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学年江西永丰中学高一物理教案：3.2《弹力》（新人教版必修一）
学年江西永丰中学高一物理教案：3.2《弹力》（新人教版必修一）
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第二节 《弹力》教学设计
【学习者分析】
①．本人所在学校属于省级示范学校，学生在初中就已经进行了很长时间的探究体验，因此他们有探究的基础，优点是思维活跃，善于观察、总结、提出并回答问题，不过还存在“眼高手低”的问题及实验器材问题。
②．新课程改革打破了以前的应试教育模式，教育教学过程中师生地位平等，充分贯彻以学生为本，坚持学生的主体地位，教师的主导地位。
③．通过前面的对“重力及相互作用”的学习，学生已经对力的三要素及作用效果等有了一定的了解。而且在初中阶段的学习过程中，也对弹力有了初步感性的认识和一定的理念基础。在高中教学中要进一步帮助学生深化对弹力的理解。弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。为此，在这节课的教学中要精心设计实验，通过形象直观的实验教学帮助学生突破难点，并让学生在亲历探究的过程中，体验到探究未知世界的乐趣，领悟科学探究的真谛。
【教材分析】
《弹力》是高中物理新课程（必修1）第三章第二节的内容，是力学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位，是以后正确进行受力分析的基础。其重点是弹力产生的原因及弹力的方向，难点是常见的弹力方向的确定。教材从物体的明显形变引入，继而通过放大的思想演示“微小形变”的过程中，用实例引出了形变、弹性形变和弹力的概念。并通过研究形变来探究弹力产生的原因、弹力的方向和作用点，探究支持力、压力和绳子的拉力这几种弹力产生的原因和方向。对于胡克定律的教学，要先让学生亲身经历体验，然后引导学生设计实验“探索弹力的大小与形变量大小之间的关系”，这种先从感性认识出发，上升到理性认识，再通过实验检验并进行具体运用的研究办法十分重要，在教学过程中应注意渗透。
【教学目标】
知识与技能：
1．了解弹性、塑性及其在生活中的应用；2．研究弹簧伸长长度与拉力的关系；3．探究弹簧测力计的制作方案，并学会它的制作和使用。1．经历弹性、塑性的体验，探究弹簧伸长长度与拉力关系；2．学习从实验数据归纳结论、培养学生初步的分析、概括能力；3．培养理论联系实际的能力，学会将理论应用于实践、理论服务于实践的能力。1．通过对弹簧伸长与受力的探究，培养学生严谨的科学态度与协作精神；2．通过探究活动体验成功的喜悦，增强对科学探究的兴趣，培养学生的合作与交流精神，感悟物理与生活的和谐关系；3．关注日常生活，乐于将所学的物理知识应用到自然现象和日常生活中去，乐于探索自然的奥妙。
　【思考】这种力是什么性质的力？它产生的条件是什么？它的大小、方向和作用点又如何呢？让学生亲身感受弹力的存在，从而揭示课题《弹力》。
　　（演示实验）让学生了解物体的形变。
　　（小组讨论）上面的这些形变有什么特点：有的形变可以恢复原状，有的不可以恢复原状
　　【结论】能恢复原状的形变，叫弹性形变；不能恢复原状的形变，叫非弹性形变。
　　让学生举例在日常生活中所发现或观察到的一些形变，看看哪些是弹性形变哪些是非弹性形变。
　　（播放视频）：钓鱼时钓鱼杆的形变，绳的扭转，皮球与地面接触时，网球与球拍接触时都有形变。
　　观看视频，形成印象，物体的形变、由于形变而产生的弹力在现实生活中很常见的。让学生感觉到，物理很实用，物理就在我身边，从而调动起其学习物理的兴趣。
　　（二）放大形变? 突破难点
　　一本书放在桌子上，我们知道书本对桌子有压力，桌子对书本有支持力。
　　【提问】那么压力和支持力又是怎样产生的呢？会不会也象弹簧一样由于物体的形变而产生的呢？若有这个形变与弹簧、橡皮条的形变有什么不一样？
　　【学生猜想】没有，可能发生了形变，但是由于形变量太小，所以肉眼观察不出来。我们怎样来体现微小的形变量。
　 在课堂教学中引导渗透微观放大的物理思想方法。设计微小形变实验，在一个大桌上放两个平面镜，用小型激光源发射激光照射平面镜M，用力压桌面，让一束光依次被两面镜子反射，通过反光镜的放大原理可以使墙上的光点移动很大的距离。通过放大的思想演示“微小形变”的过程，让学生认识到任何物体受到外力作用后都会发生形变的事实。
