恒流源毕业论文
恒流源毕业论文
高效率音频功率放大器的研制
白林景,邵光存,李岸然,常兴连,王振伟
(山东省科学院激光研究所,山东济宁 272100)
摘 要:本设计以高效率D类功率放大器为中心,输出开关管采用高速场效应管,连接成互补对称H桥式
结构,兼有输出1: 1双变单电路和输出短路保护功能,比较理想地实现了输出功率大于2w,平均效率可达到
75%的高效音功率放大器。
关键词:D类音频功率放大器; PWM调制器; H桥功率放大器
中图分类号: TN722. 1 文献标识码:A
引言
全球音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环
保的要求,要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音
频功率放大器。传统的音频功率放大器工作于线性放大
区,功率耗散较大,虽然采用推挽输出,仍然很难满足大功
率输出;而且需要设计复杂的补偿电路和过流,过压,过热
等保护电路。D类开关音频功率放大器的工作于PWM模
式,将音频信号与采样频率比较,经过自然采样,得到脉冲
宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波,经过驱动
电路,加到MOS的栅极,控制功率器件的开关,实现放大,
放大的PWM信号送入滤波器,还原为音频信号。从而实
现大功率高效率的音频功率放大器。
系统电路
本文采用H型桥式D类功率放大电路,电路如图一
所示。
图一 音频功率放大器电路
(1) 三角波产生电路
利用NE555构成的多谐振荡器以恒流源的方式对电
容线性冲、放电产生三角波。接通电源瞬间,NE555芯片
的3脚输出高电平,二极管D2、D3 截止,D1、D4 导通, Vcc
通过T1 , T2 , R1 ,D1 对电容C1 恒流充电,当C1 上电压达到
2 /3Vcc时,NE555芯片的输出发生翻转,即3脚输出低电
平,此时,D2、D3 导通, D1、D4 截止,电容C1 通过D2 , T3 ,
T4 , R2 恒流放电,直到C1电压等于1 /3Vcc,电容又开始充
电,如此循环,电容C1上可以得到线性度良好的三角波。
为了提高带负载能力,输出通过由LM358A组成的电压跟
随器。
输出三角波频率的计算:电阻R1 上电压等于T1 的
VVbe≈ 0. 7V,故流过R1 的电流I = 0. 7V /300Ω = 2. 33
mA,忽略T1 的基极电流,则流过R1 的电流即为T2 的射
级电流,约等于T2 的集电极电流,故C1 的充电电流约为
2mA,同理, C1 的放电电流约为2mA。设充电时间为t1 ,放
电时间为t2 ,则有:
2
3
Vcc =
1
3
Vcc +
i ×t1
C
1
3
Vcc =
2
3
Vcc -
i ×t2
C
可得三角波的周期: T = t1 + t2 =
2Vcc ×C
3 ×i
故三角波频率为: f =
3 ×i
2Vcc ×C
(2)前置放大电路 前置放大电路采用低噪声、高速
运放的NE5532运算放大器,组成增益可调的同相宽带放
大电路。功放最大不失真输出时,负载上等效正弦波的电
压峰峰值为VP - P ,载波调制的调制波(正弦波)最大峰峰
— 27 —
值为VP - Pm ax ,对应的调制放大增益为AV2 =
VP - P
VP - Pm ax
,运算
放大电路中反馈电阻为R8 ,反相端电阻R7 ,则前置放大器
的增益AV1为:AV1 = 1 +
R8
R7
,通过选取调制波的峰值电压
VP - Pm ax和调整R8 的阻值,可实现整个功率放大单元的电
压增益连续可调。
(3)脉宽调制( PWM)电路 采用高速、精密的比较器
芯片,以音频信号为调制波,频率为f的三角波为载波,两
路信号均加上1 /2Vcc的直流偏置电压,通过比较器进行
比较,得到幅值相同,占空比随音频幅度变化的脉冲信号。
(4)驱动电路 驱动电路由施密特触发器芯片和三
极管组成,两个三极管组成的互补对称式射极跟随器。
PWM信号经过驱动电路后,形成两个前后沿更加陡峭的
倒相脉冲,两脉冲之间有一定的死区时间,防止了桥式驱
动电路出现直通现象。
(5) H型桥式驱动电路 由场效应管组成的功率开
关管和四阶巴特沃兹LC滤波电路组成。T9、T12导通, T10、
T11截止时,负载上的电压降VM AB0 =Vcc; T10、T11导通,
T9、T12截止时,负载上的电压降VAB = - Vcc,因此,负载上
的电压降可达到2倍的电源电压。解调信号放大后经过
LC滤波送到扬声器。
(6)短路保护电路 短路(或过流)保护电路采用0. 1
过流取样电阻与扬声器串联方式, 0. 1电阻上的取样电压
经过由NE5532组成的减法放大器进行放大。电压放大
倍数为:
Av =
R19
R17
经放大后的音频信号再通过由D9、C9、R20组成的峰
值检波电路,检出幅度电平,送给电压比较器U7的“ + ”
端,U7的“—”端电平设置为5. 1v,由R22和稳压管D12组
成,比较器接成迟滞比较方式,一旦过载,即可锁定状态。
正常工作时,通过0. 1上的最大电流幅度Im =Vcc /
(R + 0. 1) , 0. 1上的最大压降为0. 1 ×Im ,经放大后输出的
电压幅值为Vim ×AV = 0. 1 ×Im ×AV ,检波后的直流电压
稍小于此值,此时比较器输出低电平, T13截止,继电器J1
不吸合,处于常闭状态,电源Vcc通过常闭触点送给功放。
