Ich habe ein Filterkonzept entworfen und finde nur sehr wenig Informationen zur Dimensionierung eines solchen Filters. Der Hintergrund ist: Mit einem OPV soll eine größere kapazitive Last "C1" getrieben werden. Ohne R3 C2 schwingt diese Schaltung. R3 bestimmt die Güte des Filters. Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann? Etwas habe ich schon gefunden: https://www.ti.com/lit/an/sboa244/sboa244.pdf
Hallo, diesen Spezialfall dieser komischen Schaltung brauchst Du doch gar nicht: >the use of diodesD1and D2, that allowthe filter capacitortochargeand >dischargemuchfasterwhenthereis a largeenoughdifferencebetweenthe inputand >outputvoltages. vielleicht ist da ein passsender dabei: https://www.bing.com/images/search?q=active+filter+opamp&form=HDRSC2&first=1&tsc=ImageHoverTitle https://sound-au.com/articles/active-filters.htm https://sound-au.com/dwopa2.htm https://www.electronicshub.org/butterworth-filter/ https://www.electrical4u.com/active-low-pass-filter/#:~:text=%20Active%20Low%20Pass%20Filter%3A%20Design%20and%20Applications,Active%20Low%20Pass%20Filter.%20Second-Order%20Filters...%20More%20 https://www2.seas.gwu.edu/~ece121/Spring-11/filterdesign.pdf https://www.electronicshub.org/active-filters-design/ https://www.pinterest.de/pin/704813410406162594/ mfG
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Jens G. schrieb: > Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich > mehr Information zum Entwurf eines solchen Aufbaus > finden kann? Nein. Es ist nämlich nicht klar, was Du erreichen möchtest: Willst Du die Wirkung von C1 und R2 KOMPENSIEREN oder möchtest Du sie gezielt als Filter AUSNUTZEN?
Jens G. schrieb: > Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum > Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann? Stelle die Übertragungsfunktion auf und bestimme durch Koeffizientenvergleich die Bauteilwerte. Das sind Grundlagen. Alternativ bau das Ding in LTSpice nach und lass dir das Bode-Diagramm ausrechnen. Dann kannst du an den Wert drehen. Jens G. schrieb: > Etwas habe ich schon gefunden: > https://www.ti.com/lit/an/sboa244/sboa244.pdf Von den wesentlichen Dioden ist in deiner Schaltung nichts zu sehen. Ähnlichkeite rein zufällig?
Wolfgang schrieb: > Von den wesentlichen Dioden ist in deiner Schaltung nichts zu sehen. > Ähnlichkeite rein zufällig? Lässt man die "wesentlichen Dioden" weg so kommt man auf meinen Aufbau.
Egon D. schrieb: > Nein. > Es ist nämlich nicht klar, was Du erreichen möchtest: > Willst Du die Wirkung von C1 und R2 KOMPENSIEREN oder > möchtest Du sie gezielt als Filter AUSNUTZEN? Ein Filter soll es sein. Ich suche nach ähnlichen Designs um sicher zu gehen das der Entwurf zuverlässig funktionieren wird.
Christian S. schrieb: > diesen Spezialfall dieser komischen Schaltung brauchst Du doch gar > nicht: Ja, es ist mir bekannt. Es gibt spezielle OPV die kapazitive Lasten treiben können. Diese sind dann schwieriger zu beschaffen, etwas teurer und vielleicht nicht lange Zeit verfügbar. Ein Standard OPV ist mir da lieber.
Jens G. schrieb: > Ein Filter soll es sein. Ich suche nach ähnlichen Designs um sicher zu > gehen das der Entwurf zuverlässig funktionieren wird. Dafür musst du dir klar werden, wieviel Phasenreserve du brauchst. Der direkt über R3 gegengekoppelte Signalanteil wird über R2, C1 in der Phase verschoben. Zeichne einfach mal das Bode-Diagramm und guck dir die Phasenverschiebung dort an, wo die Verstärkung unter 1 sinkt. Lade doch mal deinen ASC-File hier hoch.
Kuck mal hier: https://www.youtube.com/channel/UCKEVTN-ZlbM6vWJMQ_ZjatQ/videos Der erklaert die Grundlagen ziemlich idiotensicher. Allerdings hat er ein Audio und Musik Problem. :-D Olaf
Wolfgang schrieb: > Lade doch mal deinen ASC-File hier hoch. Anbei das ASC-File und das Modell für den TLV171.
