Wozu Keramik-Kondensatoren beim Spannungsregler

Gast #4625663
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Hallo zusammen,

es geht um einen linearen Spannungsregler wie z.B. der 7805.
Laut Datenblatt benötigt dieser ja zwei Keramikkondensatoren. Einmal am 
Eingang und einmal am Ausgang.
Einmal 0,33µF am Eingang & einmal 0,1µF am Ausgang.
Soweit ich mich mal darüber Informiert habe, haben diese zwei 
Keramikkondensatoren die Aufgabe die Leitungsinduktivitäten zu 
eliminieren und dadurch ein Schwingen der Schaltung (bzw des 
Spannungsreglers) zu verhindert.

Ist das so Richtig?
#4625673
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Helpme91 schrieb:
> Ist das so Richtig?

Teilweise.
In den Datenblättern steht meist, dass der Kondensator am Eingang 
eventuelle Schwingneigung verhindert, wenn die Leitungen bis zum 
Siebkondensator eine "beträchtliche" Länge (zwei Handbreit oder so) 
haben, während der Kondensator am Ausgang das Regelverhalten bei 
Lastsprüngen verbessert.
Keramikkondensatoren, weil sie billiger als Folien-C oder Tantalelkos 
sind, und weil das Hochfrequenzverhalten von Aluminium-Elkos zu schlecht 
ist.
Gast #4625724
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Ja, aber das Regelverhalten bei Lastsprüngen verbessert doch der 
Ausgangselko, er fungiert ja als Buffer und glättet noch zusätzlich die 
Ausgangsspannung.
Bei großem Lastwechsel hat der Regler das Problem, das er sich nicht 
schnell genung auf die passende Spannung einregeln kann. Aber dabei Hilf 
ihm wie bereits erwähnt der ELKO und nicht der kleine 
Keramikkondensator?
Gast #4625748
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Hp M. schrieb:
> Keramikkondensatoren, weil sie billiger als Folien-C oder Tantalelkos
> sind,

Zumindest früher waren Keramik teurer als 0815 Folienkondensatoren.
Der Grund ist das Folienkondensatoren eine höhere parsitäre Induktivität 
haben und deshalb schlechtere Eigenschaften bei hohen Frequenzen.

Tantal vermeidet man aus ökologischen und politischen Gründen, wegen dem 
Preis und weil sie gerne mal abgefackelt sind.
#4625795
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Helpme91 schrieb:
> Es gibt Schaltungen, wo sich am Ausgang ein ELKO befindet.

Ja, aber nur kleine. Es gibt auch Schaltungen, da sind große Elkos am 
Ausgang (> 10uF), das heißt aber nicht unbedingt, dass das richtig ist.

Warum braucht es überhaupt einen Kondensator am Ausgang? Damit der 
Regler nicht zu schnell umschaltet und der Spass zum schwingen kommt. 
Der Kondensator am Ausgang soll den Regler also bremsen, aber nicht zu 
stark denn alles was nach dem Kondensator kommt bekommt ggf. seine 
Energie ungebremst eben von diesem, der Regler kann darauf dann keinen 
Einfluss mehr nehmen. 100nF reichen in der Regel locker.
Den Elko zur Spannungsstabilisierung gehört an den Eingang des Reglers 
zum Puffern.
Gast #4625801
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ESR??

Meine Frage war, warum benötigt der Regler einen Kondensator am Ausgang.

Die Antwort: Ja, wegen dem niedrigen ESR, hä??

Dann lasse ich die Kapazität komplett weg, dann habe ich auch nicht das 
Problem mit dem ESR beim Kondensator.

Was hat jetzt der ESR mit dem Regelverhalten zu tun?

Ich frage noch einmal,  warum verbessert sich das Regelverhalten des 
Spannungsreglers wenn am Ausgang ein Kondensator angeschlossen ist????
Gast #4625804
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Frickelfritze vielleicht solltest Du mal zu Augenarzt gehen, scheinbar 
siehst Du nicht wirklich was, oder Du kannst einfach nicht lesen.