一旦扬声器两端短路或输入电流过大, 0. 1上电流、电压
增大,经过电压放大、峰值检波后,大于比较器反相端电
压,则比较器翻转为高电平并自锁, T13导通,继电器吸合,
切断功放Vcc电源,功放电路得到保护。R21、C11、D10、D11
组成开机延时电路,防止开机瞬间比较器自锁,关机后C11
上的电压通过D10快速放掉,以保证再开机时C11的起始电
压为零。
讨论
D类放大器工作于开关状态,无信号输入时无电流,
而导通时,没有直流损耗。事实上由于关断时器件尚有微
小漏电流,而导通时器件并没有完全短路,尚有一定的管
压降,故存在较少直流损耗,实际效率在80% - 90% ,是
实用放大器中效率最高的。
参考文献:
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[ 8 ]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选. 1994 - 1999.
[ 9 ]虎永存,现代音响技术, D类放大器的原理和电路, 1998
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[ 10 ]无线电2004合订本第2、3期. 无线电杂志社,人民邮电
出版社.
这个是从付费论文网站上买的,真珍贵的
要做个函数信号发生器,并写一篇论文
函数信号发生器的设计与制作
系别:电子工程系 专业:应用电子技术 届:07届 姓名:李贤春
摘 要
本系统以ICL8038集成块为核心器件,制作一种函数信号发生器,制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路,只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz~30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制。
关键词 ICL8038,波形,原理图,常用接法
一、概述
在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域,经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展,用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比,其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高。
二、方案论证与比较
2.1·系统功能分析
本设计的核心问题是信号的控制问题,其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中,我们综合考虑了以下三种实现方案:
2.2·方案论证
方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度。
方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性,可以很好地选择所需要频率信号,抑制杂散分量,并且避免了量的滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长。而且,由模拟方法合成的正弦波的参数,如幅度、频率 相信都很难控制。
方案三:采用8038单片压控函数发生器,8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压,可以实现数控调节,其振荡范围为0.001Hz~300KHz。
三、系统工作原理与分析
3.1、ICL8038的应用
ICL8038是精密波形产生与压控振荡器,其基本特性为:可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形;改变外接电阻、电容值可改变,输出信号的频率范围可为0.001Hz~300KHz;正弦信号输出失真度为1%;三角波输出的线性度小于0.1%;占空比变化范围为2%~98%;外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比(不对称度);频率的温度稳定度(典型值)为120*10-6(ICL8038ACJD)~250*10-6(ICL8038CCPD);对于电源,单电源(V+):+10~+30V,双电源(+V)(V-):±5V~±15V。图1-2是管脚排列图,图1-2是功能框图。8038采用DIP-14PIN封装,管脚功能如表1-1所示。
3.2、ICL8038内部框图介绍
函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示(图1-1),共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2,且IS1=I,IS2=2I;两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为 和 ,它们的输入电压等于电容两端的电压uC,输出电压分别控制RS触发器的S端和 端;RS触发器的状态输出端Q和 用来控制开关S,实现对电容C的充、放电;充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时,输出三角波,否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载,使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低,以增强带负载能力;三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。
