Forum: HF, Funk und Felder Frequenzvervielfacher =》 Übertrager / Siebkreis brechnen


von Marco S. (hochfrequenz)


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Fehler im Schaltplan: L2/C2a+C2b ist nicht mit +12V verbunden!

Hallo,
im Anhang befindet sich eine Schaltung von einem Frequenzverdreifacher. 
Ein Oszillator mit Grundfrequenz 13,56MHz wird im C-Betrieb betrieben. 
Die 2te Oberwelle (40,68MHz) soll durch den Bandfilter /Übertrager(?) 
ausgesiebt werden.

Meine Fragen hierzu:
Wie nennt sich das Gebilde bestehend aus 2 Schwingkreisen L1/C1 und 
L2/C2a+C2b korrekt: Bandfilter?  Übertrager? ...

Wie sind die Spulen gekoppelt (Bedeutung der beiden Pparallelen 
unterbrochenen Striche? Wie ist das mechanisch aufgebaut?

In der Schaltungsbeschreibung würde die Herstellung der Windungen mit L1 
= L2 angegeben. Mit der App Coil32 ergibt sich nach Eingabe dieser 
Baudaten  0,358uH bis 0,585uH.  Je nachdem was man als Windubgsabstand 
eingibt.

Jetzt soll das Bandfilter ja 40,68MHz ausfiltern. Wäre es ein 
Schwongkreis würde man nach Schwingkreisformel mit 22pF und 40,68MHz das 
L bestimmen. Jetzt ist das aber ein gekoppeltes Bandfilter. Ich weiß 
nicht wie ich da rangehen kann, um das Gebilde auseinanderzunehmen. 
L2/V2a+C2b beeinflusst ja L1/C1. Man kann beide ja nicht isoliert 
betrachten.

Wie berechnet man , wenn nicht vorgegeben, den wirklichen Wert von L1 
und L2.

Grüße
Marco

von Fachlaie (Gast)


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Marco S. schrieb:
> Fehler im Schaltplan:

Die µFaräder an den Spulen werden dir keine Freude bereiten.

Sollten eher PicoFaräder sein ...

von Marco S. (hochfrequenz)


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Die Kondensatoren sind alle pF.  22pF und 100pF.

von HST (Gast)


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1. Nennt sich 2-Kreis Bandfilter (oder auch Resonanzübertrager)

2. Die gestrichelten Linien symbolisieren Eisenpulver-Kerne zum 
L-Abgleich.
   (siehe "Kern grün")

3. Beide Kreise müssen auf die GLEICHE Resonanzfrequenz 40,68MHz 
abgestimmt
   sein.

   Das heißt: bei 22pF L1= 0,696µH,  bei 18pF (22p/100p) L2= 0,85µH

Der Sekundärkreis ist für eine niederohmige Anpassung angelegt: ü= ~30:1 
(100pF/18pF)^2

Die Kopplung im Vorschlag ist eine rein magnetische, d.h., beide Spulen 
müssen einen bestimmten Abstand voneinander haben.

Suche mal (Wikipedia usw.) nach Bandfilterkopplung: unterkritische, 
kritische (Flachkopplung), überkritische Kopplung.

von Marco S. (hochfrequenz)


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HST schrieb:
> Das heißt: bei 22pF L1= 0,696µH,  bei 18pF (22p/100p) L2= 0,85µH

Bedeutet das tatsächlich:
Ich kann den linken und den rechten Kreis getrennt als eigenen 
Schwingkreis voneinader dimensionieren.
Man muss dann nur noch  die Spulen in Nähe zueinander bringen, so dass 
beide des gleiche Magnetfeld durchflutet und fertig ist das Bandfilter? 
So einfach?


Die Stärke der Kopplung berinflusst laut Anhang die Bandbreite? 
Screenshot von www.jogis-roehrenbude.de.

Frage:
Was beeinflusst dann, wenn ich die Spulen abgleiche? Was ist für die 
Resonanzhöhe verantwortlich?

Wofür braucht man denn dann Formeln mit Gegeninduktivität wie M = Wurzel 
(L1 × L2),
wenn (hier)  Gegenindukzivitä keine Rolle spielt?


Grüße
Marco Schramm

: Bearbeitet durch User
von Marco S. (hochfrequenz)


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Durch nachrechnen kam ich drauf, dass wenn man 2 Paralelschwingkreise 
mit gleichen L und C parallel koppelt, die Resonanzfrequenz gleich 
bleibt. Siehe Anhang.


Grüße
Marco

von Fachlaie (Gast)


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Marco S. schrieb:
> Siehe Anhang.

