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1、第第6 6章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路1第1页，共42页，编辑于2022年，星期一 正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路用来产生一定频率用来产生一定频率和幅度的和幅度的正弦交流信号的电子电路。正弦交流信号的电子电路。广泛应用：广泛应用：广泛应用：广泛应用：在无线电技术、测量、控制在无线电技术、测量、控制技术、工业生产和日常生活中技术、工业生产和日常生活中,用作高频信用作高频信用作高频信用作高频信号源、号源、号源、号源、加工设备中的高频能源，如高频加热炉、加工设备中的高频能源，如高频加热炉、超声波压焊机等。超声波压焊机等。分类：分类：电容三点式电容三点式电容三点式电容三
2、点式三点式三点式电感三点式电感三点式电感三点式电感三点式变压器反馈式变压器反馈式LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路RCRC正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：RCRC桥式振荡电路桥式振荡电路桥式振荡电路桥式振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路概述概述第2页，共42页，编辑于2022年，星期一一、产生自激振荡的条件一、产生自激振荡的条件二、正弦波振荡电路的组成二、正弦波振荡电路的组成三、振荡电路的起振与稳幅三、振荡电路的起振与稳幅6.1 基本概念基本概念第3页，共42页，编辑于2022年，星期一 自激振荡自
3、激振荡自激振荡自激振荡不需外加输入信号，本身就不需外加输入信号，本身就能产生交流信号的电路。（把直流电转换成交能产生交流信号的电路。（把直流电转换成交流电的电路）流电的电路）AuFFui+-uO+-+-将反馈信将反馈信将反馈信将反馈信号代替外号代替外号代替外号代替外加信号加信号加信号加信号一、产生自激振荡的条件一、产生自激振荡的条件第4页，共42页，编辑于2022年，星期一UO与与Ui的相位的相位差差UF与与UO的相位差的相位差UF与与Ui的相位差的相位差uF代替代替ui必须满足必须满足uF与与ui相位相同（正反馈）相位相同（正反馈）uF与与ui幅度相等幅度相等第5页，共42页，编辑于2022
4、年，星期一2 2、相位平衡条件：、相位平衡条件：、相位平衡条件：、相位平衡条件：即即:UF与与Ui 同相同相1 1 1 1、幅度平衡条件：、幅度平衡条件：、幅度平衡条件：、幅度平衡条件：即：即：UF=UiUF与与Ui的相位差的相位差 结论：结论：对于任何类型的振荡器，只有这两个条对于任何类型的振荡器，只有这两个条对于任何类型的振荡器，只有这两个条对于任何类型的振荡器，只有这两个条件同时满足，振荡才能维持。件同时满足，振荡才能维持。件同时满足，振荡才能维持。件同时满足，振荡才能维持。第6页，共42页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2、反馈网络：、反馈网络：、反馈网络：、反馈网络：形成正反馈
5、，满足相位条件形成正反馈，满足相位条件。保证产生单一频率的正弦波。保证产生单一频率的正弦波。1 1 1 1、放大电路：、放大电路：、放大电路：、放大电路：3 3 3 3、选频电路：、选频电路：、选频电路：、选频电路：供能源，放大，设置合适的供能源，放大，设置合适的供能源，放大，设置合适的供能源，放大，设置合适的Q Q点点点点。二、正弦波振荡电路的基本组成部分二、正弦波振荡电路的基本组成部分RCRC振荡电路：振荡电路：振荡电路：振荡电路：振荡振荡振荡振荡频率低频率低，1MHz以下以下按选频网络类型分：按选频网络类型分：按选频网络类型分：按选频网络类型分：石英晶体振荡电路：石英晶体振荡电路：石英晶