3.3、内部框图工作原理
★当给函数发生器ICL8038合闸通电时,电容C的电压为0V,根据电压比较器的电压传输特性,电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平;因而RS触发器的 ,输出Q=0, ;
★使开关S断开,电流源IS1对电容充电,充电电流为
IS1=I
因充电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性上升。
★当上升为VCC/3时,电压比较器Ⅱ输出为高电平,此时RS触发器的 ,S=0时,Q和 保持原状态不变。
★一直到上升到2VCC/3时,使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平,此时RS触发器的 时,Q=1时, ,导致开关S闭合,电容C开始放电,放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流,所以,电容上电压uC随时间的增长而线性下降。
起初,uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平,但 ,其输出不变。
★一直到uC下降到VCC/3时,使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平,此时 ,Q=0, ,使得开关S断开,电容C又开始充电,重复上述过程,周而复始,电路产生了自激振荡。
由于充电电流与放电电流数值相等,因而电容上电压为三角波,Q和 为方波,经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。
结论:改变电容充放电电流,可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是,当输出不是方波时,输出也得不到正弦波了。
3.4、方案电路工作原理(见图1-7)
当外接电容C可由两个恒流源充电和放电,电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压(指+Vcc、-VEE)的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节,但必须I2>I1。当触发器的输出为低电平时,恒流源I2断开,恒流源I1给C充电,它的两端电压UC随时间线性上升,当达到电源电压的确2/3时,电压比较器I的输出电压发生跳变,使触发器输出由低电平变为高电平,恒流源I2接通,由于I2>I1(设 I2=2I1),I2将加到C上进行反充电,相当于C由一个净电流I放电,C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时,电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变,使触发器输出为方波,经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC,上升与下降时间相等(呈三角形),经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络(正弦波变换器)而得以实现,在这个非线性网络中,当三角波的两端变为平滑的正弦波,从2脚输出。
其中K1为输出频段选择波段开关,K2为输出信号选择开关,电位器W1为输出频率细调电位器,电位器W2调节方波占空比,电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。
图1-1
3.5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示。
图1-4
3.6、常用接法
如图(1-2)所示为ICL8038的引脚图,其中引脚8为频率调节(简称为调频)电压输入端,电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压,数值是引脚7与电源+VCC之差,它可作为引脚8的输入电压。
如图(1-5)所示为ICL8038最常见的两种基本接法,矩形波输出端为集电极开路形式,需外接电阻RL至+VCC。在图(a)所示电路中,RA和RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中,通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。
图1-5
当RA=RB时,各输出端的波形如下图(a)所示,矩形波的占空比为50%,因而为方波。当RA≠RB时,矩形波不再是方波,引脚2输出也就不再是正弦波了,图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为
故RA<2RB。
