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隨著廣播、電信和IT業(yè)的融合，未來(lái)的電話(huà)和數(shù)字電視都將成為互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，這樣就需要采用新型的客戶(hù)端設(shè)備（CPE）和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以適應(yīng)更高數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，并滿(mǎn)足新出現(xiàn)的DVB-T/S/C標(biāo)準(zhǔn)以及符合當(dāng)前和提議中的通訊要求。
數(shù)字視頻廣播（DVB）界正在與其它業(yè)界和標(biāo)準(zhǔn)組織就擴(kuò)展當(dāng)前的DVB技術(shù)規(guī)格展開(kāi)密切合作。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)交換和傳輸設(shè)備的制造商還必須滿(mǎn)足行業(yè)安全方面的要求，如由ITU-T頒布的安全要求。ITU-T的推薦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要采用過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)，以達(dá)到電信基礎(chǔ)設(shè)施和客戶(hù)方設(shè)備能夠安全可靠運(yùn)行的目的。
PolySwitchTM的聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）器件和SiBarTM浪涌保護(hù)器件（TSPD）目前已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，能夠幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)人員和制造商滿(mǎn)足安全和性能方面的標(biāo)準(zhǔn)。
PolySwitch器件能夠有助于局內(nèi)的交換設(shè)備、模擬和數(shù)字式線(xiàn)路卡、基于IP的語(yǔ)音（VoIP）設(shè)備、DSL和ISDN調(diào)制解調(diào)器中以及在用戶(hù)方設(shè)備中提供過(guò)電流保護(hù) 。PPTC器件的可復(fù)位功能、較小的體積和低阻值的特性使其很適合這些方面的應(yīng)用。
SiBar TSPD器件的設(shè)計(jì)旨在幫助通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商滿(mǎn)足ITU-T K.20和K.21推薦標(biāo)準(zhǔn)所要求的過(guò)電壓保護(hù)水平。TSPD器件在典型情況下也與其它器件聯(lián)合作為次級(jí)電路保護(hù)器，這些器件包括PolySwitch PPTC器件。TSPD的主要優(yōu)勢(shì)在于其小巧的體積、導(dǎo)通狀態(tài)下較低的功率耗散以及精確的“轉(zhuǎn)折”電壓。
圖1所示為一套聯(lián)合式過(guò)電流/過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)，供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商在滿(mǎn)足ITU-T K.20要求時(shí)使用。SiBar TSPD器件有助于保護(hù)敏感的電子設(shè)備不受快速過(guò)電壓事件的影響，其中包括雷擊瞬態(tài)事件。線(xiàn)路饋入電阻器可以在有必要調(diào)節(jié)通訊線(xiàn)路上的穩(wěn)態(tài)電流時(shí)使用。