6、体振荡电路：石英晶体振荡电路：振荡振荡频率稳定频率稳定LC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路:振荡振荡振荡振荡频率高频率高，1MHz以上以上第7页，共42页，编辑于2022年，星期一 1 1 1 1、初始信号由来：、初始信号由来：、初始信号由来：、初始信号由来：接通直流电源瞬间，有一接通直流电源瞬间，有一个电冲击，三极管激起微弱的信号个电冲击，三极管激起微弱的信号,包含丰富包含丰富的频率成分。的频率成分。2 2 2 2、起振：、起振：、起振：、起振：选频放大。选频放大。选频放大。选频放大。三、振荡电路的起振与稳定三、振荡电路的起振与稳定 为保证输出单一频率的正弦波，为保证输出单一频率的正弦波，为
7、保证输出单一频率的正弦波，为保证输出单一频率的正弦波，振荡器要具振荡器要具振荡器要具振荡器要具有选频特性。只有某一特定频率有选频特性。只有某一特定频率有选频特性。只有某一特定频率有选频特性。只有某一特定频率f0 0的信号满足自的信号满足自的信号满足自的信号满足自激振荡条件激振荡条件激振荡条件激振荡条件,从初始信号中挑选出来。从初始信号中挑选出来。从初始信号中挑选出来。从初始信号中挑选出来。起振条件：起振条件：起振条件：起振条件：即：即：UFUif f0的信号的信号的信号的信号放大放大放大放大输出输出输出输出反馈反馈反馈反馈放大放大放大放大第8页，共42页，编辑于2022年，星期一OiCuCE3
8、 3 3 3、稳幅：、稳幅：、稳幅：、稳幅：当信号幅度增大到一定幅度时，进入三当信号幅度增大到一定幅度时，进入三当信号幅度增大到一定幅度时，进入三当信号幅度增大到一定幅度时，进入三极管的非线性区，电压放大倍数极管的非线性区，电压放大倍数极管的非线性区，电压放大倍数极管的非线性区，电压放大倍数A降低，降低，降低，降低，振荡振荡幅度自动稳定在某一值上，进入稳定状态。幅度自动稳定在某一值上，进入稳定状态。RSuSRCuORB1RB2RFCF+UCCT起振起振起振起振增幅增幅增幅增幅稳幅稳幅稳幅稳幅第9页，共42页，编辑于2022年，星期一RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、一、RC桥式振荡电路桥
9、式振荡电路二、二、RC串并联选频电路的选频特性串并联选频电路的选频特性三、应用举例三、应用举例第10页，共42页，编辑于2022年，星期一RC桥式振荡电路桥式振荡电路1 1、电路构成、电路构成分立元件电路构成分立元件电路构成第11页，共42页，编辑于2022年，星期一RCRC串并联电路串并联电路串并联电路串并联电路 同相比例放大电路同相比例放大电路同相比例放大电路同相比例放大电路集成运放电路构成集成运放电路构成Uf+-RCCRUO+-Ui+-UfUORRCCR1Rf+_+ARfR1+_+A第12页，共42页，编辑于2022年，星期一UpUORRCCR1Rf+_+AR1RRfCRC+_+A组成电
10、组成电组成电组成电桥桥桥桥UO正反馈正反馈正反馈正反馈支路支路支路支路负反馈负反馈负反馈负反馈支路支路支路支路第13页，共42页，编辑于2022年，星期一幅频特性幅频特性相频特性相频特性C2R2R1C1U0+-Uf+-900+902 2 2 2、RC串并联选频电路的选频特性串并联选频电路的选频特性f013f0fUfoof 在在频率频率f0处处，Uf 最大最大,=0，只有只有f=f0一个频率满足振荡条件一个频率满足振荡条件。与与 之间之间的相移的相移UfU0第14页，共42页，编辑于2022年，星期一(R1=R2=R，C1=C2=C)RC串并联选频电路的谐振频率串并联选频电路的谐振频率谐振时：谐