为了进一步减小正弦波的失真度,可采用如图(1-6)所示电路,电阻20K与电位器RW2用来确定8脚的直流电压V8,通常取V8≥2/3Vcc。V8越高,Ia、Ib越小,输出频率越低,反之亦然。RW2可调节的频率范围为20HZ20~KHZ。V8还可以由7脚提供固定电位,此时输出频率f0仅有Ra、Rb及10脚电容决定,Vcc采用双对电源供电时,输出波形的直流电平为零,采用单对电源供电时,输出波形的直流电平为Vcc/2。两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路,调整它们可使正弦波失真度减小到0.5%。在RA和RB不变的情况下,调整RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率,最高频率与最低频率之差可达1000:1。
3.7、实际线路分析
可在输出增加一块LF35双运放,作为波形放大与阻抗变换,根据所选择的电路元器件值,本电路的输出频率范围约10HZ~20KHZ;幅度调节范围:正弦波为0~12V,三角波为0~20V,方波为0~24V。若要得到更高的频率,还可改变三档电容的值。
图1-6
表 1-1 ISL8038管脚功能
管 脚 符 号 功 能
1,12 SINADJ1,SINADJ2 正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压,
SINADJ2接电阻REXT到V-,用以改善正弦波波形和减小失真。
2 SINOUT 正弦波输出
3 TRIOUT 三角波输出
4,5 DFADJ1,DFADJ2 输出信号重复频率和占空比(或波形不对称度)调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+,DFADJ2端接RB到V+,改变阻值可调节频率和占空比。
6 V+ 正电源
7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压
8 FMIN 调频电压输入端
9 SQOUT 方波输出
10 C 外接电容到V-端,用以调节输出信号的频率与占空比
11 V- 负电源端或地
13,14 NC 空脚
四、制作印刷电路板
首先,按图制作印刷电路板,注意不能有断线和短接,然后,对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。可根据自己的习惯并遵循合理的原则,将面板上的元器件安排好,尽量使连接线长度减少,变压器远离输出端。再通电源进行调试,调整分立元件振荡电路放大元件的工作点,使之处于放大状态,并满足振幅起振条件。仔细检查反馈条件,使之满足正反馈条件,从而满足相位起振条件。
制作完成后,应对整机进行调试。先测量电源支流电压,确保无误后,插上集成快,装好连接线。可以用示波器观察波形发出的相应变化,幅度的大小和频率可以通过示波器读出 。
五、系统测试及误差分析
5.1、测试仪器
双踪示波器 YB4325(20MHz)、万用表。
5.2、测试数据
基本波形的频率测量结果
频率/KHz
正弦波 预置 0.01 0.02 2 20 50 100
实测 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193
方波 预置 0.01 0.02 2 20 50
实测 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038
三角波 预置 0.01 0.02 1 2 20 100
实测 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191
5.3、误差分析及改善措施
正弦波失真。调节R100K电位器RW4,可以将正弦波的失真减小到1%,若要求获得接近0.5%失真度的正弦波时,在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。
输出方波不对称,改变RW3阻值来调节频率与占空比,可获得占空比为50%的方波,电位器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率,调节RW3可使波形对称。
没有振荡。是10脚与11脚短接了,断开就可以了
产生波形失真,有可能是电容管脚太长引起信号干扰,把管脚剪短就可以解决此问题。也有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真,加装上散热片就可以了。
5.4、调试结果分析
输出正弦波不失真频率。由于后级运放上升速率的限制,高频正弦波(f>70KHz)产生失真。输出可实现0.2V步进,峰-峰值扩展至0~26V。
图1-2
图 1−7
六、结论
通过本篇论文的设计,使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解,掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单,调试方便,功能完备。可输出正弦波、方波、三角波,输出波形稳定清晰,信号质量好,精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。
七、参考文献
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高分求毕业论文(太阳能充电控制器)的开题报告!采纳加分! 急急急急急急急急急!
