，2003
【9】梅开乡，数字逻辑电路【M】，北京：
电子工业出版社，20006
【10】卢庆林，数字电子技术基础实验与综合实训【M】，北京：
高等教育出版社，2004
【11】沈任元，吴勇，模拟电子基础【M】，北京：
机械工业出版社，2000
【12】郑应光，模拟电子线路，【M】，南京：
东南大学出版社，2005
【13】胡宴如，模拟电子技术，【M】，北京：
高等教育出版社，2004
【14】高如云，通信电子线路（第2版）【M】，西安：
西安电子科技大学出版社，2002
【15】钟书，刘守义，高频电子线路【M】，西安：
西安电子科技大学出版社，2007
16】周绍平，万琰，高频电子技术（第2版）【M】，大连：
大连理工大
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南京机电职业技术学院
学出版社，2009
元器件清单
CD4011
四与非门
CD4069
六非门
C1
0.82u
C8
0.022u
R1
10欧姆
R2
20k
R3
100k
R4
20k
R5
20k
R6,R7,R8,R8.R9,R10
470
RP（电位器）
0到1M
发光二极管
5个
23
升级会员 