Das Rückkopplungs-Netzwerk Deines Filters gleicht dem für die bekannte MFB-Tiefpass-Struktur (multi-feedback). Du kannst also die dafür in der Literatur zu findenden Dimensionierungs-Hinweise nutzen. Allerdings: Wie soll die Übertragungsfunktion (Filterfunktion) Deiner Schaltung aussehen? Die Schaltung hat - wie gesagt - Ähnlichkeit mit dem MFB-Tiefpass, der aber normalerweise über (Deinen) Widerstand R1 angesteuert wird. Dazu kommt bei Dir natürlich der Tiefpass 1. Ordnung vor dem "+"Eingang... Also noch mal: Wie soll die Filterfunktion aussehen?
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Offenbar handelt es sich um eine solche Schaltung: https://www.aktivfilter.de/tiefpass-mit-mehrfachgegenkopplung.php R2 und R3 hängen bei mir am Ausgang vom OPV - das geht in diesem Fall, da die Pegel wegen dem Spannungsfolger identisch sind.
Jens G. schrieb: > Offenbar handelt es sich um eine solche Schaltung: > https://www.aktivfilter.de/tiefpass-mit-mehrfachgegenkopplung.php Es gibt eine gewisse ÄHNLICHKEIT -mehr aber auch nicht. Erstens ist Dein Ausgang nicht am OPV-Ausgang und zweitens steuerst Du ja den nicht-inv. Eingang (und zudem noch über einen Tiefpass) an. Willst Du denn eine TP-Filerung oder eher einen Bandpass-verlauf?
Lutz V. schrieb: > Willst Du denn eine TP-Filterung oder eher einen Bandpass-verlauf? Dieser Entwurf ist ein TP-Filter 3-er Ordnung. Am Ausgang muss es einen Kondensator geben.
Jens G. schrieb: > Dieser Entwurf ist ein TP-Filter 3-er Ordnung. Am Ausgang muss es einen > Kondensator geben. Kein "reiner" Tiefpass. Es ist eine Überlagerung von Tief- und Bandpass mit einem Zähler (1+K*s) und einem Nenner 3. ordnung.
Ohne C3 ist die Phasenlage bei eine Frequenz von 2Mhz bis 20Mhz bei etwa 158°. Bei 30Mhz liegt der Wendepunkt bei einer Phasenlage von 230°.
Jens G. schrieb: > Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum > Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann? Wenn du die Stabilität des Verstärkers über das Bode-Diagramm beurteilen willst, solltest du überflüssige Schaltungsteile raus lassen. C3 und R4 spielen dafür keine Rolle. Ohne die siehst du den reinen Frequenzgang des Ops mit seiner Gegenkopplung und Last. Der Überschwinger bei der Rechteckansteuerung ergibt sich dann aus der Phasenreserve bei 0dB Verstärkung. Bei 180° schwingt's.
Das schwingt nichts. Die Rückführung R3 C2 war notwendig, weil es ohne diese Maßnahme geschwungen hat.
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Jens G. schrieb: > Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum > Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann? Eine konkrete Antwort auf diese Frage - ohne allgemeines Geschwafel - ist nur dann möglich, wenn man weiß, was der Entwurf leisten soll. Also: Welche Durchlass- bzw. Dämpfungsforderungen das Filter erfüllen soll. Beispiel für überflüssige bzw. nichtssagende Aussagen ("Geschwafel"): "Die Rückführung R3 C2 war notwendig, weil es ohne diese Maßnahme geschwungen hat." Ohne R3-C2 hättest Du gar keine Rückführung - also, was bringt diese Aussage?
Lutz V. schrieb: > Ohne R3-C2 hättest Du gar keine Rückführung - also, was bringt diese > Aussage? genauer gesagt - ohne R3 - lasse ich R3 weg dann nehme ich einen Draht (0 Ohm). Der Entwurf ist grundsätzlich mal ein Spannungsfolger. Bei kapazitiver Last hat es leider geschwungen. Vielleicht gibt es Literatur zu diesem Entwurf?
Christian S. schrieb: > https://www2.seas.gwu.edu/~ece121/Spring-11/filterdesign.pdf In diesem Buch von Texas Instruments kann ich meinen Schaltungsetwurf leider nicht finden.
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Jens G. schrieb: > In diesem Buch von Texas Instruments kann ich meinen Schaltungsetwurf > leider nicht finden. Das wundert mich nicht - wie ich schon sagte, das ist auch keine der bekannten Filterschaltungen. Vor allem auch deshalb nicht, weil es kein OPV-Ausgang hat. Ich selber hab ein Filterbuch geschrieben - so eine Schaltung hab ich noch nie gesehen.