PolySwitch器件提供了某些異常運(yùn)行條件的電流限制功能，如電力線(xiàn)搭碰和電力線(xiàn)感應(yīng)現(xiàn)象。這種器件提供了兩方面的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于電壓低于SiBar器件的“轉(zhuǎn)折”電壓的故障，這種器件有助于提供能夠保護(hù)系統(tǒng)的可復(fù)位式的電流限制功能；對(duì)于高于SiBar器件“轉(zhuǎn)折”電壓的故障，這種器件有助于提供能夠保護(hù)SiBar器件本身的可復(fù)位電流限制功能。此外，PPTC器件的基本電阻可以進(jìn)行選擇，從而限制超出SiBar器件“轉(zhuǎn)折”電壓的瞬態(tài)故障中的電流。
在采用聯(lián)合式保護(hù)方案中的這種器件的可復(fù)位功能有助于改善最終用戶(hù)的系統(tǒng)使用時(shí)間，減少運(yùn)行和修理成本，并增強(qiáng)用戶(hù)的整體滿(mǎn)意度。
PPTC器件能夠提高電信設(shè)備的可靠性
PolySwitch器件在設(shè)計(jì)上用于保護(hù)敏感的電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不會(huì)由于過(guò)電流故障而被損壞。在發(fā)生這種類(lèi)型的故障時(shí)，PPTC器件的電阻將從其基本電阻值上升到一個(gè)更高的電阻值，從而有效地隔離這項(xiàng)故障。
對(duì)于200至350mA之間的電流，典型的250V PPTC器件將在線(xiàn)路接口發(fā)生損壞前動(dòng)作。而其它解決方案，如耐雷擊熔斷器，不會(huì)在出現(xiàn)超過(guò)500mA的過(guò)電流故障前跳閘，從而導(dǎo)致大得多的電流流經(jīng)用戶(hù)的線(xiàn)路接口卡（SLIC）。
由于熔斷器屬于一次性使用的器件并且擁有較低的熱聚能，電信應(yīng)用中要求熔斷器采用很高的電流額定值。采用尺寸過(guò)大的熔斷器所產(chǎn)生的后果之一是，有可能在故障條件下出現(xiàn)很高的表面溫度，導(dǎo)致設(shè)備受損或出現(xiàn)不安全的狀況。在發(fā)生超過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行電流的故障條件下，而且這個(gè)電流沒(méi)有高到足以導(dǎo)致熔斷器及時(shí)動(dòng)作的情況下，耐雷擊的熔斷器有可能達(dá)到不符合要求的溫度值。
PPTC器件的熱聚能和動(dòng)作溫度都允許與設(shè)備的損壞電流做出更緊密的匹配，這樣就減少了在低電流故障事件下的動(dòng)作時(shí)間。圖2對(duì)通常所使用的電信設(shè)備熔斷器的動(dòng)作時(shí)間與幾種設(shè)計(jì)用于電信應(yīng)用的PolySwitch器件的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比。在給定的故障電流下，PPTC器件的動(dòng)作快于表面安裝的熔斷器。器件的動(dòng)作時(shí)間影響到過(guò)電流保護(hù)器件的允許通過(guò)能量和表面溫度，這兩點(diǎn)均是在電路設(shè)計(jì)要予以考慮的重要因素。
PPTC器件mS ZawKB #＊p0（&pbTuGj v [75 jDY臨床醫(yī)學(xué)論文 UY Zu_i5omG8-XwOi ?k～/
由于PPTC器件在體積、成本和性能方面的改善，導(dǎo)致其在電信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車(chē)應(yīng)用方面得到了大家的廣泛接受。PPTC電路保護(hù)器件用于幫助針對(duì)有害的過(guò)電流浪涌和過(guò)熱故障進(jìn)行保護(hù)。與傳統(tǒng)的熔斷器相似的是，PPTC器件能夠限制故障狀況下具有危險(xiǎn)性的大電流通過(guò)。但是，PPTC器件能夠在故障狀況排除后和/或電源斷開(kāi)后復(fù)位。
