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1、G通信電子線路電子教案CH3解析1作用:作用:放大各種無(wú)線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)(微弱),放大各種無(wú)線電設(shè)備中的高頻小信號(hào)(微弱),通常是窄帶放大器,以各種選頻電路作負(fù)載(并聯(lián)、耦通常是窄帶放大器,以各種選頻電路作負(fù)載(并聯(lián)、耦合諧振回路等),所以還具有選頻或?yàn)V波作用。合諧振回路等),所以還具有選頻或?yàn)V波作用。組成:組成:放大器件放大器件+負(fù)載回路(非線性電阻)負(fù)載回路(非線性電阻)要求:要求:(1)增益要高)增益要高 (2)選擇性要好)選擇性要好 (3)工作要穩(wěn)定可靠)工作要穩(wěn)定可靠 (4)噪聲要小)噪聲要小 另外,由于小信號(hào)諧振放大器放大的信號(hào)幅度很小,另外,由于小信號(hào)諧振放大器放大的信號(hào)幅

2、度很小,電路中用于放大的器件工作在線性范圍,因而它們電路中用于放大的器件工作在線性范圍,因而它們屬于線屬于線性放大器性放大器,通常,通常采用線性模型的等效電路分析法采用線性模型的等效電路分析法。3.1.1 概述概述3.1 小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器分類(lèi):分類(lèi):調(diào)諧放大器和頻帶放大器,前者的諧振回路調(diào)諧調(diào)諧放大器和頻帶放大器,前者的諧振回路調(diào)諧于輸入有用信號(hào)的頻率;后者諧振頻率為固定值。于輸入有用信號(hào)的頻率;后者諧振頻率為固定值。3.1.2 單調(diào)諧回路諧振放大器電路單調(diào)諧回路諧振放大器電路1、采用分壓式穩(wěn)定偏置采用分壓式穩(wěn)定偏置電路;電路;2、T工作在甲類(lèi)放大狀工作在甲類(lèi)放大狀態(tài);態(tài);3、

3、輸出端采用并聯(lián)諧振輸出端采用并聯(lián)諧振電路,起選頻作用,電路,起選頻作用,T的的集電極采用部分接入,集電極采用部分接入,以提高諧振回路的有載以提高諧振回路的有載Q值;值;4、信號(hào)輸入與輸出為實(shí)信號(hào)輸入與輸出為實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、滿足最大現(xiàn)阻抗匹配、滿足最大功率傳輸均采用變壓器功率傳輸均采用變壓器耦合。耦合。一、電路和工作原理一、電路和工作原理21345CL+_Ui+_Uo+_Ui交流通路交流通路二、主要參數(shù)分析計(jì)算二、主要參數(shù)分析計(jì)算1、放大器的交流小信號(hào)等效等效電路、放大器的交流小信號(hào)等效等效電路n1yfeUi+_g C LUo將將12和和45分別折算到分別折算到13端后的等效電路端后的等效電路yf

4、eUi+_yieUiC23145CoegoegLCL+_UoLY參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路ieieieCjgy oeoeoeCjgy LLLCjgy )和和(忽忽略略reiemfeyCgy )(00222122211345213121回回路路的的損損耗耗為為則則下下圖圖中中:,設(shè)設(shè):LCgggngngCCCnCnCNNnNNnLoeLoe 2、分析計(jì)算、分析計(jì)算(1)電壓增益(電壓放大倍數(shù))電壓增益(電壓放大倍數(shù)) gynnUUAfeiuo210當(dāng)輸出回路諧振時(shí),當(dāng)輸出回路諧振時(shí), =0,即為純電導(dǎo)。因此,諧振時(shí)電壓即為純電導(dǎo)。因此,諧振時(shí)電壓增益增益Auo為:為:)1()1(2121 jgUy

5、nnUnUjgUynZIUifeooifeo n1yfeUi+_g C LUo將將12和和45分別折算到分別折算到13端后的等效電路端后的等效電路(2)功率增益(諧振時(shí)功率放大倍數(shù))功率增益(諧振時(shí)功率放大倍數(shù))LifeLooieiiioPogUgynngUPgUPPPA22122)(,其其中中定定義義: ieLuoieLfeioPoggAgggynnPPA 2221)(a、失配損耗:如果負(fù)載失配導(dǎo)、失配損耗:如果負(fù)載失配導(dǎo)致輸出功率減小引起的功率損致輸出功率減小引起的功率損耗。此時(shí),耗。此時(shí), 若諧振回路理想、無(wú)損若諧振回路理想、無(wú)損耗,則耗,則go=0,當(dāng),當(dāng)輸出端匹配輸出端匹配時(shí)時(shí)n12