11、振时：C2R2R1C1U1+-Uf+-第15页，共42页，编辑于2022年，星期一同相同相 0移相移相 0同相同相 0相位条件相位条件Uf+-Uo+-Ui+-UiUo同相比例电路同相比例电路RC串并联电路串并联电路串并联电路串并联电路UfRfR1+_+ARCCR 在在f=f0 处处,与与 同相。同相。只有一个频率能满足只有一个频率能满足相位条件相位条件（正反馈），（正反馈），RC网络产生相移网络产生相移 =0。UoUf第16页，共42页，编辑于2022年，星期一起振条件：起振条件：AF 1因为因为因为因为AF1 1，F F=1/3，则，则A3 3。所以取所以取所以取所以取R Rf f 2R1。
12、4 4、负反馈支路的作用、负反馈支路的作用对于同相比例运放：对于同相比例运放：对于同相比例运放：对于同相比例运放：3 3、电路的起振条件及振荡频率相位条件、电路的起振条件及振荡频率相位条件第17页，共42页，编辑于2022年，星期一5 5、自动稳幅措施、自动稳幅措施反馈电阻反馈电阻RF采用热敏电阻。采用热敏电阻。负温度系数：负温度系数：Ta RfUo 大大Uo 设想使设想使 时时，Auf 小小，即反馈小即反馈小，维持维持 不变。不变。UoUoRf 功耗大功耗大TaRfAufUf+-Uo+-Ui+-RfR1+_+ARCCR热敏热敏热敏热敏电阻电阻电阻电阻第18页，共42页，编辑于2022年，星期
13、一三、应用举例三、应用举例XB18型信号发生器中的音频振荡电路型信号发生器中的音频振荡电路第19页，共42页，编辑于2022年，星期一XB18型信号发生器中的音型信号发生器中的音频振荡电路方框图频振荡电路方框图第20页，共42页，编辑于2022年，星期一（一）组成（一）组成属于桥式属于桥式RC振荡电路。振荡电路。共发射极放大级共发射极放大级共发射极放大级共发射极放大级T T1 1，其输出电压相移为，其输出电压相移为，其输出电压相移为，其输出电压相移为1801800 0。1 1、振荡器的放大部分：、振荡器的放大部分：T T1 1T T4。2、T5 5射极输出器：射极输出器：射极输出器：射极输出器
14、：减小负载对振荡器的影响。减小负载对振荡器的影响。减小负载对振荡器的影响。减小负载对振荡器的影响。3 3、负反馈电路中采用、负反馈电路中采用、负反馈电路中采用、负反馈电路中采用热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻。提高了振荡器的提高了振荡器的提高了振荡器的提高了振荡器的稳定性。稳定性。稳定性。稳定性。无变压器推挽输出级无变压器推挽输出级无变压器推挽输出级无变压器推挽输出级T3、T T4。倒相管倒相管倒相管倒相管T T2 2。T T2 2的输入与的输入与的输入与的输入与T T3 3、T T4 4的输出相位差为的输出相位差为的输出相位差为的输出相位差为1801800 0。4 4、T T1采用自举电路：
15、采用自举电路：采用自举电路：采用自举电路：提高了输入阻抗，减少了输提高了输入阻抗，减少了输提高了输入阻抗，减少了输提高了输入阻抗，减少了输入阻抗对选频网络的影响。入阻抗对选频网络的影响。入阻抗对选频网络的影响。入阻抗对选频网络的影响。第21页，共42页，编辑于2022年，星期一 （三）调整：（三）调整：（三）调整：（三）调整：满足自激振荡条件：满足自激振荡条件：满足自激振荡条件：满足自激振荡条件：T T1T T4 4组成的多级放组成的多级放大器中，输入与输出的总相位移为大器中，输入与输出的总相位移为3603600 0。经过。经过RCRC串并联选频网络反馈到输入端为正反馈，满足串并联选频网络反馈
16、到输入端为正反馈，满足串并联选频网络反馈到输入端为正反馈，满足串并联选频网络反馈到输入端为正反馈，满足自激振荡条件，自激振荡条件，自激振荡条件，自激振荡条件，产生振荡。产生振荡。产生振荡。产生振荡。（二）工作情况（二）工作情况（二）工作情况（二）工作情况 振荡器的频率为振荡器的频率为20Hz20Hz20kHz20kHz，分成，分成，分成，分成3 3 3 3个波个波个波个波段。段。段。段。用波段开关切换电容进行粗调；每个波段用波段开关切换电容进行粗调；每个波段用波段开关切换电容进行粗调；每个波段用波段开关切换电容进行粗调；每个波段用一个双连电位器连续进行细调。用一个双连电位器连续进行细调。用一个