PPTC電路保護(hù)器件采用半晶體狀聚合物與導(dǎo)電性顆粒復(fù)合制造。在正常溫度下，這些導(dǎo)電性顆粒在聚合物內(nèi)構(gòu)成了低電阻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖3）。但是，如果溫度上升到器件的切換溫度（TSW）時(shí)，無(wú)論這種狀況是由于部件流過(guò)很大的電流造成的，還是由于環(huán)境溫度的上升造成的，聚合物內(nèi)的晶體物質(zhì)將會(huì)融化并成為無(wú)定形物質(zhì)。在晶體相融化階段所出現(xiàn)的體積增長(zhǎng)導(dǎo)致導(dǎo)電性顆粒在液力作用下分隔，并導(dǎo)致器件的電阻值出現(xiàn)巨大的非線(xiàn)性增長(zhǎng)。
典型情況下，電阻值將增加3到4個(gè)數(shù)量級(jí)。此電阻值在增加后能夠?qū)⒐收蠗l件下流經(jīng)的電流數(shù)量降低到一個(gè)較低的穩(wěn)態(tài)水平，從而保護(hù)電路內(nèi)的設(shè)備。在故障排除以前以及電路電源斷開(kāi)以前，PPTC器件將保護(hù)在其閂鎖（高阻值）狀態(tài)下，而故障排除以及電路電源斷開(kāi)時(shí)，導(dǎo)電性復(fù)合材料冷卻下來(lái)并重新結(jié)晶，將PPTC恢復(fù)成電路內(nèi)的低阻值狀態(tài)，受影響的設(shè)備也恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀況。
論文聯(lián)合式電路保護(hù)有助于防止損壞數(shù)字視頻廣播網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)自WWW.66WEN.COM免費(fèi)論文網(wǎng)
PPTC器件在電路中作為串聯(lián)部件使用。此器件所具有的較小外形有助于節(jié)省寶貴的板卡空間。而且與傳統(tǒng)上要求用戶(hù)能夠接觸到的熔斷器相反，PPTC器件的可復(fù)位功能允許其布置在無(wú)法接觸到的位置。由于PPTC器件屬于固態(tài)器件，所以也能耐受機(jī)械沖擊和振動(dòng)，從而有助于在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)提供可靠的保護(hù)能力。
雖然PPTC器件經(jīng)常被稱(chēng)為“可復(fù)位的熔斷器“，但它屬于用于限制電流的非線(xiàn)性熱敏電阻器。熔斷器屬于電流跳閘型器件，而一旦熔斷器“熔斷”，它所在的電路即被損壞，熔斷器上再也無(wú)法流過(guò)電流。這種電氣中斷（或斷路）屬于永久性的狀況。
一旦PPTC器件動(dòng)作，由于它需要有一個(gè)很低的焦耳加熱泄漏電流或外部熱源來(lái)保護(hù)其已動(dòng)作狀況，所以有一個(gè)很小數(shù)值的電流通過(guò)。一旦故障狀況被排除，這個(gè)熱源即被消除。這時(shí)器件就可以恢復(fù)到低阻值狀態(tài)，而電路也就恢復(fù)正常。
盡管這種可復(fù)位器件有著本質(zhì)上的明顯優(yōu)點(diǎn)，仍然有一些熔斷器可能是電路保護(hù)較為適宜方式的狀況。在恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)造成潛在的安全危險(xiǎn)和/或設(shè)備上的器件在發(fā)生故障后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行維護(hù)的狀況下，采用熔斷器或斷路器較為合適。例如，在垃圾處理裝置中推薦采用一次性的熔斷器，因?yàn)榇搜b置的刀片在電動(dòng)機(jī)突然恢復(fù)運(yùn)行時(shí)有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害事故。另一方面，可復(fù)位的PPTC器件對(duì)于需要立刻恢復(fù)運(yùn)行的電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的保護(hù)方面是一項(xiàng)合理的解決方案。
最后，設(shè)計(jì)人員必須決定自己設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求采用哪種水平的保護(hù)。決定是否適合采用某一具體保護(hù)器件的最好方式是進(jìn)行一次全面的系統(tǒng)測(cè)試。