6、goe=n22gL,輸出功率最,輸出功率最大,功率增益最大,記為大,功率增益最大,記為APomax:ieoefeiOPoggyPPA42maxmax b、插入損耗:由于諧振回路的接入而引起功率增益下降,稱(chēng)、插入損耗:由于諧振回路的接入而引起功率增益下降,稱(chēng)為諧振回路的插入損耗為諧振回路的插入損耗(1Qe/Q)2 。這樣任意態(tài)下的。這樣任意態(tài)下的功率增益表述為下式:功率增益表述為下式: 22max)1()1(4QQPPAAePoPo 功率損耗。功率損耗。下降的程度,稱(chēng)為失配下降的程度,稱(chēng)為失配反映了失配時(shí)功率增益反映了失配時(shí)功率增益,稱(chēng)為失配系數(shù),稱(chēng)為失配系數(shù)其中其中221222max)1(4)

7、1(4PPgngnPPPAAoeLPoPo (3)選擇性和通頻帶)選擇性和通頻帶選擇性選擇性S:任意頻率時(shí)的放大倍數(shù)與諧振時(shí)放大倍數(shù)之比定義:任意頻率時(shí)的放大倍數(shù)與諧振時(shí)放大倍數(shù)之比定義 為放大器的選擇性。為放大器的選擇性。 eeouuQfBWSffQAAS07.0202707.0)2(1111 時(shí)時(shí), (4)矩形系數(shù))矩形系數(shù)矩形系數(shù)矩形系數(shù)K:放大器電壓增益下降至諧振時(shí):放大器電壓增益下降至諧振時(shí)增益的增益的0.1倍(或倍(或0.01倍)時(shí),相應(yīng)的通頻帶倍)時(shí),相應(yīng)的通頻帶放大器通頻帶之比放大器通頻帶之比 ,即,即 95.91101101.01.0)(27.01.01.0027.001.0

8、01.07.01.01.0 BWBWKQfBWSBWBWKBWBWKe,則則令令理想和實(shí)際的選頻曲線理想和實(shí)際的選頻曲線BW0.7BW0.10f0.707AuAu010.1K越接近于越接近于1,選頻特性選頻特性 約好約好!例例31:?jiǎn)握{(diào)諧回路放大器如圖所示。:?jiǎn)握{(diào)諧回路放大器如圖所示。設(shè)負(fù)載是與該放大器完全相同的下一設(shè)負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級(jí)放大器,級(jí)放大器,BJT的參數(shù)為:的參數(shù)為:gie103S,goe=1.110-4S,| |yfe| |0.08S,Cie=25pF,Coe=6pF,N12=16圈,圈,N1320圈,圈, N454圈,圈, L13=,C=12pF,Q0=100。求

9、:求:f0,Aou,BW解:解:2 . 08 . 01345213121,接接入入系系數(shù)數(shù):NNnNNn 1、負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級(jí)放大器,所以、負(fù)載是與該放大器完全相同的下一級(jí)放大器,所以gL=gie,CL=CieMHzCLfpFCCnCnCLoe4 .3121171302221 SggngngSLQggynnALoefeou402221000211048. 1341852回回路路總總電電導(dǎo)導(dǎo):回回路路空空載載時(shí)時(shí)的的電電導(dǎo)導(dǎo)為為:倍倍、 MHzQfBWQggQLgQLgQeee37.12311307 .0000000 ,、3.1.3 單調(diào)諧放大器的級(jí)連單調(diào)諧放大器的級(jí)連目的目的:

10、提高增益(各級(jí)增益相乘);改善頻率選擇性。:提高增益(各級(jí)增益相乘);改善頻率選擇性。一、同步調(diào)諧多級(jí)放大器(單級(jí)級(jí)連構(gòu)成)一、同步調(diào)諧多級(jí)放大器(單級(jí)級(jí)連構(gòu)成)電壓放大倍數(shù):電壓放大倍數(shù):Au=Au1Au2Aun Au1n (每一級(jí)都相同)(每一級(jí)都相同)級(jí)數(shù)n123Bn/B11.00.640.51K0.19.954.663.7412110011001 . 01111 . 0)(7 . 01 . 0 nnnKBWBWS得得:,得得:取取單單級(jí)級(jí)矩形系數(shù):矩形系數(shù):選擇性和通頻帶:選擇性和通頻帶:頻帶越窄。頻帶越窄??梢钥闯黾?jí)數(shù)越多,通可以看出級(jí)數(shù)越多,通,單級(jí)單級(jí)12)()(12)(7 .0

11、1100 nBWBWAAAASnnnuuuu 二、參差調(diào)諧放大器二、參差調(diào)諧放大器 將將若干個(gè)單級(jí)諧振放大器級(jí)連若干個(gè)單級(jí)諧振放大器級(jí)連,但每個(gè)諧振但每個(gè)諧振放大器的調(diào)諧頻率不同,稱(chēng)為參差調(diào)諧放大器。放大器的調(diào)諧頻率不同,稱(chēng)為參差調(diào)諧放大器。參差調(diào)諧放大器可以增加帶寬,同時(shí)又得到邊沿參差調(diào)諧放大器可以增加帶寬,同時(shí)又得到邊沿較陡峭的頻率特性。因此,它用于寬帶和高選擇較陡峭的頻率特性。因此,它用于寬帶和高選擇性的場(chǎng)合。性的場(chǎng)合。fofo1fo2f|K| fs fs雙參差參差fofo1fo2f|K|三參差參差合成曲線更接近于矩形合成曲線更接近于矩形3.1.4 雙調(diào)諧放大器(通頻帶寬,選擇性好)雙調(diào)

12、諧放大器(通頻帶寬,選擇性好)臨界耦合狀態(tài)臨界耦合狀態(tài)(=1)時(shí)的最大電壓放大倍數(shù)為:時(shí)的最大電壓放大倍數(shù)為:級(jí)數(shù)n1234B1/B21.00.80.710.66K0.13.152.161.91. 8電路較復(fù)雜;調(diào)整比較困難。電路較復(fù)雜;調(diào)整比較困難。efeuQfBWSBWSgynnA07.047.021max02,42:2 和和3.1.5 集成電路調(diào)諧放大器集成電路調(diào)諧放大器使用集成寬帶放大器或?qū)S酶哳l集成放大器構(gòu)筑調(diào)諧放大器使用集成寬帶放大器或?qū)S酶哳l集成放大器構(gòu)筑調(diào)諧放大器實(shí)現(xiàn)的方案為實(shí)現(xiàn)的方案為:1、寬帶放大器、寬帶放大器+集中選頻濾波器集中選頻濾波器2、前置放大器、前置放大器+集中選

13、頻濾波器集中選頻濾波器+寬帶放大器寬帶放大器寬帶放大器寬帶放大器集中濾波器集中濾波器集集 中中濾波器濾波器前前 置置放大器放大器寬寬 帶帶放大器放大器VT1VT2VT31026413121198754E307uiuo+6V-6V+_11025784612111、集成射頻、集成射頻/中頻放大器中頻放大器4E307 4E307的內(nèi)部原理電路和引腳如下左圖所示。在使用時(shí)將的內(nèi)部原理電路和引腳如下左圖所示。在使用時(shí)將與與、與與短路連接,短路連接,與與之間接,就構(gòu)成了一個(gè)典型的之間接,就構(gòu)成了一個(gè)典型的恒流源差動(dòng)放大電路。恒流源差動(dòng)放大電路。和和之間可以加接電阻,增大反饋,之間可以加接電阻,增大反饋,減

14、小靜態(tài)功耗。該芯片的供電電壓為減小靜態(tài)功耗。該芯片的供電電壓為8V,單端輸出時(shí),單端輸出時(shí),VT1和和VT2的特征頻率的特征頻率300600MHz。右圖是芯片的典型應(yīng)用電路。右圖是芯片的典型應(yīng)用電路。 +12VXG1590UoRL=50 uAGC39PF110pF26T2UsRs=50 T115514433887762XG159024pF110pF110pF10 H10 H10k 51k 0.002 F0.002 F0.002 F2、兩級(jí)、兩級(jí)60MHz中頻放大器中頻放大器 XG1590是通用型高頻線性集成放大器芯片,帶有自動(dòng)增益控是通用型高頻線性集成放大器芯片,帶有自動(dòng)增益控制功能。當(dāng)芯片調(diào)