　　【体验】如图所示，用手压扁平瓶子半长轴的不同部位，以细线标记处为基准点，发现细管中的液面上升或下降，通过观察液面的升降可以判断瓶子发生形变。请几个学生上台体验表演，激发了学生的积极心，信心，进一步体会自然科学的乐趣，领悟科学探究的真谛。
　　（演示实验）弹簧在较大的力作用下始终处于拉伸状态，不能恢复原状。
　　引导得到原因，发生弹性形变的物体要恢复原状是有条件的，不能超过一定的限度，超过一定的限度，即使撤去力的作用，也不会恢复原状，这种限度叫做弹性限度。从而说明，弹簧秤不能称量过大的物体的原因。
　　【引出概念】我们把这种发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。像上面我们所熟知的拉力、压力和支持力就是最常见的几个弹力。
　　（三）分析类比 ?引出条件
　　（对比实验）被拉长的弹簧使小车右运动，处于原长的弹簧使小车保持静止，橡皮泥被小车压缩，放手后小车不动。
　　引导学生分析实验现象，得出弹力产生的条件有两个：直接接触并且发生弹性形变。
　　力是矢量，弹力也是矢量，设计师生共同完成演示实验，体会弹力方向。
　　（演示实验）A．书本（装水气球）与桌面（纤维板）间相互挤压，并让学生完成表格中的内容（加括号的内容）。
　　B．用电线悬挂着的电灯（用水气球替代灯泡，用橡皮筋代替电线）与电线的相互拉伸。
内容 弹力方向 施力物体 施力物体形变的方向 施力物体恢复形变的方向 受力物体形变的方向
书本对桌面的压力 （向下） （书本） （向上） （向下） （向下）
桌面对书本的支持力 （向上） （桌面）
? （向下） （向上） （向上）
电灯对电线的拉力 （向下） （电灯） （向上） （向下） （向下）
电线对电灯的拉力 （向上） （电线） （向下） （向上） （向上）
　　（小组讨论）利用表格对实验现象进行分析的过程中，概括出压力、支持力、绳子的拉力都是弹力以及这三种力的产生原因和方向。
　　【结论】弹力是由于施力物体发生弹性形变而产生，弹力的方向总是指向施力物体形变恢复的方向。让学生真切地感受到书与桌面、电线与电灯的形变情况，用直观性降低学习的台阶。
?　（四）自主探究，寻找规律
　　（演示实验）：三个弹簧，两个一样。不一样的两个弹簧上挂一个质量相同的钩码，另一个挂两个钩码。并提出弹簧弹力的大小与哪些因素有关？
　　（学生讨论回答）：与形变量有关，与弹簧本身有关。
　　请学生自行设计一个实验，实验的目的是寻找与弹簧的弹力与形变量的关系。
　　学生设计实验，然后分组实验。
　　【参考实验案例】
　　如图所示，用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，系统静止时，弹簧的弹力等于所悬挂钩码的总重；弹簧的长度及伸长量可由刻度尺测出。
　　【注意事项】
　　（1）本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差。标尺要竖直且紧靠指针以减小读数带来的误差，每次改变悬挂钩码个数后，要待系统稳定后再读数。
　　（2）实验中所提供的米尺精确度为1 mm，应估读一位。
　　弹簧组的说明书已说明每个弹簧的弹性限度，注意不要超过它的弹性限度使用。
　　【建议做法】
　　（1）选择器材：从弹簧组中选择一只弹簧悬挂在铁架台的杠杆上：从实验桌上选择合适的钩码。（将班级分成两大组，选用不同的弹簧进行实验，进行对比实验）
　　（2）首先将实验装置调整妥当（如整个装置是否竖直平稳，标尺与弹簧的距离是否合适，标尺面与弹簧上的指针是否在同一平面内，是否便于读数等）。
　　（3）读出弹簧自然下垂时指针所指刻度。
　　（4）悬挂50g钩码一个，待稳定后，读出弹簧上指针所指刻度并计算出弹簧的伸长量记入表格。
　　（5）逐个增加钩码，重复第4步，至少做5组数据。
弹簧规格（? ）
初态指针对应刻度 （X0/m） 　 　 　 　 　
弹簧的弹力 （F/N） 　 　 　 　 　
指针所指刻度（X/m） 　 　 　 　 　
弹簧改变量（△X/m） 　 　 　 　 　
　　（6）图象法处理数据：
　　在下面的坐标纸上，以弹簧弹力为纵轴，弹簧伸长量为横轴建立坐标系，如图所示。描出5个特殊点，以寻找弹簧弹力和弹簧伸长量之间的关系。