PPTC器件在設(shè)計(jì)中要考慮的事項(xiàng)
在電路中包含PPTC器件的設(shè)計(jì)時(shí)，有一些關(guān)鍵性的參數(shù)要予以考慮，包括器件的保持和動(dòng)作電流、環(huán)境條件對(duì)器件性能的影響、器件的復(fù)位時(shí)間、動(dòng)作狀態(tài)下的泄漏電流，以及自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位條件。
保持和動(dòng)作電流
圖4所示為PPTC器件的保持和動(dòng)作電流作為溫度函數(shù)的特性。在A(yíng)區(qū)描述的電流和溫度組合下，PPTC器件將動(dòng)作以保護(hù)電路。在B區(qū)描述的電流和溫度組合下，PPTC器件能夠讓電路工作在正常狀況下。在C區(qū)內(nèi)，器件既有可能跳閘，也有可能保持在低阻值狀態(tài)下，這要取決于具體的器件電阻值和環(huán)境。
由于PPTC器件可以在溫度作用下動(dòng)作，所以在器件周?chē)腥魏螠囟壬系淖兓紝⒂绊懙狡骷男阅堋Ｔ赑PTC器件周?chē)鷾囟仍黾訒r(shí)，器件動(dòng)作所需的能量較少，因此保持電流（IHOLD）降低。采用陶瓷材質(zhì)和聚合物材質(zhì)的正溫度系數(shù)（PTC）器件的制造商能夠提供溫度降額定值曲線(xiàn)和IHOLD對(duì)溫度的表格，以幫助設(shè)計(jì)人員選擇適用的器件。
環(huán)境條件對(duì)器件性能的影響
PPTC器件的熱傳導(dǎo)環(huán)境可以對(duì)器件的性能產(chǎn)生顯著的影響。通常，通過(guò)增加器件的熱傳導(dǎo)性能，其功率耗散、動(dòng)作時(shí)間和保持電流方面均將有相應(yīng)的增長(zhǎng)。如果從器件發(fā)出的熱量傳導(dǎo)量下降，則會(huì)出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。此外，器件周?chē)鸁豳|(zhì)量的改變也將改變器件的動(dòng)作時(shí)間。
PPTC器件的動(dòng)作時(shí)間定義為在故障電流開(kāi)始出現(xiàn)至器件動(dòng)作之間的時(shí)間。動(dòng)作時(shí)間取決于故障電流和環(huán)境溫度的大小。
動(dòng)作事件是由于在向環(huán)境中散失熱量的速率低于熱量產(chǎn)生的速率而造成的。如果所產(chǎn)生的熱量大于所散失的熱量，器件的溫度將有所增加。溫度上升的速率和讓器件跳閘所要求的總能量取決于故障電流和熱傳導(dǎo)環(huán)境。
在正常的運(yùn)行條件下，器件所產(chǎn)生的熱量和器件散失到環(huán)境中的熱量處于平衡狀態(tài)下。
I2R = U（T-TA）
其中：I 為流經(jīng)器件的電流；R為器件電阻值；U為綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)；T為器件的溫度；TA環(huán)境溫度。
電流或環(huán)境溫度或兩者的上升，均將導(dǎo)致器件達(dá)到電阻值迅速上升的溫度。電阻值的這種巨大變化將降低流經(jīng)電路的電流，保留電路不被損壞。
保持電流器件能夠在不限時(shí)間的情況下，保持不從低阻值狀態(tài)轉(zhuǎn)入高阻值狀態(tài)的最高穩(wěn)態(tài)電流。保持電流可以根據(jù)熱傳導(dǎo)環(huán)境進(jìn)行相當(dāng)精確的定義，并且會(huì)受到各方面的設(shè)計(jì)選擇的影響，例如：
將器件布置在發(fā)熱源的附近，例如功率場(chǎng)效應(yīng)管（FET）、電阻器或變壓器，從而導(dǎo)致保持電流、功率耗散和跳閘時(shí)間的減少。
增加與器件實(shí)施電氣接觸的線(xiàn)跡或引線(xiàn)的大小，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)量的增加和較大的保持電流、較慢的動(dòng)作時(shí)間和較高的功率耗散。