太阳能充电器的设计
摘要:设计了基于LP3947的太阳能充电电路,通过脉宽调制对锂电池充电进行智能控制,从而提高太阳能电池输出功率及锂电池的使用效率,达到延长电池使用寿命和时间的目的。
关键词:太阳能;LP3947;锂电池
1.引言
太阳能作为一种新型的资源越来越多地被人们关注,它所带来的一系列的产业也逐渐成为目前非常具有开发潜力的产业。太阳能光伏发电是太阳能应用的主要产业之一。在我国太阳能资源极其丰富,陆地每年接受的太阳辐射能相当惊人。如果将这些太阳能充分加以利用,不仅有可能节省大量常规能源,而且可以有效地减少常规能源所带来的环境污染。
目前光伏发电在小型电器电路上的运用也逐渐的成熟,随着人们生活中越来越多的离不开手机、mp3、数码相机等一系列的数码产品,它们的充电问题成为了使用者极其关心的问题之一。设计一个利用光伏充电原理的充电器来为这些数码产品进行充电可以在很多方面解决各种问题。太阳能充电器具有携带方便、外型美观时尚,甚至可以在没有电源的情况下为手机等一系列的数码产品进行充电。
2.太阳能电池板种类及工作原理
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置,目前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池,其基本原料为以半导体.当P-N 结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子,即引起光伏效应,产生一与P-N 结内建电场方向相反的光生电场,其方向由P 区指向N区.此电场使势垒降低,其减小量即为光生电势差,P 端正,N 端负,由此生产的结电流由P 区流向N 区,形成单向导电,发挥出与电池一样的功能。
由于太阳电池板输出电压不稳定,故增加了稳压电路,通过稳压电路、充电电路为负载电池充电,同时还可以为内部蓄电池充电以备应急之用;光照条件较差时,太阳电池板输出电压较低,达不到充电电路的工作电压,因此增加了升压、稳压电路,以便为充电电路提供较稳定的工作电压.阴天、夜间等光照条件极差的情况下,可利用系统内部的蓄电池,通过升压电路为后续设备充电。另外,充电器还设计有照明灯,当夜间光线较暗时,通过蓄电池为照明灯供电,可供应急使用。
3.充电器设计
3.1电池充电原理
锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命,图3为锂电池的充电曲线,共分三个阶段:预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。以800 mAh 容量的电池为例,其终止充电电压为4.2V。用1/10C(约80 mA)的电池进行恒流预充,当电池端电压达到低压门限V(min)后,以800 mA(充电率为1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近4.2 V 时,改成4.2V恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约80 mA)时,认为接近充满,可以终止充电。
手机电池充电曲线
3.2充电器设计思想
太阳能手机充电控制电路的设计思想,从手机锂离子二次电池的恒流/恒压充电控制出发,同时配有锂离子蓄电池.当在户外无220V 交流电时,采用太阳能对手机锂离子直接充电,同时对锂离子蓄电池充电;当阴雨天天气或夜晚等阳光不足时,采用配置的锂离子蓄电池对手机锂离子充电,以保证任何情况下不间断.即:系统的设计以太阳能充电为主,在有足够的阳光且蓄电池又有足够供电能力的情况下,系统能够以太阳能充电为主给手机充电,蓄电池给手机补电;在无阳光或阳光弱时,以蓄电池充电为主给手机充电,太阳能为手机补电。
3.3充电控制电路设计
3.3.1升压电路设计
由于在不同的时间、地点太阳光照强度不同,太阳电池板输出电能不稳定,需加人相应的升压、稳压等控制环节。直流升压就是将电池提供的较低的直流电压提升到需要的电压值。
3.3.2稳压电路设计
稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核心,它属于串联稳压电路,其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护环节等组成,此外还有过热和过压保护电路,因此,其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。而且三端集成稳压器设置的启动电路,在稳压电源启动后处于正常状态下,启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系,这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路,保持输出电压的稳定。
3.3.3充电电路设计
锂电池以体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多(寿命长)等优点,广泛地被使用在许多数码产品中。但锂电池对使用条件要求较严格,如充电控制要求精度高,对
过充电的承受能力差等。因此,为了保护锂电他,该充电电路包括电池充电控制电路与电池电量检测控制电路两部分。电池充电控制电路,用来控制升压或稳压电路对锉电池进行充电,同时也是锂电池
的充电电路。电池电量检测电路,用以检测充电电量的多少,当电池充满电时,充满指示灯亮,逻辑电路控制充电电路断开,停止充电。
4结束语
随着现代的科技发展电子产品几乎可以普及,但电子产品的电池却一直困扰这我们。我着次的研究的目的不是让电池的容量增大,而是把太阳能充电器安装在电子产品表面上这样就可以大量增加电池的使用时间。
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