Ich glaube das meine Fragen sehr Verständlich sind.
Bist ja auch nur Du der Sie nicht versteht.
Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #4625816
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Helpme91 schrieb:
> Ich frage noch einmal,  warum verbessert sich das Regelverhalten des
> Spannungsreglers wenn am Ausgang ein Kondensator angeschlossen ist????
Das musst du den Hersteller fragen, der so was ins Datenblatt 
schreibt. Nur der weiß, warum seine Regelstrecke sowas braucht...

Das mit den Kondensatoren steht nämlich nicht in jedem Datenblatt.

Helpme91 schrieb:
> vielleicht solltest Du mal zu Augenarzt gehen, scheinbar siehst
> Du nicht wirklich was, oder Du kannst einfach nicht lesen.
Ich weiß es ist heiß, aber ich empfehle den Ball flach zu halten. Es 
bringt nichrs, wenn hier herumgestritten wird.
Wenn die Antworten nicht gefallen: nicht drauf eingehen.
Gast #4625825
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Helpme91 schrieb:
> Ich frage noch einmal,  warum verbessert sich das Regelverhalten des
> Spannungsreglers wenn am Ausgang ein Kondensator angeschlossen ist????

...Sturheit hat was mit kurz"Sichtigkeit" oder Ignoranz zu tun!?

Wenn Du dir etwas Zeit nimmst und meine 3 geposteten Links (oben)
durchliest, bekommst Du die Antwort auf deine Frage!

Gruß!
Gast #4625865
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Da Thema ist komplexer, als man annehmen sollte. Die Stabilitätssache 
hängt insbesondere mit der Kompensation zusammen. Ein Spannungsregler 
ist ein geschlossener Regelungskreis und als solcher Schwingfähig. Die 
Kompensation muss das verhindern. Grob gesagt.

Dazu gibts Appnotes vom Hersteller:
http://www.ti.com/lit/an/snva020b/snva020b.pdf

Viele Spannungsregler setzten eine bestimmte Kapazität voraus, um stabil 
zu sein. Einige, speziell ältere Typen, haben spezielle Anforderunge an 
den ESR des Kondensators. Einige Regler sind auch ohne oder mit geringer 
Kapazität stabil. Kommt halt drauf an, wie der Regler konstruiert ist.

Da ist lesen angesagt. Wer sich nicht eingehender mit Regelungstechnik 
beschäftigen will, bleibt bei den Vorschlägen aus dem Datenblatt. Die 
sind aus diesem Grund oft recht ausführlich beschrieben. Oft gibt es 
auch eine detaillierte Beschreibung zur Kompensation.
Manchmal gibts sogar eigene Pins für diesen Zweck, wo man C und RCs 
hinmachen kann, um die Eigenschaften einzustellen.


Ein weiterer, eher einleuchtender Zweck des Kondensators ist, dass 
dieser Ströme schneller liefern kann als der Regler. Der hat nämlich 
eine Reaktionszeit auf Laständerungen.
Braucht man einen Stromstoß, der kürzer ist als diese, kann sie der 
Regler nicht liefern. Um das zu kompensieren, schaltet man am Ausgang 
des Reglers einen Kondensator parallel, der kann kurze Stromimpulse 
abefedern, so dass die Spannung nicht allzuweit einbricht.

Umso "schneller" der Regler ist, umso kleiner kann der Kondensator sein.
Gast #4626137
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Helpme91 schrieb:
> Laut Datenblatt benötigt dieser ja zwei Keramikkondensatoren.

In welchen Datenblatt steht was von KERAMIKkondensator?
Die gibt es in den üblichen Werten so ab 1pF(pikoFarad)
bis ca. 200pF zu kaufen. Hauptverwendungbereich: Hochfrequenz.
Von mehreren hundert pF bis einigen tausend pF gibts schon
Folienkondensatoren die teilweise in HF- oder NF-Anwendungen
zur Anwendung kommen. Eine strenge Werte/Typen-Abgrenzung gibts
da nicht, also gibt es eine Mischmenge oder Werteüberschneidung.