17、双连电位器连续进行细调。用一个双连电位器连续进行细调。第22页，共42页，编辑于2022年，星期一 LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、变压器反馈式振荡电路一、变压器反馈式振荡电路二、三点式振荡电路二、三点式振荡电路三、应用举例三、应用举例第23页，共42页，编辑于2022年，星期一1 1、选频电路：、选频电路：LCLC并联谐振回路。并联谐振回路。并联谐振回路。并联谐振回路。2 2、分类：、分类：电容三点式电容三点式三点式三点式电感三点式电感三点式变压器反馈式变压器反馈式概述概述 3 3 3 3、应用：、应用：、应用：、应用：振荡振荡振荡振荡频率高，一般可达频率高，一般可达100MHz10
18、0MHz以以上。上。常用来产生高频正弦信号，一般在数百常用来产生高频正弦信号，一般在数百常用来产生高频正弦信号，一般在数百常用来产生高频正弦信号，一般在数百kHz以以以以上，例如收音机和电视机中所需要的本机振荡。上，例如收音机和电视机中所需要的本机振荡。上，例如收音机和电视机中所需要的本机振荡。上，例如收音机和电视机中所需要的本机振荡。第24页，共42页，编辑于2022年，星期一1 1 1 1、电路组成、电路组成、电路组成、电路组成一、变压器反馈式振荡电路一、变压器反馈式振荡电路(a)(a)分立元件构成的振荡回路分立元件构成的振荡回路uORB1RB2+UCCRECELCTLFuF+uBE+C1
19、f0LC选频回路选频回路LF反馈线圈反馈线圈C1隔直电容，防止隔直电容，防止L1将直流将直流be短路。短路。什么是同名端什么是同名端什么是同名端什么是同名端?+-+-I1 I2N1N2R(b)(b)振荡回路线圈的接法振荡回路线圈的接法第25页，共42页，编辑于2022年，星期一2 2、选频网络的作用、选频网络的作用f0fLCLC并谐回路并谐回路并谐回路并谐回路回路的谐振频率为回路的谐振频率为回路的谐振频率为回路的谐振频率为:当外加信号频率当外加信号频率当外加信号频率当外加信号频率f=ff=f0时，产生并联谐振。时，产生并联谐振。时，产生并联谐振。时，产生并联谐振。此时此时回路的等效阻抗为纯阻性
20、质，且阻抗最大。回路的等效阻抗为纯阻性质，且阻抗最大。回路的等效阻抗为纯阻性质，且阻抗最大。回路的等效阻抗为纯阻性质，且阻抗最大。复习复习uO+-CL固有振荡频率固有振荡频率固有振荡频率固有振荡频率外加信号频率外加信号频率外加信号频率外加信号频率振荡频率振荡频率：第26页，共42页，编辑于2022年，星期一并联谐振频率并联谐振频率：品质因数：品质因数：ICLR回路回路回路回路损耗损耗损耗损耗Q值愈大，选频特性愈好。值愈大，选频特性愈好。第27页，共42页，编辑于2022年，星期一f0uOL1uFC1RB1RB2RECELC+UCCT3 3 3 3、振荡的建立与稳定、振荡的建立与稳定、振荡的建立
21、与稳定、振荡的建立与稳定初始信号初始信号初始信号初始信号选频放大选频放大选频放大选频放大反馈电压反馈电压反馈电压反馈电压等幅正弦波等幅正弦波等幅正弦波等幅正弦波振荡振荡振荡振荡第28页，共42页，编辑于2022年，星期一二、三点式振荡电路二、三点式振荡电路电路演变电路演变L1CbRB1RB2RECELC+UCCT自耦变压器自耦变压器Ceb+UCCC2C1RB1RECERB2RCTL1CL2第29页，共42页，编辑于2022年，星期一（1 1）电路组成）电路组成反馈电压取自反馈电压取自L21 1 1 1、电感三点式、电感三点式、电感三点式、电感三点式（哈特莱）（哈特莱）L L1 1、L L2 2