Also ich bezweifle dass die Parallelschaltung zweier
gleicher Kondensatoren die halbe Kapazätät ergibt.

Analog dazu die Induktivitäten .... umgekehrt ...

von Marco S. (hochfrequenz)


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Fachlaie schrieb:
> Also ich bezweifle dass die Parallelschaltung zweier
> gleicher Kondensatoren die halbe Kapazätät ergibt.

Stimmt

L || L = 1/2 L
C || C = 2C

von Ralph B. (rberres)


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Du stimmst bei sehr loser Kopplung beide Kreise auf maximale 
Ausgangsspannung bei der 2. Oberwelle 40,68MHz ab.

Dann erhöhst du die Kopplung solange bis die Ausgangsspannung gerade 
nicht mehr weiter ansteigt. ( Ab hier wird die Bandfilterkurve mit 
zunehmender Kopplung breiter ). Jetzt noch mal beide Schwingkreise 
vorsichtig auf Maximun abgleichen, und fertig ist der Abgleich.

Ralph Berres

von Pandur S. (jetztnicht)


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Seid ihr sicher, dass L2 die Speisung kurz schliessen soll ? Allenfalls 
ein spezieller Mode wo die Spule an der Saettigung betrieben wird ?

von Ralph B. (rberres)


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Joggel E. schrieb:
> Seid ihr sicher, dass L2 die Speisung kurz schliessen soll ?

stimmt

ist auf alle Fälle falsch. Die Verbimdung zwischen dem Hochpunkt von L2 
und der Betriebsspannung muss unterbrochen werden.

Ralph Berres

von Marco S. (hochfrequenz)


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L2 / C2a+C2b ist nicht mit 12V verbunden!
Im Anhang zu thread1 ist das falsch eingetragen. Habe im Text darauf 
hingewiesen  (1ter Satz, Tthread 1).

Ich erweitere die Fragen:
Berechnungsprogramm für Bandfilter?
Simulationprogramm für Bandfilter?

Grüße
Marco Schramm
aus Diez a.d. Lahn

von Fachlaie (Gast)


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Marco S. schrieb:
> Berechnungsprogramm für Bandfilter?

Das ist keine Frage sondern ein Satz-Fragment mit Fragezeichen.

Marco S. schrieb:
> Simulationprogramm für Bandfilter?

Das ist keine Frage sondern in Satz-Fragment mit Fragezeichen.

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


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Hallo zusammen, hallo Marco.

Schöner als der Horst (HST) hätte es dir niemand so kurz und knapp 
erklären können.
Danke Horst.

> Berechnungsprogramm für Bandfilter?

Sicher gibt es so etwas.
Den AADE Filter Designer gibt es leider nicht mehr.
Aber ELSIE von Tonne Software: Vielfältige Möglichkeiten,
aber:
die Struktur, die du uns oben  präsentiert hast, lässt sich so ohne 
weiteres mit den mir bekannten Programmen nicht darstellen.
Da ist ja schon ein Haufen Rechnen implementiert. Die Jungs vor 
Jahrzehnten haben so etwas mit Sicherheit schon berechnet, aber alles zu 
Fuss und in Einzelteilen. Überlege mal, allein die Kopplung zwischen den 
Kreisen zu berechnen; und das mit Papier, Bleistift und einem 
Rechenschieber. Da war sicher auch viel Empirie und Erfahrung bei.

> Simulationprogramm für Bandfilter?
Nicht nur Bandfilter.

Im einfachsten Fall: RF-Sim99. Gibt es schon lange nicht mehr, findet 
man aber überall im Netz.

Ansonsten ohne Geld!
LT-Spice von Analog Device.
Die Möglichkeiten fast unendlich. Das aber nicht umsonst, das 
Einarbeiten ist mühsam.
Andere Vorschläge habe ich weggelassen.

73
Wilhelm

von Gerhard H. (ghf)


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von tesari (Gast)



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Ich hatte in Erinnerung, dass das physikalische Modell in RFSim99 nicht 
richtig funktioniert. Eine unabhängige Sim mit SPICE bestätigt aber die 
Ergebnisse aus RFSim.

von HST (Gast)


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Hallo, zur Info bzgl. RFSim99:

Der funktioniert durch einen massiven SW-Fehler nicht bei symmetrischen 
(Brücken-) Schaltungen. Ansonsten konnte ich bisher keinen Fehler 
feststellen.
MfG, Horst

von Markus W. (dl8mby)


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Hallo Marco,

anbei was zum Spielen mit LT-Spice.