> Einmal am
> Eingang und einmal am Ausgang.

Was du da gesehen haben willst ist ein MKT-Folien-Kondenstor
von etwa 100nF = 0,1µF.

> Einmal 0,33µF am Eingang & einmal 0,1µF am Ausgang.

Also umgerechnet 330nF und 100nF, was üblich und völlig okay ist.
DAS SIND ABER KEINE KERAMIKKONDENSATOREN, sondern FOLIENKONDENSATOREN.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_%28Elektrotechnik%29

> Soweit ich mich mal darüber Informiert habe, haben diese zwei
> Keramikkondensatoren die Aufgabe die Leitungsinduktivitäten zu
> eliminieren und dadurch ein Schwingen der Schaltung (bzw des
> Spannungsreglers) zu verhindert.

Nicht alles was irgendwer irgendwann mal wo geschrieben hat, muss
stimmen, oder muss u.U. in einem Kontext verstanden werden.

Wenn z.B. bei solch einem Regler am Ausgang einen größeren Kondensator
im Bereich mehrerer µF verbaut hat, muss auch die Reversdiode (wie
in Wikipedia) beachten, denn die hat einen Zweck, nämlich die EMK
eines Relais (da hast du eine Induktivität), das vom Regler
versorgt wird, auf den Siebelko abzuleiten, was allerdings vom 
Schaltungsdesign nicht Stand der Technik ist.
Zumindest kann man da dann davon ausgehen die EMK-
Spannungsspitzen von der Regelung zu kompensieren.
Besser man nutzt nur die gesiebte ungeregelte Gleichspannung für die
Relaisversorgung wie es üblich sein sollte. Dann kann man den Regler
nach Datenblatt beschalten.

Helpme91 schrieb:
> Meine Frage war, warum benötigt der Regler einen Kondensator am Ausgang.

Um das Schwingverhalten eines geschlossenen Regelkreises
zu unterdrücken, was aber nur mit einem Kondensator gemäß
Datenblatt funktioniert.

> Die Antwort: Ja, wegen dem niedrigen ESR, hä??

Vergiss ESR. Das ist nur in kritischen System (z.B. aktive Filter)
von Belang, wozu der Regler aber nicht gehört.

> Dann lasse ich die Kapazität komplett weg, dann habe ich auch nicht das
> Problem mit dem ESR beim Kondensator.

Dann muss du dich nicht wundern, wenn deine Schaltung mal
ein seltsames Verhalten zeigt.

> Was hat jetzt der ESR mit dem Regelverhalten zu tun?

Nichts. Die richtige Kapazität ist entscheidend.

> Ich frage noch einmal,  warum verbessert sich das Regelverhalten des
> Spannungsreglers wenn am Ausgang ein Kondensator angeschlossen ist????

Die Antwort steht weiter oben und wird sich auch nicht verändern,
wenn du anfängst zu nerven. Wenn die gewählte Kapazität zu hoch
wird, wird der Regler träge, wird warm und kann im schlimmsten Fall
kaputt gehen.

Helpme91 schrieb:
> Ja, aber das Regelverhalten bei Lastsprüngen verbessert doch der
> Ausgangselko, er fungiert ja als Buffer und glättet noch zusätzlich die
> Ausgangsspannung.

Man erkauft sich die Bufferfähigkeit mit Trägheit, die dann wieder
von Nachteil ist.

> Bei großem Lastwechsel hat der Regler das Problem, das er sich nicht
> schnell genung auf die passende Spannung einregeln kann. Aber dabei Hilf
> ihm wie bereits erwähnt der ELKO und nicht der kleine
> Keramikkondensator?

Keiner von beiden, aber ein 100nF MKT schon.

Helpme91 schrieb:
> Ich glaube das meine Fragen sehr Verständlich sind.