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Jens G. schrieb: > Das schwingt nichts. Schwingen tut's natürlich nur, wenn der zur Erhöhung der Phasenreserve eingebaute R2 ganz weggelassen oder kleiner als ca. 7Ω wird.
Jens, dein Filter ist kein Tiefpass 3. Ordnung, nur 2., das sieht man doch sofort am Phasengang, der geht nur bis 180°. Mit dem gleichen Aufwand kann man einen echten TP 3.Ordnung bauen, der auch die 100nF am Ausgang hat. Im Anhang mal ein Vergleich dazu, grün ist die obere Schaltung, rot deine.
Falls die 27R zu niederohmig für deinen OPV sind (schwingen), es geht auch hochohmiger.
Besten Dank für die Antworten. Das obere Schaltbild wird gerne vorgeschlagen. Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom Lastwiderstand abhängig ist. Die Antworten zeigen mir aber. Das der verwendete Schaltungsaufbau ein gangbarer Weg ist. Die Ausgangspannung soll unabängig vom Lastwiderstand sein und ein Tiefpass 2, Ordnung ist ausreichend. --> also das untere Schaltbild. Besten Dank für die Hilfe und die guten Bilder zum Thema.
Jens G. schrieb: > Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom > Lastwiderstand abhängig ist. Das ist sie in solchen Schaltungen meist. Für ein sauberes Design wird man da Buffer vorsehen müssen. Natürlich kann man auch mit viel Mühe ohne Buffer weiterkommen....einen Nachteil kann ich nicht erkennen. Gruß Rainer
Jens G. schrieb: > Die Ausgangspannung soll unabängig vom Lastwiderstand sein Soll die unterhalb der Grenzfrequenz auch frequenzunabhängig sein? Falls ja, brauchst du wohl einen anderen OPV. Der TLV171 hat nur eine lächerlich kleine SlewRate von 1,5V/µs. Der ist bei 100kHz nichtmal bis 1Veff aussteuerbar.
Elliot schrieb: > Soll die unterhalb der Grenzfrequenz auch frequenzunabhängig sein? Falls > ja, brauchst du wohl einen anderen OPV. Der TLV171 hat nur eine > lächerlich kleine SlewRate von 1,5V/µs. Der ist bei 100kHz nichtmal bis > 1Veff aussteuerbar. 100nF am Ausgang und ein treibender Strom von 25mA erzeugt eine SlewRate von etwa 0,25V/µs. Die 100nF (wegen EMV) und der treibende Strom (Platzbedarf auf der Leitplatte) sind technische Vorgaben. Am Eingang ist ein DAC (12bit bei 400kHz SPI-Bus). Mehr als eine Eingangsfrequenz von 10kHz wird es da nicht geben. Im Original wurde der 100nF Kondensator direkt an den Ausgang des OPV geklemmt. 3 zusätzliche Bauelemente (R2 R3 C2) sollen nun eine Schwingneigung (56kHz bei 250mV Vpp) verhindern. Die Ausgangsspannung darf sich durch unterschiedliche Lastwiderstände nicht verändern. So gesehen habe ich durch professioneller Hilfe eine Bestätigung der Schaltungstopologie.
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Lutz V. schrieb: > Ich selber hab ein Filterbuch geschrieben - so eine Schaltung hab ich > noch nie gesehen. Genau das war der Grund, weshalb ich diesen Entwurf hier veröffentlicht habe. Ich habe im Internet diesen Entwurf nahezu nicht gefunden.
Rainer V. schrieb: > Jens G. schrieb: >> Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom >> Lastwiderstand abhängig ist. > > Das ist sie in solchen Schaltungen meist. Für ein sauberes Design wird > man da Buffer vorsehen müssen. Natürlich kann man auch mit viel Mühe > ohne Buffer weiterkommen....einen Nachteil kann ich nicht erkennen. > Gruß Rainer Der Entwurf oben ist ein Buffer. Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung von etwa 2m Länge sein.
Jens G. schrieb: > Bestätigung der Schaltungstopologie Das ist die altbekannte Schaltung, die zur Stabilisierung der Schaltung bei kapazitiven Lasten an OPV-Ausgängen in z.B. Konstantstromquellen oder elektronischen Lasten mit Power-Mosfets als Leistungssteller verwendet wird. Bildquelle: Tietze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik
Jens G. schrieb: > Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung von etwa 2m Länge sein. Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, aber ich frage trotzdem: Die 100 nF sind nicht die angenommen Lastkapazität durch 2 m Kabel? 2 m Kabel wären eher 100 pF - oder 100 nF 2 km Kabel.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, ... Jens G. schrieb: > Die 100nF (wegen EMV) und der treibende Strom > (Platzbedarf auf der Leitplatte) sind technische Vorgaben.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Jens G. schrieb: >> Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung von etwa 2m Länge sein. > Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, aber ich frage trotzdem: Die > 100 nF sind nicht die angenommen Lastkapazität durch 2 m Kabel? 2 m > Kabel wären eher 100 pF - oder 100 nF 2 km Kabel. Nein, Nein. Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf eine Leitung kommen "könnten". Diese Spannung, +/-10V, ist Teil eines Regelkreises.