15、諧在制功能。當(dāng)芯片調(diào)諧在60MHz工作時(shí),功率增益為工作時(shí),功率增益為45dB,非調(diào)諧工,非調(diào)諧工作時(shí)作時(shí)BW=10MHz,當(dāng)自動(dòng)增益控制電壓,當(dāng)自動(dòng)增益控制電壓UAGC=57V時(shí),控制范圍達(dá)時(shí),控制范圍達(dá)60dB,芯片采用單電源供電,最大電源電壓,芯片采用單電源供電,最大電源電壓18V。 該電路是應(yīng)用于某雷達(dá)系統(tǒng)的中頻放大器,整個(gè)電路的功率該電路是應(yīng)用于某雷達(dá)系統(tǒng)的中頻放大器,整個(gè)電路的功率增益約為增益約為80dBMHz。 A703uoRL=50 +12V0.001 F200pF40pF1745pF35784T2745pFusRs=50 T13、30MHz射頻放大器射頻放大器 高頻集成放大器

16、高頻集成放大器 A703組成的組成的30MHz射頻放大器,電源電壓射頻放大器,電源電壓為為12V,消耗功率,消耗功率110mW。變壓器。變壓器T1初級(jí)匝數(shù)為初級(jí)匝數(shù)為10圈,次級(jí)匝圈,次級(jí)匝數(shù)為數(shù)為10圈;圈;T2初級(jí)匝數(shù)為初級(jí)匝數(shù)為12圈,次級(jí)匝數(shù)為圈,次級(jí)匝數(shù)為1圈,線徑為圈,線徑為#22,磁芯是磁芯是T4410型。該電路主要特性指標(biāo)為:電壓增益型。該電路主要特性指標(biāo)為:電壓增益35dB,功率增益功率增益37dB,帶寬,帶寬1MHz,噪聲系數(shù),噪聲系數(shù)6dB。 Auyre增大增大自激自激yre=0ff0yfe對(duì)放大器幅頻特性的影響對(duì)放大器幅頻特性的影響3.2 小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性小信號(hào)

17、調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性 在前面對(duì)小信號(hào)諧振放大器的分在前面對(duì)小信號(hào)諧振放大器的分析中把三極管當(dāng)成單向化器件對(duì)待析中把三極管當(dāng)成單向化器件對(duì)待, ,但是但是實(shí)際上三極管的高頻小信號(hào)模型實(shí)際上三極管的高頻小信號(hào)模型是雙向傳輸?shù)氖请p向傳輸?shù)摹?yre的影響將在小信號(hào)諧振放大器的影響將在小信號(hào)諧振放大器中產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題:中產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題:其一其一是影響小信號(hào)諧振放大器的諧振是影響小信號(hào)諧振放大器的諧振頻率,特別是當(dāng)輸入端也接有諧振回頻率,特別是當(dāng)輸入端也接有諧振回路時(shí),路時(shí), yre中的電容成分會(huì)引起放大中的電容成分會(huì)引起放大器的頻率特性發(fā)生明顯的畸變,使得器的頻率特性發(fā)生明顯的畸變,使得多級(jí)調(diào)諧放大器調(diào)整變

18、得很困難。多級(jí)調(diào)諧放大器調(diào)整變得很困難。其二其二是是yre中的電導(dǎo)成分會(huì)引起放大器中的電導(dǎo)成分會(huì)引起放大器自激,使放大器不穩(wěn)定。自激,使放大器不穩(wěn)定。 3.2.1 諧振放大器的輸入導(dǎo)納諧振放大器的輸入導(dǎo)納Yi及穩(wěn)定性分析及穩(wěn)定性分析ceb2Uyre1Uyfeyoeyie1I2I+_1U+_2UysyLsIyi稱(chēng)稱(chēng)反反饋饋導(dǎo)導(dǎo)納納。引引起起的的,是是由由三三極極管管內(nèi)內(nèi)部部參參數(shù)數(shù)由由圖圖可可知知:reFFieLoefereiereiereieiyyyyyyyyyUUyyUUyyUUIy 1212111一、一、 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納當(dāng)當(dāng)o時(shí),時(shí), yL為純電導(dǎo);當(dāng)為純電導(dǎo);當(dāng)o時(shí),時(shí), yL呈容性。