Deine Schaltung mit einem default Transistor
und einer Kopplung zwischen L1/L2 von 0.985.
Besser kriegt man es auf normalen Ringkernen
(nicht Schalenkernen!) nicht hin.

Den Schaltplan LC-Kopplung.asc von der .txt
Endung befreien und mit "Open File" im LT-Spice
Programm öffnen und mit RUN starten.
Dann die Probe (Tastkopf) z.B. auf die Leitung
zu RL führen und die Leitung anklicken.
Damit siehst Du die Spannung auf dieser Leitung.
Bei Strömen wird der Tastkopf zu einer kleinen
Schleife, wenn Du an einem Punkt Ströme messen
willst. Z.B. am RE (Tastkopf über RE führen
und dann Rechts-Klick).

Markus

: Bearbeitet durch User
von Ralph B. (rberres)


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ich habe das mal ein bischen optimiert.

Die Kopplung war vieeeel zu fest.

Jetzt ist es ein Verdreifacher wie gewünscht.

: Bearbeitet durch User
von Markus W. (dl8mby)


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Hallo Ralph,

es ging mir dabei um LT-Spice in seiner Anwendung
und nicht um eine fertige Lösung, deswegen die
Ansteuerung mittels Rechteck.
Marco sollte etwas zum Probieren bekommen und seine
eigenen Erkenntnisse aus der Simulation ziehen, deshalb
die angefügte Variante.
Schön aber dass Du ihm auch die Generator Sinus-Variante
zur Verfügung gestellt hast.
Jetzt hat er ja reichlich Input zum Simulieren.

Markus

von Ralph B. (rberres)


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Markus W. schrieb:
> Marco sollte etwas zum Probieren bekommen und seine
> eigenen Erkenntnisse aus der Simulation ziehen, deshalb
> die angefügte Variante.

Naja man sollte ihn nicht am langen Arm verhungern lassen.

Für ihn zielführender ist es zunächst mal nachbaubare Schaltungen 
vorzufinden.

Er muss erst mal viel Erfahrungen durch Nachbau bewährter Vorlagen 
sammeln.

Sonst findet er nie den Anfang.

Ralph

von Günter Lenz (Gast)


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Marco S. schrieb:
>Meine Fragen hierzu:
>Wie nennt sich das Gebilde bestehend aus 2 Schwingkreisen L1/C1 und
>L2/C2a+C2b korrekt: Bandfilter?  Übertrager? ...

Sind L1 und L2 auf einen Kern, kannst du daß als Übertrager
betrachten und ist im Prinzip nur ein Schwingkreis.
Sind L1 und L2 zwei Spulen und mit Abstand
induktiv gekoppelt ist es ein Bandfilter. Das macht man
um eine nahezu rechteckige Durchlaßkurve zu erzielen.
(kritische Kopplung)

>Wie berechnet man , wenn nicht vorgegeben, den wirklichen Wert von L1
>und L2.

Mit der Thomsonschen Schwingungsformel.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/213771/Schwingkreisparameter.gif

http://dodo.fb06.fh-muenchen.de/maier/PraktikumPh4/Anleitungen/GSK_WS1314.pdf

https://www.radiomuseum.org/forum/die_hoecker_beim_zweikreis_bandfilter2.html

von Ralph B. (rberres)


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Günter Lenz schrieb:
> Sind L1 und L2 auf einen Kern, kannst du daß als Übertrager
> betrachten und ist im Prinzip nur ein Schwingkreis.

Es sind nach wie vor zwei magnetisch gekoppelte Schwingkreise. Nur sind 
die Höcker soweit auseinander das du sie nicht mehr siehst.

Günter Lenz schrieb:
> Sind L1 und L2 zwei Spulen und mit Abstand
> induktiv gekoppelt ist es ein Bandfilter.

Du meinst sicherlich magnetisch gekoppelt? Bei induktiver Kopplung wäre 
eine Induktivität zwischen beide Kreise geschaltet.

Günter Lenz schrieb:
> Das macht man
> um eine nahezu rechteckige Durchlaßkurve zu erzielen.
> (kritische Kopplung)

Das ist richtig. Nur muss die Kopplung dafür winzig klein sein. So 0,01 
etwa.

Sonst hast du in der Mitte wieder eine ziemlich tiefe Einsattelung.