　　【拓展一步】常用的实验数据的处理方法有：计算法（求比值、求积、求和、求差等）和图象法两种。两者比较，图象法处理数据更为直观、更容易得出物理变化规律，且该种方法处理数据能更好地减小实验的偶然误差。
　　请各实验小组派代表上讲台，用实物投影展示实验结果，并对实验探究情况进行交流。
　　让学生通过随堂实验和亲身经历的探究性实验，在经历体验中，提高合作学习的意识和能力。
　　（五）媒体重现? 得出结论
　　引导学生运用Excel软件利用图象法进行实验数据处理。在坐标纸上，以弹簧弹力为纵轴，弹簧伸长量为横轴如图所示建立坐标系，描出5个点，以寻找弹簧的弹力与弹簧伸长量间的关系。得出如图所示弹力与弹簧伸长间的函数关系图象。
　　【结论】通过分析实验中的实验数据，可以得到弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比。
　　为了实验结果更具有说服力，帮助学生提高分析综合信息的能力，借助DIS系统研究弹力问题。实验变得方便灵活、操作简单，条理清晰，同时也让实验更具现代科技气息。
　　【力传感器演示】将传感器与弹簧的挂钩相连，用传感器把弹簧弹力随形变量变化的信息采集到电脑上。给弹簧施加任意由小到大的力，在计算机屏幕上显示以弹簧弹力为纵轴、弹簧伸长量为横轴的弹簧的弹力与其伸长量间的关系图象是一条过原点的倾斜向上的直线。
　　【总结】我们可以用一个公式F＝kx来表示这种关系。其中F是弹簧受到的弹力大小，x是弹簧的形变量，既可以是弹簧的伸长量，又可以是弹簧的压缩量。
　　这个公式实际上是一个定律，叫做胡克定律，是英国科学家胡克首先发现的，其中式子中的k是弹簧的劲度系数，单位是牛每米，符号是N／m。生活中常说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”指的就是它们的劲度系数不同。弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗细、材料、弹簧的直径、绕法、弹簧的长度等量有关，这个量反映了弹簧的特性。式中的x是弹簧的形变量，即伸长或缩短的量。
　　（六）巩固练习? 深化拓展
　　【课堂训练】
　　1．下列说法中，正确的是（? ??）
　　A．闹钟是由发条的弹力带动指针走动的，电子钟不是由发条的弹力带动指针走动的
　　B．用细杆拨动水中的木头，木头受到的弹力是由于木头发生形变而产生的
　　C．绳对物体拉力的方向总是沿绳而指向绳收缩的方向
　　D．木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的
　　解析：闹钟跟电子钟的工作原理是不同的，闹钟是利用发条的弹力带动指针起动的，而电子钟则是一种机械运动，跟闹钟不一样。而产生弹力的原因是施力物体发生了形变而产生的。绳子上拉力的方向是沿绳而指向绳收缩的方向。故选项是A、C。
　　2．一根轻质弹簧，当它受到10N的拉力时，长度为12cm，当它受到25N的拉力时长度为15cm，问弹簧不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？当受到20N的压力时，其长度为多少？（均在弹性限度内）
　　解析：有些同学往往把弹簧的原长、弹簧的长度、弹簧伸长的长度混淆起来。有的同学还把弹簧被压缩时的弹簧形变量与弹簧伸长量混淆起来。帮助学生形成认真审题、仔细分析的解题习惯，养成规范解题格式的习惯。
　　（七）课堂小结 ?理清思路
　　引导学生在小组分析讨论的基础上进行总结，帮助学生形成知识纲要，提高学习的水平。
　　【总结】a． 形变和弹性形变
　　b．弹力的概念
　　b．弹力的有无与弹力方向的
　　d．胡克定律的表达式，劲度系数的单位、符号及物理意义
　　e．确定弹簧弹力大小的计算
　　【课外研究】我们在物理中会碰到许多弹力，但他们的方向是有共同规律的，你能不能找出？这个问题希望大家根据书本在课后去找资料、同学间相互讨论来完成一篇关于更一般的弹力方向的规律的小论文。
（一）形变
概念：物体的形状和体积的改变
分类： 按能否恢复原状可分：弹性形变和非弹性形变
作业：P56页第2、3题
【教学反思】：
1.本节的演示实验较成功，尤其桌面的微小形变的演示实验比较成功，激发了学生的学习积极性，增强了学生的感性认识，由感性认识上升到理性认识，对后面学习弹力有很大帮助。 2.学生对弹力有无的判断存在问题，需学生课后加强复习。
3.学生对实验数据的处理方法欠妥，尤其利用图象处理数据的方法还需进一步指导.
