功率放大器报告

电子产品的检测与检验

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 Abstract........................................................................................................................................... 2 第1章 绪论 ..................................................................................................................................... 3

1.1 课题研究目的及意义 ........................................................................................................ 3 1.2 国内研究现状 .................................................................................................................... 3 1.3章节安排 ............................................................................................................................. 4 第3章 总体方案设计 ..................................................................................................................... 9

3.1 总体设计思路 .................................................................................................................... 9 3.2 总体设计方案图 ................................................................................................................ 9 3.3方案图解析 ....................................................................................................................... 10 3.4硬件电路设计 ................................................................................................................... 10

3.4.1前置放大电路设计 ................................................................................................ 10 3.4.2 功率放大电路设计 ............................................................................................... 11

第4章 检测与检验方式介绍 ....................................................................................................... 12

4.1产品检验步骤 ................................................................................................................... 12 4.2产品检验方式 ................................................................................................................... 12 4.3 万用表检测 ...................................................................................................................... 12 4.4 示波器检测 ...................................................................................................................... 12 4.5 本章小结 .......................................................................................................................... 13 第5章 总结与展望 ..................................................................................................................... 13 第6章 谢辞 ................................................................................................................................. 14 附录 ................................................................................................................................................ 15

摘要

随着影音娱乐设备的普及，功率放大器在家电、数码产品中的应用越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。在大多数情况下，增强系统性能，如更好的声音效果，是促使消费者购买产品的一个重要因素。低频功率放大器作为音响等电子设备的后即放大电路，它的主要作用是将前级的音频信号进行功率放大以推动负载工作，获得良好的声音效果。同时低频功率放大器又是音响等电声设备消耗电源能量的主要部分。

目前，音频功率放大器仍以模拟功放为主流产品，模拟功放经历了数十年的不断改进和完善，其技术已发展到了顶峰。模拟类功放是以线性放大为基础，功率放大器件有电子管和晶体管两类。按功放静态工作点的设置可分为Ａ类放大，Ａ/Ｂ类放大和C类放大三种。晶管功放的最大优点是电源转换效率高（C类功放最大可达55%）、体积小、重量轻、发热量不大、生产成本低。缺点是转换速率低、偶次谐波失真较大。音质和可靠性指标都略逊于电子管功放。随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率、更小的体积、更轻的重量、更多的功能和智能化方向发展。

本学期我们学习了模拟电子电路的课程，对放大器这一模块有了相对集中地了解，所本次实习设计的是一款音频功率放大器，后期使用自己制作的PCB板，致力于把我们所学到的知识应用于实际中去。 关键词： 功率放大器，三极管，模拟电子电路

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Abstract

Power amplifier used in home appliances, digital products are more and more widely, and is closely related to our daily life. With the improvement of life level, people pay more and more attention to visual, audio enjoyment. In most cases, enhance the system performance, such as better sound effects, is one of the important factors that motivate consumers to purchase products. Low frequency power amplifier for audio and other electronic equipment after amplifying circuit, its main role is to pre - level audio signal for power amplification to drive the load of work, get a good sound effect. At the same time, low frequency power amplifier is the main part of sound electroacoustic equipment energy consumption of power.

At present, audio power amplifier is still the mainstream products of analog amplifier, analog amplifier has experienced decades of continuous improvement and perfection, its technology has developed to a peak. Analog amplifier is based on class based linear amplification, power amplifying device has two kinds of electron tube and transistor. Quiescent operating point by setting amplifier can be divided into class a amplifier, class A/B amplifier and class C amplifier three. The biggest advantage of transistor power amplifier is a power conversion efficiency (class C power amplifier up to 55%), The disadvantage is the low conversion rate, even higher harmonic distortion. Quality and reliability index are displayed in the electronic tube power amplifier. With the application of the continuous improvement of transistor manufacturing technology and new technology, the availability of indicators and reliability have been improved greatly, and continue to a greater output power, smaller volume, lighter weight, more functions and intelligent direction.