22、、C选频回路。选频回路。选频回路。选频回路。L L2 2反馈线圈。反馈线圈。反馈线圈。反馈线圈。C C1 1隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止L L2 2将将将将b be e短路。短路。短路。短路。C C2 2隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止L L1 1将将Ce短路。短路。短路。短路。CebL1CL2C1C2RB1RECeRB2RC+UCCT第30页，共42页，编辑于2022年，星期一方法：方法：瞬时极性法；瞬时极性法；（3 3）振荡频率）振荡频率+-+-（2 2 2 2）相位条件）相位条件）相位条件）相位条件+-+CebL1CL2C1C2RB1R
23、ECERB2RC+UCCTi第31页，共42页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2、电容三点式、电容三点式、电容三点式、电容三点式(考尔毕兹考尔毕兹考尔毕兹考尔毕兹)反馈电压取自反馈电压取自C2 2L、C C1、C C2 2选频回选频回路。路。C2 2反馈电容。反馈电容。反馈电容。反馈电容。C3 3隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止隔直电容，防止L L将将将将C Ce e短路。短路。短路。短路。（1 1）电路组成）电路组成CebLC1C2C3RB1RECERB2RC+UCCT第32页，共42页，编辑于2022年，星期一+-+-（2 2 2 2）相位条件）相位条件）相位条件）相位条件
24、Ceb+-方法一：方法一：方法一：方法一：瞬时极性法；瞬时极性法；瞬时极性法；瞬时极性法；iC C2 2、C C1 1是同性电抗，又流是同性电抗，又流是同性电抗，又流是同性电抗，又流过同一电流，所以，电压过同一电流，所以，电压过同一电流，所以，电压过同一电流，所以，电压相位相同相位相同相位相同相位相同LC1C2RB1RECERB2RC+UCCTC3第33页，共42页，编辑于2022年，星期一（4 4 4 4）优点：）优点：）优点：）优点：电容上取反馈电电容上取反馈电电容上取反馈电电容上取反馈电压，对于高次谐波的容抗小，压，对于高次谐波的容抗小，压，对于高次谐波的容抗小，压，对于高次谐波的容抗小
25、，反馈小，输出波形好。反馈小，输出波形好。反馈小，输出波形好。反馈小，输出波形好。（3 3 3 3）振荡频率）振荡频率）振荡频率）振荡频率CebLC1C2RB1RECERB2RC+UCCTC3第34页，共42页，编辑于2022年，星期一T电容电容三点三点式振荡电路式振荡电路Cbe反馈反馈电容电容方法：方法：方法：方法：瞬时极性法；瞬时极性法；第35页，共42页，编辑于2022年，星期一3 3 3 3、改进型电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器(克拉泼克拉泼克拉泼克拉泼)（1 1 1 1）问题的提出）问题的提出）问题的提出）问题的提出 分布电容
26、分布电容分布电容分布电容C Ci i、COO与与与与C C1 1、C2并联并联并联并联做为总做为总做为总做为总C C的一部的一部分影响分影响f f0 0。易受易受T Ta a等影响，等影响，等影响，等影响，影响了频率稳定度。影响了频率稳定度。影响了频率稳定度。影响了频率稳定度。（2 2 2 2）改进方法）改进方法）改进方法）改进方法L L支路串一小电容。支路串一小电容。支路串一小电容。支路串一小电容。C3LC1C2C Ci iC COOCRB1RECERB2RC+UCCT第36页，共42页，编辑于2022年，星期一C C总为总为总为总为C COOC C1，C CiC C2 2与与与与C三者串联
27、三者串联三者串联三者串联，令令令令C C C1 1COO，C Ci iC C2 2，所以所以f f0取决于取决于取决于取决于C C与与与与L L，消除了消除了消除了消除了C Ci i、COO对对f f0 0影响影响影响影响，提高提高提高提高了频率稳定度。了频率稳定度。了频率稳定度。了频率稳定度。则：则：C总总C。C3LC1C2CiCOCRB1RECERB2RC+UCCT第37页，共42页，编辑于2022年，星期一RF+_+R1uOC1C2C1L由运放组成的克拉泼振荡电路由运放组成的克拉泼振荡电路正反馈正反馈正反馈正反馈支路支路支路支路负反馈负反馈负反馈负反馈支路支路支路支路调节频率调节频率调节