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Type 2型 运算放大器补偿设计过程
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本帖最后由 小贝花 于
21:27 编辑
&&前言，我是一个刚接触电源的初学者。在学习反馈部分的时候遇到很大的困难，就根据看的资料捣出了这些。文中肯定有错误之处，恳请各位前辈指导，也与新手共勉。参数：Lo=100uHCo=250uFResr=0.1Fsw=100KHZ
&&假设我们是对一个BUCK拓扑进行设计，PWM和其它的传递函数和增益先不谈。我们首先看看较为重要LC滤波器的bode图，如图1。
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21:12 上传
& && && && & （图1）&&如图1所示，是BUCK拓扑的输出滤波部分的电路图。电感、电容、ESR电阻分别对应。大家也都能看的出来这是一个LRC串联电路，会有谐振频率和谐振尖峰，当然我们今天不是分析LRC的Q值选择和带宽等等。先从“直接感官”的角度来分析这个电路，随着信号源输入频率逐步提高电感的阻抗(XL=jwL)，随着频率增大而加大。&&电容的阻抗(Xc=1/jwC),会随着输入频率的加大而逐步减低。当频率到达LC的谐振频率后，输出增益显现-40dB/dec，斜率-2的速度下降。但在实际电路中LC滤波器中存在ESR和DRC直流电阻存在。实际上当频率增大到一个界限。电容的阻抗会降到一个非常低的程度，随着输入频率上升到Xc=R时，LC滤波器的增益曲线会迎来一个“转折点”。&&达到这个转折频率之后LCR电路变成LR电路，LR电路会以-20dB/dec的速度下降，也就是LC滤波器的总体增益曲线会在RC谐振点后开始上升。
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21:15 上传
那么bode图和计算的也相差无异，如图2所示：
2.png (47.49 KB, 下载次数: 93)
21:16 上传
& &（图2）&&从上面的计算和分析我们可以知道，当频率增加到Fesr之后，增益曲线呈现-1下降。那么就需要误差放大器的增益曲线在LC滤波器增益已-1斜率下降时，保持0斜率来满足系统稳定性的要求。&&稳定性的较为流行的判据：1、在穿越频率处要保留45°相位余量。2、在穿越频率处保证-1斜率穿越0db线。&&先说明什么是穿越频率，穿越频率是指增益曲线穿过0db线时的频率（cross-over frequency）。在开关电源的环路稳定设计中，第一步是确定系统增益曲线于何点穿越0dB。因为穿越频率越高，系统的动态性能越好，增益也越大。那么根据什么条件来确定穿越频率？一般都是根据开关频率来确定，有些书上只要低于1/2倍的开关频率即可。那是为什么要低于0.5倍的开关频率呢，从电源输出波纹的角度来看，有一大一部分是由于开关频率导致的波纹。根据采样定理，采样频率要至少高于2倍被采样频率。在设计中为了避免开关频率导致的波纹，被反馈环路采样，而输出错误的误差电压到PWM控制部分导致系统振荡。&&因此就十分有必要将穿越频率远离开关频率避免影响，在实际设计中一般都是采用1/5-1/10的比例来决定穿越频率的位置。在本例中的开关频率为100KHZ，我就取1/5的比例来确定穿越频率位置在20KHZ处。在上面从LC滤波器的计算中，我们已经知道当频率超过Fesr=6.3KHZ后，增益曲线以-1斜率下降，然后我们选取的穿越频率Fcr在20KHZ处，由于LC滤波器已经以-1的斜率下降了。误差放大器的增益曲线须在此频率段必须要以斜率为0的曲线与之配合，否则就不能达到在穿越频率处以-1的斜率下降。
&&讲到这里，我们还是来看看积分器的增益曲线，这也是本文中2型补偿网络的主要构成部分，如图3。
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21:16 上传
& &&&（图3）&&先从感官角度来看这个电路，在低频段运算放大器的增益非常大，随着频率继续增加容抗也会逐步降低，当达到某一个频率段处运算放大器增益会显现由电阻/电阻的某数值，当频率往往更高的增加，此时容抗会降低到非常低的值，使运放增益降低到某一低的值。
&&由于市电和一些其他干扰，我们需要误差放大器的低频处有足够大的增益来衰减这些干扰。为了配合LC滤波器在Fesr后的以-1的斜率下降，误差放大器需在此频率段保持0增益，用于达成在穿越频率处以-1的斜率穿过。
&&看看这个运算放大器的传递函数：
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21:17 上传
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&&那么我们将这些极点和零点与我们期望的误差放大器增益曲线联系起来，在低频保证高倍增益，衰减低频干扰。在中频段配合LC滤波器以-1斜率穿越 0dB，在高频段保持低增益，防止高频干扰系统稳定性。
先来看看这个运算放大器的增益曲线：如图4。
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21:18 上传
& && &（图4）&&如图4可以看到在低频处100HZ左右时，具有100dB的增益（非常高噢）。从100到10KHZ可以看到一个增益平缓下降的过程。在下面的相移图也可以看到在1KHZ附近有接近0相移的曲线。这也符合由零点导致的-1到0的过渡过程，在高频段运算放大器增益稳定在60dB。由于高频极点的作用，相移图也显示出相位下降的趋势。