This semester we studied the analog electronic circuit course, have an understanding of the relative concentration of the amplifier module, the design of this internship is an audio power amplifier, later using PCB board to produce their own, dedicated to apply what we learn knowledge from practice. Keywords: power amplifier，Triode，Analog electronic circuit

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第1章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

在实用电路中，往往要求放大电路的末级（即输出级）输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。从能亮控制和转换的角度看，功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本区别；只是功放既不是单纯追求输出 ，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。

在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。而且语音放大电路目前的运用很广泛：适用于很多的家用电器上面的运用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别300~3000HZ频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。

1.2 国内研究现状

功率放大器随着科技的进步是不断发展的，从最初的电子管功率放大器到现在的集成功率放大器，功率放大器经历了几个不同的发展阶段：电子管功放晶体管功放集成功放。功放按不同的分类方法可分为不同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器（包括场效应管功率放大器）和集成电路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。电子管功率放大器俗称胆机，电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特

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别是它的工作机理决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。电子管电路的设计、安装、调试都比较简单，期缺点是输出变压器、电源变压器的绕制工艺稍麻烦，耗电大、体积大、有一定的使用期限。因此在实际使用中有一定的局限性。现在大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。场效应管是一种很有潜力的功率放大器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点，音色和电子管相似，保护电路简单。场效应管生产技术还在不断发展，场效应管放大器将有更为强大的生命力。由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。由于在很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。现今功率放大器不仅仅是消费产品(音响) 中不可缺少的设备,还广泛应用于控制系统和测量系统中。然而低频功率放大器已经是一个技术相当成熟的领域,几十年来,人们为之付出了不懈的努力,无论从线路技术还是元器件方面,乃至思想认识上都取得了长足的进步。目前市场上的集成功放产品价格已经很低并且种类也很多,典型的有LM1875、TDA1521、TDA1514。这些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。

1.3章节安排

第1章为绪论部分，简要介绍了研究背景和意义、国内外的一些应用。 第2章为介绍基础仪器介绍，介绍了本次实验需要使用的万用表，示波器等常用仪器的基本原理，基本组成以及使用方式。

第3章为总体方案设计部分，主要说明了总体设计思路、功率放大器原理等。 第4章为系统调试与测试，叙述调试与测试的过程。 第5章内容为总结与展望。 第6章内容为谢辞。

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第2章 基础仪器介绍

2.1 万用表的介绍

万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成 万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。万用表又叫多用表、三用表(A,V,Ω也即电流，电压，电阻三用）、复用表、万能表，万用表分为指针式万用表和数字万用表，还有一种带示波器功能的示波万用表，是一种多功能、多量程的测量仪表。一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量、温度及半导体（二极管、三极管）的一些参数。数字式万用表已成为主流，已经取代模拟式仪表。与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，精确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用也更方便简单。 表头

万用表的表头是灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值。符号A一V一Ω表示这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。表盘上印有多条刻度线，其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线，其右端为零，左端为∞，刻度值分布是不均匀的。符号“－”或“DC”表示直流，“～”或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。表头上还设有机械零位调整旋钮，用以校正指针在左端零位。 选择开关

万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关。用来选择测量项目和量程。一般的万用表测量项目包括：“mA”；直流电流、“V（－）\"：直流电压、“V（～）”：交流电压、“Ω”：电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“+”号的插孔，黑色表笔插入标有“－”号的插孔。 测量线路

测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成。它能将各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。

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转换开关

其作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关一般是一个圆形拨盘，在其周围分别标有功能和量程。

2.2示波器的介绍

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器一个重要组成部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。 （1）电子枪

电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位，改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代示波管中，在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二阳极高电位的作用下，得到加速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。

适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压。

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它有三个作用：①使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光屏，以获得足够的亮度；②石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用；③电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的A3可吸收这些电子。 (2)偏转系统