在將器件連接到電路板前將器件先連接到較長(zhǎng)的對(duì)線(xiàn)上，增加器件的引線(xiàn)長(zhǎng)度，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)量的減少，并降低器件的保持電流、功率耗散和動(dòng)作時(shí)間
器件復(fù)位時(shí)間
圖5所示為，在動(dòng)作事件發(fā)生后，電阻值恢復(fù)到穩(wěn)定值可以是非常迅速的，而絕大多數(shù)的恢復(fù)均在頭幾秒內(nèi)發(fā)生。正如與其它電氣屬性一樣，電阻值的恢復(fù)時(shí)間將取決于器件的設(shè)計(jì)和熱環(huán)境。由于阻值恢復(fù)與器件的冷卻存在關(guān)系，熱傳導(dǎo)量越大，恢復(fù)的速度越快。
動(dòng)作狀態(tài)下的泄漏電流
在PPTC器件閉鎖在其高阻值狀態(tài)下時(shí)，能夠流經(jīng)器件的電波數(shù)量是故障電流的一個(gè)分?jǐn)?shù)。這個(gè)電流值可以采用下列公式計(jì)算出來(lái)：
I = PD/VPS
其中：I為動(dòng)作狀態(tài)下器件的泄漏電流；PD為由PPTC器件所耗散的功率；VPS為PPTC器件兩端的電壓。
TSPD有助于提供有效的過(guò)電壓保護(hù)
過(guò)電壓電路保護(hù)器件有兩種類(lèi)別，箝制和“轉(zhuǎn)折”，或“急劇短路”器件。如金屬氧化物變阻器（MOV）和二極管的箝制型器件在運(yùn)行中能夠讓電壓上升到設(shè)計(jì)好的箝制水平以流過(guò)至負(fù)載。如TSPD和氣體放電管之類(lèi)的“轉(zhuǎn)折”器件對(duì)應(yīng)于超過(guò)擊穿電壓的浪涌電壓情況作為一個(gè)分流器器件來(lái)工作。
“轉(zhuǎn)折”型器件提供了優(yōu)于箝制器件的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于某個(gè)給定的故障電流，在TSPD內(nèi)耗散的功率遠(yuǎn)小于如MOV或雪崩二極管的箝制器件內(nèi)所耗散的功率，這是由于“轉(zhuǎn)折”器件兩端的電壓更小。這樣就可使用小尺寸的過(guò)電壓器件，并使電容值降低，而這正是高速通訊設(shè)備極為需要的特性之一。
這種基于芯片的器件能夠?qū)舸╇妷哼M(jìn)行精確的設(shè)置，并且不會(huì)在多次故障事件后降低等級(jí)。TSPD還可以按照SMB的表面安裝封裝進(jìn)行供貨，有助于節(jié)約部件密集的印刷電路板上的空間。
圖6所示為一款Raychem SiBar TSPD器件的電流/電壓曲線(xiàn)。這款器件在擊穿電壓以下的電壓值下通常處于高阻值狀態(tài)。在此狀態(tài)下，在器件兩端有電壓時(shí)，只有非常小的電流流過(guò)本器件。
在電壓超過(guò)器件“轉(zhuǎn)折”所需的擊穿電壓時(shí)，將導(dǎo)致一個(gè)低阻抗路徑的形成，從而有效地對(duì)過(guò)電壓狀況進(jìn)行短路。器件將在流經(jīng)它的電流降低到其保持額定值以下前保持在這種低阻抗?fàn)顟B(tài)下。在過(guò)電壓事件發(fā)生后，器件將恢復(fù)成高阻值狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)正常的系統(tǒng)運(yùn)行。
TSPD的設(shè)計(jì)和運(yùn)行
TSPD屬于雙向芯片器件。這種器件的4個(gè)對(duì)稱(chēng)分層如圖7所示。在此“芯片”的橫截面圖上，其布置方式可以簡(jiǎn)化成對(duì)如圖8和圖9所 示的2個(gè)晶體管和一個(gè)P型電阻器的描述。在正常運(yùn)行中，電壓施加到兩個(gè)接線(xiàn)端的兩端。