Nur, dass du wichtige Details einfach mal so verallgemeinerst oder
durcheinander bringst.
Kondensator ist nur ein Gruppenbegriff für ein Bauteil, dass es
in vielen Bauformen und Werten gibt. Nicht jeder Wert ist aber
geeignet. Auf Elkos, die es so ab 0,1µF bis in den Faradbereich
gibt bin ich jetzt nicht eingegangen, weil die hier nicht
interessieren, es sei denn zum Sieben der pulsierenden 100Hz-
Gleichspannung vor dem Regler.

Also mal nicht schimpfen, wenn man nicht so die Ahnung hat.
Gast #4626167
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Prinzipiell kannst du so einen 7805 als Regelkreis ansehen. Ein 
Regelkreis kann stabil oder instabil sein, in dem Fall eines 7805 ist er 
instabil. Das ergibt sich einfach aus dem internen Aufbau. Durch den 
externen Kondensator stabilisierst du den Regelkreis. Wie hoch der Cap 
ist, welchen ESR er hat etc. muss dir der Hersteller dazu angeben, denn 
du kennst den internen Aufbau nicht.

Beim 7805 ist der ESR ziemlich egal, deswegen könntest du auch Elkos 
nehmen. Allerdings hilft dir der Cap auch bei sehr hochfrequenten 
Lastpulsen, wo ein niedriges ESR sehr hilfreich ist deswegen nimmt man 
hier gerne Keramik. Das ist allerdings nicht verpflichtend wenn es nicht 
im Datenblatt so steht und wenn du es besser weißt oder Gründe für was 
anderes hast kannst du das natürlich machen ;)

Tantal nimmt man wegen der Ausbeutung in Afrika eher weniger, und weil 
die wenn falsch dimensioniert zu brennen beginnen (ja richtig brennen, 
nicht nur rauchen). Jemand oben hat schon den wiki-link zu coltan 
gepostet.

Es gibt andere Regler (vor allem LDO) bei denen ist der ESR fast 
wichtiger wie der Kapazitätswert selbst, die sind über einen großen 
(ESR)-Bereich instabil.
Dann gibt es modernere Regler, die benötigen gar keine externen Bauteile 
mehr. Und zwar nicht weil die intern verbaut sind sondern weil bei der 
Entwicklung auf die richtige Lage der Pol-Nullstellen sehr viel geachtet 
wurde, was zur Zeit als der 7805 auf den Markt kam einfach technisch 
noch nicht so möglich war. Heutzutage kann man sowas nämlich ziemlich 
leicht simulieren. Direkt auf dem IC kann man so große Kondensatoren 
nicht integrieren wegen dem immensen Platzbedarfs eines solchen Caps.
#4626168
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Inkognito schrieb:
> Die gibt es in den üblichen Werten so ab 1pF(pikoFarad)
> bis ca. 200pF zu kaufen.

So ein Quatsch - es gibt auch sehr gebräuchliche Keramik-Kondensatoren 
im Mikrofarad-Bereich, und Niemand verwendet 100nF 
MKT-Folienkondensatoren als Abblock-Kondensatoren, sondern 100nF 
Keramik-Kondensatoren.

Inkognito schrieb:
> Also umgerechnet 330nF und 100nF, was üblich und völlig okay ist.
> DAS SIND ABER KEINE KERAMIKKONDENSATOREN, sondern FOLIENKONDENSATOREN.

Oder (Multilayer-)Keramik-Kondensatoren.

Inkognito schrieb:
> Vergiss ESR. Das ist nur in kritischen System (z.B. aktive Filter)
> von Belang, wozu der Regler aber nicht gehört.
und
>> Was hat jetzt der ESR mit dem Regelverhalten zu tun?
>
> Nichts. Die richtige Kapazität ist entscheidend.