示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电压，偏转板之间无电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动，射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。如果两块偏转板互相平行，并且它们的电位差等于零，那么通过偏转板空间的，具有速度υ的电子束就会沿着原方向（设为轴线方向）运动，并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差，则偏转板间就形成一个电场，这个电场与电子的运动方向相垂直，于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转。

这样，在两偏转板之间的空间，电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后，电子降落在荧光屏上的A点，这个A点距离荧光屏原点（0）有一段距离，这段距离称为偏转量，用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比。同理，在水平偏转板上加有直流电压时，也发生类似情况，只是光点在水平方向上偏转。 （3）荧光屏

荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变。

在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从而失去发光能力。涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管；供照相用的示波器中，一般都采用

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发蓝色的短余辉示波管。

位移的距离正比于电压Vo；在时间t=1的瞬间，电压为V1（负值），荧光屏上光点在坐标原点左方的1点上，位移的距离正比于电压V1；以此类推，在时间t=2，t=3，...,t=8的各个瞬间，荧光屏上光点的对应位置是2、3、…、8各点。在t=8这个瞬间，锯齿波电压由最大正值V8跃变到最大负值Vo，则荧光屏上光点从8点极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的，则在锯齿波电压的第二个周期、第三个周期、……都将重复第一个周期的情形。

如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低，仅为1Hz ～2Hz，在荧光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动，随后光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。

上述这个过程称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时，扫描将周而复始地进行下去。光点距离起始位置零点的瞬时值，将与加在偏转板上的电压瞬时值成正比。

如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，就看到一根水平亮线，该水平亮线的长度，在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值，锯齿波电压值是与时间变化成正比的，而荧光屏上光点的位移又是与电压值成正比的，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。

2.3 本章小结

本章主要介绍了几种在检测中需要用到的仪器，万用表，示波器。介绍了它们的基本原理，基本组成，以及使用方式，使用注意事项等，这为后面的电路检

测及分析打下了基础。

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第3章 总体方案设计

3.1 总体设计思路

低频功率放大电路主要可以分为两部分，一是前置放大电路，另外一个是功率放大输出电路。采用分立的MOS管做功率放大电路，分立元件低频功率放大器虽快被淘汰，但是由于分立元件低频功率放大器可对每级工作状态和性能逐级调整有很大灵活性和自由度，输出波形稳定性好，效率高，成本较低。

输 入信号 输入级 推动级 输出级 喇叭

图3-1 系统框图

3.2 总体设计方案图

图3-2 总体设计方案图

如图所示为OTL 低频功率放大器。采用推挽方式而不用输出变压器的功率放大器。由于无输出变压器，可避免铁芯造成的失真而改善音质。体积小，易于集成。若利用互补对称管的倒相作用，还可免去输入变压器。常用于高传真接收机或扩音机中。

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3.3方案图解析

如上图，其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于做功功率输出级。T1管工作于甲类状态，它的集电极电流IC1由电位器RW1进行调节。IC1 的一部分流经电位器RW2及二极管D， 给T2、T3提供偏压。调节RW2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号U1时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，U1的负半周使T2管导通（T3管截止），有电流通过负载RL，同时向电容C0充电，在U1的正半周，T3导通（T2截止），则已充好电的电容器C0 起着电源的作用，通过负载RL放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。

C2和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

3.4硬件电路设计 3.4.1前置放大电路设计

在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经过放大后多用单端方式传输。放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信号放大电路。此次设计中承担前置放大作用的是晶体三极管Q3。

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图4-1 第一级放大电路

3.4.2 功率放大电路设计

功率放大电路采用了具有负反馈功能的甲乙类推挽放大电路，末级功放管采

用分立的大功率互补对称的晶体三极管，利用反向比例放大器的强负反馈功能来纠正功率输出及的交越失真。

图4-2 功率放大电路

3.5本章小结

本章内容为总体设计方案以及具体电路设计，这是本次实验的主体内容，考验了我们对模电的掌握程度，以及对于各种元器件，比如，电容，三极管等的了解。在本章内，既涉及到整体的设计思路，同时，也涉及到了具体的电路设计方案，对于设计者的水平要求较高。