Elliot schrieb: > Jens G. schrieb: >> Bestätigung der Schaltungstopologie > > Das ist die altbekannte Schaltung, die zur Stabilisierung der Schaltung > bei kapazitiven Lasten an OPV-Ausgängen in z.B. Konstantstromquellen > oder elektronischen Lasten mit Power-Mosfets als Leistungssteller > verwendet wird. > > Bildquelle: Tietze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik Besten Dank für dieses Bild. Es zeigt mir, das ich auf dem richtigen Weg bin. P.S. Bei mir liegt es schon länger zurück, das ich mich mit Analogtechnik beschäftigen "musste". Der Tietze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik ist leider nicht mehr ein Teil in meinem Bücherregal. Besten Dank für eure Zeit - es hilft mir sehr weiter.
Jens G. schrieb: > Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für > einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf > eine Leitung kommen "könnten". Sorry, aber das kann ich nicht nachvollziehen. Wenn der TP diese Störung nicht unterdrückt, wer dann? Die 100nF bestimmt nicht...in übrigen sehe ich keinen Vorteil dieser Schaltung gegenüber anderen Topologien...ok, wenig Bauteile, aber doch etwas kritisch in der Funktion. Aber solange der TO nicht sagt, welches Signal er tatsächlich nach dem TP erwartet, wird das wieder das übliche Rätselraten. Gruß Rainer
Der Buffer soll ein Signal Ue auf eine "Leitung" Ua treiben. Um Störungen auf der "Leitung" zu vermeiden wurde eine kapazitive Last auf diesen Ausgang gelegt. Näheres zur Kompensation von kapazitiven Lasten bei OPV's kann man hier nachlesen. "Operational amplifier stability compensation methods for capacitive loading applied to TS507" https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00176008-operational-amplifier-stability-compensation-methods-for-capacitive-loading-applied-to-ts507-stmicroelectronics.pdf Alle Fragen zu meiner Thematik - "kapazitive Last auf einen OPV" wurden beantwortet.
Rainer V. schrieb: > Jens G. schrieb: >> Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für >> einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf >> eine Leitung kommen "könnten". > > Sorry, aber das kann ich nicht nachvollziehen. Wenn der TP diese Störung > nicht unterdrückt, wer dann? Die 100nF bestimmt nicht...in übrigen sehe > ich keinen Vorteil dieser Schaltung gegenüber anderen Topologien...ok, > wenig Bauteile, aber doch etwas kritisch in der Funktion. Aber solange > der TO nicht sagt, welches Signal er tatsächlich nach dem TP erwartet, > wird das wieder das übliche Rätselraten. > Gruß Rainer In welchem Kontext diese Schaltung verwendet wird war nicht Teil der Frage vom Anfang. Ein OPV sollte eine Kapazität treiben. Was von der Funktion her ein Tiefpass ist. Die Fragen sind ausreichend beantwortet. Besten Dank für die Antworten -- Ende
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Jens G. schrieb: > Ein OPV sollte eine Kapazität treiben. Was von der > Funktion her ein Tiefpass ist Sorry, aber der Titel sprach von einem TP 3-ter Ordnung, an den du diesen 100nF Kondensator drangehängt hast und (zu Recht) festgestellt hast, dass das der OP gar nicht mag. Nun scheint es aber doch zu gehen...good for you... Gruß Rainer
Rainer V. schrieb: > Jens G. schrieb: >> Ein OPV sollte eine Kapazität treiben. Was von der >> Funktion her ein Tiefpass ist > > Sorry, aber der Titel sprach von einem TP 3-ter Ordnung, an den du > diesen 100nF Kondensator drangehängt hast und (zu Recht) festgestellt > hast, dass das der OP gar nicht mag. Nun scheint es aber doch zu > gehen...good for you... > Gruß Rainer Am Anfang wusste ich "noch" nicht das es sich bei der Beschaltung um spezielles Problem handelt. "kapazitive Last am OPV" im http://www.tietze-schenk.de/tsbuch.htm wird das in einem Kapitel behandelt. Die Überschrift ist aber auch nicht ganz falsch. Die Filterwirkung liegt bei 18dB je Oktave. Das Filter selbst wird aber in meinem Aufbau nicht benötigt. Das Thema wurde hier auch schon einmal besprochen: Beitrag "Operationsverstärker Kapazitive Last" In Kapitel 6.3 ist die Theory sehr gut aufbereitet worden. https://bilder.buecher.de/zusatz/20/20871/20871854_lese_1.pdf ... und hier noch ein Fachartikel: https://www.elektronikpraxis.vogel.de/winziger-verstaerker-treibt-lasten-von-200-mw-a-499397/