Im übrigen. Wenn man bei einen magnetisch gekoppelten Bandfilter die 
Kopplung langsam von 0 aus erhöht, wird die Resonanzkurve erst 
allmählich höher ( vorausgesetzt beide Kreise haben die selbe 
Resonanzfrequenz.
Ab einer bestimmten Kopplung erhöht sich die Kurve nur noch wenig. 
Stattdessen wandern die Resonanzfrequenzen beider Kreise um etwa den 
gleichen Betrag nach links und nach rechts. Das heist die Kurve wird 
breiter, um irgendwann ein flaches Dach zu bekommen.
Bei weitere Erhöhung der Kopplung wandern die Höcker noch weiter aus der 
Mittenfrequenz und in der Mitte entsteht eine Einsattelung.

Ralph Berres

von tesari (Gast)



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HST schrieb:
> Hallo, zur Info bzgl. RFSim99:
>
> Der funktioniert durch einen massiven SW-Fehler nicht bei symmetrischen
> (Brücken-) Schaltungen. Ansonsten konnte ich bisher keinen Fehler
> feststellen.
> MfG, Horst

Ich habe das physikalische Modell des verlustlosen Übertragers in 
RFSim99 kurz untersucht. Das Modell funktioniert tatsächlich nur für 
kleine Koppelfaktoren k ausreichend gut (s.a. 40MHz Bandfilter Bsp. mit 
k=0,11 weiter oben). Je näher sich k dem Ideal (k<1) nähert desto mieser 
das Ergebnis.

Im Anhang sieht man die Unterschiede zwischen einer SPICE 
Netzwerkanalyse (Übertrager mit k=0,99) und RFSim99 Netzwerkanalysen mit 
dem physikalischen Modell (Übertrager mit k=0,99) und einer 
Ersatzschaltung (T-Modell).

Der Übertrager ist für eine Rückflussdämpfung > 20dB kompensiert.

von HST (Gast)


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Hallo tesari,

danke für die interessante Info. Ich hatte im RFSim99 immer nur das 
ideale Trafo-Modell für Impedanztransformationen angewendet. In meinem 
uralten ARRL-Radio Simulator gibt es ja das sog. MUI-Modell, mit dem man 
den Koppelgrad ohne Fehler einstellen kann.

Aus Neugier habe ich eine vorhandene BF-Topologie modifiziert, indem ich 
dort die Fußpunkt-Koppelinduktivität durch das physikalische 
Trafo-Modell ersetzt habe. Die Wicklungen liegen hier als kleine 
Induktivitäten in Reihe mit den Kreisinduktivitäten. Hier scheint es 
keine sichtbaren Probleme bis zu k=0,99 zu geben - siehe Anlage.

Allerdings bin ich zu faul, zu analysieren ob die Frequenzverschiebung 
bei starker Überkopplung (k=0,95) normal ist.

Weiterhin habe ich nicht überprüft, wie der effektive Koppelgrad (k*Qb) 
des Bandfilters mit den eingestellten Werten des Trafos 
(Teilinduktivität) korreliert.

Es ist sowieso für einen Einsteiger schwierig, diesen Zusammenhang 
zwischen der Betriebsgüte Qb der gekoppelten Kreise und dem 
Kopplungsgrad in den Griff zu bekommen, obwohl das ja ganz simpel 
aussieht:
 (k*Qb=1 -->kritische Koppl., <1 -->unterkritisch, >1 -->überkritisch)

Noch viel Spaß,  Horst

von Ralph B. (rberres)


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HST schrieb:
> (k*Qb=1 -->kritische Koppl., <1 -->unterkritisch, >1 -->überkritisch)

??????

meinst du jetzt einen reinen Trafo oder ein Bandfilter?

Bei einen Bandfilter ( also zwei magnetisch gekoppelte Schwingkreise 
gleicher Frequenz ) ist der Kopplungsfaktor für die kritische Kopplung ( 
Flat Top ) so bei etwa 0,01. Das hängt auch stark von der Güte der 
Einzelkreise ab.

Je kleiner die Güte der Einzelkreise desto größer muss man die Kopplung 
für Flattop machen, desto breiter wird das flache Dach auch.

Bei einen reinen Trafo ( ohne Kondensator parallel ) ist dagegen eine 
möglichst feste Kopplung anzustreben.

Dein Beispiel ist kein rein magnetisch gekoppelter Schwingkreis, sondern 
der Trafo stellt einen Induktivität im Fusspunkt der beiden 
Schwingkreise da.

Die in deinen Beispiel festgestellte Frequenzverschiebung nach unten ist 
Normal, weil du zwei Schwingkreise induktiv im Fusspunkt gekoppelt hast.

Du hättest genauso gut auch die beiden Fusspunkte zusammenfassen können 
und statt dem Trafo eine Spule veräänderlicher Induktivität nehmen 
können.