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第4章 检测与检验方式介绍

4.1产品检验步骤

首先，用万用表测在高低温冲击前的参数。经过冲击后，再测出冲击后的参数。 同样，用示波器测高低温冲击前的波形。经过冲击后，再测出冲击后的参数。通过两次参数的比较得出检验的结果。

4.2产品检验方式

第一种，按生产过程分类：进货检验、过程检验、最终检验。 第二种，按检验者分类：自检、互检、专检。

第三种，按检验场所分类：固定检验、巡回检验、现场检验。 第四种，按检验方案分类：全数检验、周期性检验。

4.3 万用表检测

在功率放大器冲击之前，使用万用表测量其基极电压Ub，Uc，Ue，已知三极管的β，计算Ube，Uce，Ic，Ib等。并记录下来。在使用温度冲击机冲击后，用万用表重新测量产品的参数记录下来。

4.4 示波器检测

在产品冲击之前，输入正弦信号，经功率放大器放大后的信号输入示波器，观察输出后的波形，记录输入、输出波形的参数值。冲击后重复操作并记录。

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4.5 本章小结

本章内容为产品的检测与检验方式，以及检验步骤，通过这些操作即可得出检验结果，此次试验目的基本完成。

第5章 总结与展望

此次实验是从最开始自己动手布线设计的电路的焊接练习，到后来的功率放大器焊接，以及最后的产品调试与检测，锻炼了自己的动手能力，学会用理论知识指导实践，对一些新的原器件有一定了解。关于此次功率放大器的原理及相关知识，让我们对此有了一定的了解，对所用到三极管，电容的运用能力有很大提高，对以后进行相关电路的设计有很大的帮助，我们对焊接以及电路的设计都有一定的理论基础和实践经验了。

另外我觉得我们所焊接的功率放大器在我们日常生活中有非常实用，在此次实习中，我在做好相关准备前，急于求成，没有认真分析考虑焊接中可能遇到的问题，就开始焊接，也没有考虑到音频输入及数出问题，到最后才通过同学制作的音频线接入了我的功放，通过实习，我还是发现了自己存在的一些问题，对一些理论知识掌握的不够透彻，虽然自己焊接了很多东西，但是我觉得还是有许多东西是有待提高的。本次实习整体还算成功，从最开始的学习到实践这个过程是困难的，但是之后会发现，不仅能力得到了提高，自己意识到书本上学到的只是理论上的，能够将理论运用于实践才是重要的。

在今后的学习中，我将会更加注重实践与理论的结合，将课上学到的理论更好地运用到实践中。增强对于电路基础知识的掌握，巩固模电，争取提前自学数电，做出一些有实用意义的产品。

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第6章 谢辞

此次实习，我能够顺利完成对讲机的制作，首先要感谢就是黄老师的耐心教导。通过本次创新实践，我不仅加强了许多知识点以及proteus画图、protel画图、PCB板制作技术，也让大家深深体会到画图，PCB板制作的不容易，在提升了能力的同时也加强了个人修养。

其次，必须感谢黄老师给了我们充分的时间，让我们有充分的时间去查资料，我们比普通班的同学拥有了更多的资源，实验室成为了我们的后盾，有什么问题的时候我们往往能够得到最及时的解决。

最后，感谢黄老师对我们精神方面的引导，没有黄老师的引导我们就不会有那股向上的朝气，也就不会有过程中的努力与坚持，最后也不一定能做出产品。 其次我要感谢13通信卓越班的全体同学，我们每个人都齐心协力，解决在操作过程中碰到的种种问题。尤其是高新诚及钟鹏九同学，作为学委，高新诚同学尽职尽责，而钟鹏九同学乐于助人的精神也让我无比感激，在此表示感谢！

感谢全体同学！给与我的理解和帮助！

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附录

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