Wieder Quatsch! Je nach Regler-Design ist das ESR sehr wohl wichtig! 
Speziell bei Low-Drop Reglern gibt es viele, wo der Ausgangskondensator 
einen ESR in einem gewissen, im Datenblatt spezifizierten Bereich haben 
muß, damit er stabil arbeitet. Keramik-Kondensatoren haben für diese 
Regler dann meist ein zu geringes ESR, weshalb die Hersteller ggf. 
explizit Tantal- oder Al-Elkos empfehlen.

Andere Regler-ICs sind für ein sehr geringes ESR des 
Ausgangs-Kondensators ausgelegt, hier empfielt der Hersteller dann 
i.d.R. Keramik-Kondensatoren.
Gast #4626290
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Thomas E. schrieb:
> weshalb die Hersteller ggf.
> explizit Tantal- oder Al-Elkos empfehlen.

Dann schlage ich mal vor, diese kühne Behauptung anhand eines
Links zu einem passenden Datenblatt zu beweisen.
Ich habe mir ein paar ergoogelt und da wird weder was von Keramik-
Kondensatoren noch von ESR-Informationen geschrieben.
Kann natürlich sein, dass es Datenblätter gibt, aber Texas,
Fairchild... schweigen sich dazu aus. Auch sollte man bei den
Regler-Typen, auf die der TO Bezug genommen hat, bleiben
und nicht auf andere Typen LDO oder Low-Drop... abschweifen.

Thomas E. schrieb:
> und Niemand verwendet 100nF
> MKT-Folienkondensatoren als Abblock-Kondensatoren, sondern 100nF
> Keramik-Kondensatoren.

Sprich mal nur für dich, denn ich hab schon genug Geräte gesehen,
die dich Lügen strafen würden. Manchmal ist das nämlich auch eine
Kostenfrage.
#4626323
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Insbesondere alte Regler benötigen höheren ESR, wird dann auch in den 
DBs beschrieben. Kann ich bestätigen. So auf die Schnelle finde ich da 
wenig explizit. Aber zB:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf
Die wollen Tantal-Elkos sehen. S. 10: "Ci is recommended, particularly 
if the regulator is not in close proximity to the power-supply filter 
capacitors. A 0.1-µF disc or 1-µF tantalum capacitor provides sufficient 
bypassing for most applications, especially when adjustment and output 
capacitors are used."


Wird für den stabilen Betrieb benötigt, siehe auch AMS1117-Datenblatt 
(DS1117):
http://www.advanced-monolithic.com/pdf/ds1117.pdf

S. 4: "Stability
The circuit design used in the AMS1117 series requires the use of an 
output capacitor as part of the device frequency compensation. The 
addition of 22µF solid tantalum on the output will ensure stability for 
all operating conditions. "

Bei neueren Bausteinen dann explizite Hinweise auf 
ESR/Keramikkondensatoren. Beispiel PAM3101:
ftp://mindcont.com/IoT/%E8%8A%AF%E7%89%87%E8%B5%84%E6%96%99/PAM3101DAB28 
.pdf

Auf S.12 dort; interessant auch der Hinweis, dass das IC für niedrigen 
ESR designt wurde, der jedoch >5mOhm sein muss.

"Capacitor Selection and Regulator Stability Similar to any low dropout 
regulator, the external capacitors used with the PAM3101 must be 
carefully selected for regulator stability and performance.
A capacitor CIN of more than 1μF can be employed in the input pin, while 
there is no upper limit for the capacitance of CIN. Please note that the 
distance between CIN and the input pin of the PAM3101 should not exceed 
0.5 inch. Ceramic capacitors are suitable for the PAM3101. Capacitors 
with larger values and lower ESR (equivalent series resistance) provide 
better PSRR and line-transient response.
The PAM3101 is designed specifically to work with low ESR ceramic output 
capacitors in order to save space and improve performance. Using an 
output ceramic capacitor whose value is >2.2μF with ESR>5mΩ ensures 
stability."

http://www.farnell.com/datasheets/1720529.pdf
Hier schon in der Marketing-Zusammenfassung auf S. 1: "Only Low-ESR 
Ceramic Capacitor Required for Stability"

Für dich als deutlichen Hinweis zu verstehen, dass das früher offenbar 
anders war, sonst müsste man das nicht bewerben.