&&还是回到穿越频率和误差放大器的零点和极点设置上来。在前面已经讲到为了保证稳定性，需要留有45°的余量。总的相移等于LC滤波器和误差放大器的之和，PWM和其它部分对相移影响较小。LC滤波器的相移是，当频率增加到转折频率，以-2的斜率下降，相移为180°。当增大到ESR频率后以-1斜率下降，相移变为90°。
&&假设要保留45°的相位余量，那就要保证在穿越频率20KHZ处要有360-45=315°。由LC滤波器引起的相移可以计算得到，例如Fcr=20KHZ，Fesr=6.37KHZ时，由LC滤波器引起的相移是108°。那么由误差放大器引起的相移只能控制在315-108=207°。由误差放大器引起的相移只能控制在207°之内，根据表2可以查的当取：&&K=Fcr/Fz=Fp/Fcr,来保证相位余量。
那就可得下列计算：
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下面先来确定R1和R2的值，然后C1和C2的值就好确定了。
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& && &&&(图5)&&上图5中，是LC和误差放大器的两者的bode图综合。可以观察到在LC滤波器以-1的斜率经过Fcr=20KHZ处对应的增益是40dB。40dB的放大倍数是100/1，那么与此对应的误差放大器在中频段（0斜率处）的增益要保证40dB的增益，也就是R2/R1要保持100倍，如果将R2=100K，那么R1就需要保证1K。所以：
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附录表1：不同K（Fcr/Fz=Fp/Fcr=K），2型运输放大器的相位滞后K延迟角度2233321642085202619810191
表2：Fesr处零点在Fcr处引起的相位滞后Fcr/FesrPhase lag （°）Fcr/FesrPhase lag（°）0.251662.51120.515331080.7514341041.013551011.2130699.51.4126798.11.6122897.11.8119996.32.01161095.7 参考文档：1、精通开关电源设计2、开关电源设计第三版3、The TL431 in the Control of Switching Power Supplies
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我也看不懂。。真是隔行如隔山啊。。。
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看不懂。。。
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本帖最后由 如此而已 于
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{:3_55:}& & 回去自己把数学、物理书好好翻翻
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只修笔记本 声明：本人男，头像是我对象
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小贝花太强悍了。。。。原来最近在学习开关电源。。&&我一看到那些物理公式就头疼。。大学时甚至看到我们的物理老师就瞌睡。。。
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ToninoT 发表于
小贝花太强悍了。。。。原来最近在学习开关电源。。&&我一看到那些物理公式就头疼。。大学时甚至看到我们的 ...
电与磁？全是微积分，当然看的烦躁了。
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花花呀，你还是回21IC吧，这里只有惊叹，但却没有内行喝彩{:soso_e128:}
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ADI公司的仪表放大器是精密增益模块，输入为差分式，输出可以是差分式，也可以是相对于参考端的单端式。这些器件能够放大两个输入信号电压之间的差值，同时抑制两个输入端共有的任何信号。仪表放大器广泛用于许多工业、测量、数据采集和医疗应用，这些应用要求在高噪声环境下保持直流精度和增益精度，而且其中存在大共模信号（通常为交流电力线频率）。
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线性和精密技术：新产品升级
仪表放大器钻石图工具
钻石图工具是一个网络应用程序，可生成特定配置的输出电压范围与输入共模电压关系图，也被称为钻石图，适用于ADI仪表放大器。 根据电源电压、增益和输入信号范围等用户输入参数，该工具可检测设计饱和情况，推荐合适的仪表放大器使输入信号在规格范围内并且配置的电路是有效的。 该工具能避免设计饱和，找到适合设计的最佳仪表放大器，节省设计时间。
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模拟接口、HDMI(R)接口、DVI接口
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ADI拥有超过2,200项专利，并有近800项专利正在申请。在过去50年，ADI在信号处理的研发投入超过90亿美元。
ADI公司的前沿技术可向垂直细分市场提供完善的解决方案。
如今，ADI公司在航天市场上不再只能提供商用或军用B级产品，而是带来了具有尖端技术的数据转换和线性产品。
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