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Jens G. schrieb: > Ich habe ein Filterkonzept entworfen und finde nur sehr wenig > Informationen zur Dimensionierung eines solchen Filters. Klar, wenn Du was Eigenes entworfen hast, dann findet man dazu auch keine Beschreibung. Wie Du bei Deinem Entwurf auf 3. Ordnung kommst kann ich nicht nachvollziehen. Es gibt doch Schaltungen, warum was eigenes erfinden? Wenn man zwei 6 dB Filter hintereinander schaltet gibt das noch lange kein optimales 12 dB Filter. Schau Dir mal die Filtertypen Bessel, Butterworth und Tschebyscheff an. Die unterscheiden sich nur in den Koeffizienten der RC-Komponennten und haben unterschiedliche Eigenschaften. Jens G. schrieb: > Der Hintergrund ist: Mit einem OPV soll eine größere kapazitive Last > "C1" getrieben werden. Ohne R3 C2 schwingt diese Schaltung. Dafür gibt es auch ICs: Cap Load Limit Unlimited https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm8261.pdf https://www.reichelt.de/operationsverstaerker-1-fach-sot-23-5-lm-8261-m5-p187814.html?search=lm8261 Er kostet zwar gut 3€, dafür ist er aber richtig gut. Aber auch der Vorschlag von Elliot, LeadKompensation, kann u.U. auch schon helfen. Du hast ja LTspice. mfg klaus
Klaus R. schrieb: > Dafür gibt es auch ICs: Cap Load Limit Unlimited > > https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm8261.pdf > https://www.reichelt.de/operationsverstaerker-1-fach-sot-23-5-lm-8261-m5-p187814.html?search=lm8261 > > Er kostet zwar gut 3€, dafür ist er aber richtig gut. Das Thema ist ausreichend beantwortet. Ja - es gibt Spezialbauteile - aber Kosten und Verfügbarkeit verhindern eine Nutzung. Nur 3 passive Bauteile, +0,05€, lösen ein technisches Problem. Warum sollte das nicht so gemacht werden? Ich benötige eine Ausgangsspannung von +/-10V. Es ist schon ein Unterschied ob ich 3€ für ein Bauteil ausgebe, oder ebend 0,5€.
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Auf https://docplayer.org/35599052-O-operationsverstaerker.html habe ich noch Designhinweise gefunden.
Den 100nF-C parallel zur Last kenne ich nur von Lautsprecherverstärkern https://de.wikipedia.org/wiki/Snubber#Verwendung Da steht aber, dass dieses Boucherot-Glied oder Snubber zur Kompensation induktiver Last dient. "dass der Verstärker an der induktiv-komplexen Last einer Lautsprecherbox stabil arbeitet und keine sogenannten „wilden“ Schwingungen ausführt. "
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Wolfgang schrieb: > Stelle die Übertragungsfunktion auf und bestimme durch > Koeffizientenvergleich die Bauteilwerte. Das sind Grundlagen. > Alternativ bau das Ding in LTSpice nach und lass dir das Bode-Diagramm > ausrechnen. Dann kannst du an den Wert drehen. Bei der Aussage .. "Das sind Grundlagen." war ich etwas überfordert. Weshalb ich den Thread ja hier auch gestartet habe. Praktische Messungen am "lebenden Objekt" ersetzen da viel Theorie um diese Dinge.
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Anbei noch eine andere Grafik von Analog Devices. https://www.analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-31/number-2/articles/volume31-number2.pdf#page=20
Im Original wird der MIC6211 verwendet. Durch den Tiefpass am Eingang kann der Treiber die kapacitive Last mühelos treiben. Bei Ue 10Vpp ergibt sich ein Ipeak von maximal +/-20mA.
Die Schaltung hat jetzt eine Grenzfrequenz von 3.5 kHz und ist bei kapazitiver Last absolut stabil. Ziel erreicht.
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