Und jetzt kommts - hier mal deutlicher Hinweis auf AL-Elektrolyt, 
SPX3819:
http://www.mouser.com/ds/2/146/SPX3819_DS_R200_082312-17072.pdf
S.7 - ist kopiergeschützt, bitte selber öffnen und runterscrollen.


Nach dem ganzen Vorgeplänkel nun noch mal Butter bei die Fische - TI 
bietet schöne Dokumente zum Selberlesen und Bilden an. Ich empfehle mal
http://www.ti.com/lit/an/slva115/slva115.pdf

Man muss nur wollen, und das sehe ich nicht.
#4626327
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Inkognito schrieb:
> Dann schlage ich mal vor, diese kühne Behauptung anhand eines
> Links zu einem passenden Datenblatt zu beweisen.

Der LM2931 fordert Min/Max-ESR am Ausgang und erwähnt ausdrücklich 
Elkos. Bei 100µF käme freilich ohnehin kaum jemand auf die Idee, Keramik 
oder Folie zu verwenden.

LM1117 (NSC Datasheet): "The ESR of the output capacitor should range 
between 0.3Ω - 22Ω."
#4626335
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Inkognito schrieb:
> Dann schlage ich mal vor, diese kühne Behauptung anhand eines
> Links zu einem passenden Datenblatt zu beweisen.

Zum Beispiel der LM1117 von Ti.
Link zum Datenblatt: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1117.pdf

Ein Beispiel reicht ja wohl, Deine kühne Behauptung zu widerlegen. Das 
wäre bei weitem nicht das einzige IC und ist auch nicht gerade ein 
"Exot"!

Inkognito schrieb:
> Sprich mal nur für dich, denn ich hab schon genug Geräte gesehen,
> die dich Lügen strafen würden. Manchmal ist das nämlich auch eine
> Kostenfrage.

Ja, ich spreche für mich als Entwickler, und als Entwickler wäre ich 
schön blöd, wenn ich die riesigen, teuren (~5 Cent!) und obendrein 
weniger geeigneten 100nF Folienkondis zum Abblocken der 
Versorgungsspannung vorsehen würde, statt der winzigen (0402) SMD 
Vielschicht-Keramik-Kondis für weniger als 0,1 Cent/Stk.
#4626355
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Dirk K. schrieb:
> Da zeigen die sogar, wie sie mit Reihenwiderstand zum Kerko
> experimentieren, bis sie in den stabilen Bereich kommen und so quasi
> einen Elko simulieren.

Besonders nett ist auch der zwar nahe liegende, aber nicht oft 
berücksichtigte Hinweis, dass die üblichen Abblock-Kerkos der dadurch 
versorgten Schaltung mit in die Bilanz eingehen. Besonders wenn dicht 
dran.

Scheint aber glücklicherweise nicht ganz so kritisch zu sein. Denn 
Module mit einem LM1117 direkt neben dem µC und seinen 100nF-Kerkos sind 
nicht so selten.
Gast #4626422
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A. K. schrieb:
> Besonders nett ist auch der zwar nahe liegende, aber nicht oft
> berücksichtigte Hinweis, dass die üblichen Abblock-Kerkos der dadurch
> versorgten Schaltung mit in die Bilanz eingehen. Besonders wenn dicht
> dran.

Ja, es hängt alles irgendwie zusammen :) Das wird auch dann zum Schluss 
wieder interessant wenn man sich das EMV-Verhalten anschaut und die 
Grenzwerte nicht schafft weil die Kombination von ein paar Kondensatoren 
eine ungute Resonanz verursacht. Da muss man dann einzelne Abblock-Cs 
wegtun oder in der Größe verändern oder einen anderen Typ wählen oder 
oder oder... :)

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