28、频率调节频率反馈电反馈电反馈电反馈电容容容容第38页，共42页，编辑于2022年，星期一应用：电子琴电路应用：电子琴电路_+RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R212345176功率放功率放大器大器可调可调第39页，共42页，编辑于2022年，星期一它与运动的被测金属体接近到一定距离时（不需它与运动的被测金属体接近到一定距离时（不需它与运动的被测金属体接近到一定距离时（不需它与运动的被测金属体接近到一定距离时（不需直接接触）就能发出动作信号。直接接触）就能发出动作信号。直接接触）就能发出动作信号。直接接触）就能发出动作信号。三、应用举例三、应用
29、举例晶体管接近开关晶体管接近开关感应头感应头感应头感应头接线端接线端接线端接线端第40页，共42页，编辑于2022年，星期一放大电路放大电路放大电路放大电路T T1 1（一）组成（一）组成 线圈线圈线圈线圈L L1 1、L L2 2、L L3绕在同一绕在同一绕在同一绕在同一磁芯上，组成感应头。磁芯上，组成感应头。磁芯上，组成感应头。磁芯上，组成感应头。输出线圈输出线圈输出线圈输出线圈L L3选频电路选频电路L2 2、C C2 2反馈线圈反馈线圈L1 1变压器反馈式变压器反馈式LCLC振荡电路振荡电路反馈反馈反馈反馈线圈线圈线圈线圈输出输出输出输出线圈线圈线圈线圈振荡振荡振荡振荡线圈线圈线圈线圈
30、感应头感应头感应头感应头第41页，共42页，编辑于2022年，星期一当金属体逐渐接近感应头时当金属体逐渐接近感应头时当金属体逐渐接近感应头时当金属体逐渐接近感应头时，金属体因进入高频磁，金属体因进入高频磁，金属体因进入高频磁，金属体因进入高频磁场而感应产生涡流，金属体内有能量消耗。当金属体接场而感应产生涡流，金属体内有能量消耗。当金属体接场而感应产生涡流，金属体内有能量消耗。当金属体接场而感应产生涡流，金属体内有能量消耗。当金属体接近到某一位置时，使振荡电路无法补偿金属体中的涡流近到某一位置时，使振荡电路无法补偿金属体中的涡流近到某一位置时，使振荡电路无法补偿金属体中的涡流近到某一位置时，使振
31、荡电路无法补偿金属体中的涡流损耗而被迫停振，损耗而被迫停振，损耗而被迫停振，损耗而被迫停振，L L3 3上上上上没有高频交流电压输出，没有高频交流电压输出，T2 2就就就就截止，此时截止，此时截止，此时截止，此时U UCE2CE212V，耦合至，耦合至，耦合至，耦合至T T3的基极，的基极，的基极，的基极，T3 3饱和导饱和导饱和导饱和导通，继电器线圈通，继电器线圈通，继电器线圈通，继电器线圈KAKA通电动作。通电动作。通电动作。通电动作。（二）工作情况（二）工作情况 当金属体远离感应头时，当金属体远离感应头时，振荡电路维持振荡，振荡电路维持振荡，振荡电路维持振荡，振荡电路维持振荡，L L3
32、3上输出高频正弦波电压，经二极管上输出高频正弦波电压，经二极管上输出高频正弦波电压，经二极管上输出高频正弦波电压，经二极管D D整流后，在整流后，在整流后，在整流后，在R R3 3上上上上获得一直流电压获得一直流电压获得一直流电压获得一直流电压,使使使使T T2 2饱和导通，饱和导通，饱和导通，饱和导通，T T2 2的的的的U UCE2CE20000，耦合，耦合，耦合，耦合至至至至T3 3 3 3的基极，使的基极，使T3 3截止。因此，射极输出器无输出截止。因此，射极输出器无输出电压，接在输出端的继电器电压，接在输出端的继电器KAKA的线圈不通电，不动的线圈不通电，不动的线圈不通电，不动的线圈不通电，不动作。作。作。作。第42页，共42页，编辑于2022年，星期一