隨著從正極至負(fù)極之間的電壓增加，PNP晶體管中發(fā)生的雪崩擊穿讓電流能夠通過(guò)。不斷增加的雪崩電流從正極通過(guò)PNP晶體管流動(dòng)，隨后通過(guò)P電阻器流到負(fù)極。P電阻器兩端的電壓對(duì)NPN晶體管施加讓其導(dǎo)通的偏壓。在NPN晶體管施加偏壓而導(dǎo)通后，PNP晶體管將迅速切換成導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)致器件出現(xiàn)“轉(zhuǎn)折”現(xiàn)象。由于PNP晶體管的集電極電流驅(qū)動(dòng)著NPN晶體管的基極，以及與此類(lèi)似的NPN晶體管的集電極電流驅(qū)動(dòng)著PNP晶體管的基極，該器件處于閂鎖狀態(tài)下。在運(yùn)行過(guò)程中，在電壓超過(guò)規(guī)定的擊穿點(diǎn)時(shí)，該器件“轉(zhuǎn)折”成一個(gè)低阻抗的路徑，有效地對(duì)過(guò)電流狀態(tài)進(jìn)行短路。在流經(jīng)器件的電流降低到規(guī)定保持電流以下之前，此器件均保持在這種低阻抗?fàn)顟B(tài)下。在過(guò)電壓事件過(guò)去后，器件將復(fù)位至高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而有可能恢復(fù)正常的系統(tǒng)運(yùn)行。
TSPD在設(shè)計(jì)方面的考慮事項(xiàng)
在TSPD器件選型時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：
決定所設(shè)計(jì)的器件必須滿(mǎn)足哪些行業(yè)的安全要求，以及為了滿(mǎn)足這些要求要采用什么類(lèi)型的保護(hù)方式
擊穿電壓：決定器件在哪一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)從高阻抗轉(zhuǎn)入到低阻抗，以保護(hù)負(fù)載。需要進(jìn)行保護(hù)的最低電壓是多少？最大擊穿電壓必須小于此值。
關(guān)斷狀態(tài)電壓：器件的最大額定運(yùn)行電壓必須大于系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行電壓，這個(gè)值定義為峰值振鈴（交流）電壓加上直流電池電壓的總和。
峰值脈沖電流：器件的峰值脈沖電流必須大于針對(duì)系統(tǒng)規(guī)定的最大浪涌電流。如果不是這樣，就有可能需要增加額外的電阻值來(lái)減少脈沖電流，讓其處于器件的脈沖額定值范圍以?xún)?nèi)。典型峰值脈沖電壓值在相關(guān)電信標(biāo)準(zhǔn)的雷擊浪涌部分規(guī)定，例如Telcordia GR-1089 和FCCPart 68.
保持電流：保持電流決定了過(guò)電壓保護(hù)器件將在保時(shí)“復(fù)位”或從低阻抗切換至高阻抗，從而讓系統(tǒng)恢復(fù)正常。該器件的保持電流必須大于系統(tǒng)的電源電流，否則它將保持在低狀態(tài)下。
結(jié)語(yǔ)PolySwitch PPTC器件的低電阻、快速動(dòng)作時(shí)間和小巧的特點(diǎn)有助于提供板卡面積較小的電子設(shè)備的可靠性。通過(guò)理解這類(lèi)器件的可復(fù)位性功能的準(zhǔn)確本質(zhì)，有助于電路設(shè)計(jì)人員選定和應(yīng)用這類(lèi)器件，以達(dá)到最大的運(yùn)行效益。PolySwitch PPTC器件為一次性使用的熔斷器技術(shù)提供了一項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)位的替代方案。
Raychem SiBar TSPD器件在設(shè)計(jì)上用于幫助電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商達(dá)到ITU-T K.20和K.21的過(guò)電壓要求。它的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是較小的形狀系數(shù)、較低的導(dǎo)通狀態(tài)功率耗散，以及準(zhǔn)確的電壓箝制能力。這類(lèi)器件的低電容值特色也讓它們可以適用于高數(shù)據(jù)傳輸率的電路中。
在采用聯(lián)合式的保護(hù)方案時(shí)，這些器件所具有的可復(fù)位功能能夠提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性、降低服務(wù)和修理成本，并增加用戶(hù)的滿(mǎn)意度。