Das gleiche Verhalten  ( wandern des unteren Höckers nach unten ) 
hättest du auch mit einen Koppelkondensator zwischen den beiden Kreisen 
am Kopfpunkt erreichen können.




Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von HST (Gast)


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Hallo Ralph,

da oben steht ja auch das Produkt "K*Qb", ist also immer abhängig von 
der Betriebsgüte (b3/fm), was die Sache ja auch etwas verzwickter macht. 
Diese normierte Schreibweise war früher üblich, siehe z.B. Telefunken 
Laborbuch Bd.1.

Bei Qb=100 ist 0,01*100 -->k=1, bei Qb=50 und k=1 --> K= 1/50 -->0,02.

Ich habe hier die Groß- und Kleinschreibung von k & K zur Unterscheidung 
genommen.

Bei einer induktiven Fußpunktkopplung verändert man die Größe von Lk (in 
Serie mit L1&L2), daher ist dort die Frequenzverschiebung erklärbar (das 
gilt ja auch für die kapazitive Fußpunkt- oder Hochpunkt-Kopplung durch 
die Veränderung von Ck).

Im obigen Beispiel mit dem Trafo-Modell bleibt aber die Induktivität 
(100nH) auf beiden Seiten konstant.

Jetzt hast du mich doch gezwungen, meinen ARD Simulator anzuwerfen und 
das gleiche Filter mit variablem Koppelfaktor ("MUI"-Modell) zu 
untersuchen. Im angehängten Bild sieht man, dass sich die Mittenfrequenz 
nur bei hoher Überkopplung ganz leicht sogar nach oben verschiebt.

Das im oben gezeigten Beispiel des Trafo-Modells im RFSim99 ist also nur 
bis zu leichter überkritischer Kopplung brauchbar. War mal wieder 
lehrreich für mich.

BTW, W7ZOI hat sehr schön im Buch "RF-Design" die genauere Berechnung 
u.a. des 2-Kreis-Bandfilters beschrieben. Weitere Artikel über 
Filterberechnung von ihm sind auch im Internet-Archiv zu finden - für 
dich sicher nix Neues.

MfG,  Horst

von tesari (Gast)


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HST schrieb:
> Aus Neugier habe ich eine vorhandene BF-Topologie modifiziert, indem ich
> dort die Fußpunkt-Koppelinduktivität durch das physikalische
> Trafo-Modell ersetzt habe. Die Wicklungen liegen hier als kleine
> Induktivitäten in Reihe mit den Kreisinduktivitäten. Hier scheint es
> keine sichtbaren Probleme bis zu k=0,99 zu geben - siehe Anlage.


> Allerdings bin ich zu faul, zu analysieren ob die Frequenzverschiebung
> bei starker Überkopplung (k=0,95) normal ist.

Leider funktioniert auch in deinem Bsp. das physikalische Modell nicht 
wie gewünscht (s. Anhang) und führt, insbesondere für k=0,95, zu einem 
stark abweichenden Amplitudengang.

Es scheint, dass sich im physikalischen Modell, mit steigendem 
Koppelfaktor k, auch die Induktivität des Übertragers unzulässigerweise 
mitvergrößert. Gut zu sehen an der stark überkritischen Kopplung für 
k=0,95 und der Frequenzverschiebung der Filtermitte.


Auch in meinem Bsp. mit dem Breitbandübertrager ist das gut zu 
beobachten. Es gibt massive Unterschiede bezüglich 
Bandbreite/Mittenfrequenz zwischen T-Modell/SPICE und dem physikalischen 
Modell.

von HST (Gast)


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Jupp, stimme mit deinen Ausführungen völlig überein. Bei meinem Modell 
wurde der Fehler nur etwas kaschiert, weil die Trafo-Induktivität nur 
rund ein Fünfzigstel der Gesamtinduktivität betrug.

Nach den Ergebnissen denke ich, dass im Modell schlicht vergessen wurde, 
im Ersatzschaltbild für die Kopplung, nämlich die variable 
Gegeninduktivität mk von der Induktivität L1&L2 entsprechend zu 
subtrahieren. Nur so bleibt die Gesamtinduktivität für alle Werte für k 
bzw. mk konstant.

Das kann ich hier im ARD-Simulator schön verifizieren, da der in der 
Netlist Formeln wie (L1-mk) erlaubt. Ob das im RFSim99 möglich ist, weiß 
ich nicht, da ich den selten verwende.

MfG,  Horst
P.S. Ich konnte es nicht lassen - siehe Anhang

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