19、因此,呈容性。因此,gF隨頻率的變化可正可負(fù),隨頻率的變化可正可負(fù),若若gF0,gi增大,當(dāng)增大,當(dāng) 一定時(shí),一定時(shí), 減小,為負(fù)反饋,減小,為負(fù)反饋, 電路穩(wěn)定工作;電路穩(wěn)定工作;若若gF0,gi減小,當(dāng)減小,當(dāng) 一定時(shí),一定時(shí), 增大,為正反饋,當(dāng)增大,為正反饋,當(dāng)gF +gie+ gs00g g g ,g g g)21(,sieFsieF000 穩(wěn)穩(wěn)定定工工作作時(shí)時(shí)必必須須滿滿足足:輸輸入入端端總總電電導(dǎo)導(dǎo)為為忽忽略略時(shí)時(shí):在在諧諧振振頻頻率率點(diǎn)點(diǎn)FFLLmLoefereFrebbmfejbgQjggCjyyyyyCjyrgy 3.2.2 提高放大器穩(wěn)定性的方法提高放大器穩(wěn)定性的方法(1

20、)選擇高頻性能好的三極管。)選擇高頻性能好的三極管。 通常通常Cb c (即即C )越小越好。越小越好。(2)中和法。)中和法。在晶體管外部接一個(gè)中和電在晶體管外部接一個(gè)中和電容容CN來(lái)抵消內(nèi)部反饋有害的影響。來(lái)抵消內(nèi)部反饋有害的影響。N1N2iUCb cCN1I2I如果中和電路使如果中和電路使 和和 相等,此時(shí),正反饋相等,此時(shí),正反饋的影響被抵消。起到的影響被抵消。起到使放大器穩(wěn)定工作的使放大器穩(wěn)定工作的作用。作用。2I1I組合放大電路:組合放大電路:采用共射采用共射共基級(jí)聯(lián)電路共基級(jí)聯(lián)電路V1V2 VT2管的管的Cbc不構(gòu)成正反饋,而不構(gòu)成正反饋,而VT1管由于管由于負(fù)載阻抗很小,導(dǎo)致該

21、級(jí)增益很低,負(fù)載阻抗很小,導(dǎo)致該級(jí)增益很低,VT1和和VT2之間處于嚴(yán)重失配狀態(tài),也不會(huì)構(gòu)成自激振蕩。之間處于嚴(yán)重失配狀態(tài),也不會(huì)構(gòu)成自激振蕩。(3)失配法。)失配法。 是一種通過(guò)適當(dāng)降低放大器的增益,提高放大器的穩(wěn)定是一種通過(guò)適當(dāng)降低放大器的增益,提高放大器的穩(wěn)定性的方法。性的方法。3.3 集成寬帶放大器集成寬帶放大器 寬帶放大器是一種線性放大器,屬于模擬集成電路的范寬帶放大器是一種線性放大器,屬于模擬集成電路的范疇,與模擬電子線路課程中的運(yùn)算放大器沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。疇,與模擬電子線路課程中的運(yùn)算放大器沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。但是,隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,對(duì)寬頻帶放大器頻帶寬度但是,隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的

22、發(fā)展,對(duì)寬頻帶放大器頻帶寬度的要求越來(lái)越高,從低頻段的要求越來(lái)越高,從低頻段0Hz直流開(kāi)始,一直延伸到幾百直流開(kāi)始,一直延伸到幾百M(fèi)Hz甚至甚至GHz,如此寬的頻帶范圍,對(duì)集成電路的制造提,如此寬的頻帶范圍,對(duì)集成電路的制造提出了很高的要求,而且在集成芯片的使用上,有時(shí)還要增加出了很高的要求,而且在集成芯片的使用上,有時(shí)還要增加許多用于展寬頻帶的電抗補(bǔ)償電路。許多用于展寬頻帶的電抗補(bǔ)償電路。 F733是通用型的集成寬帶放大器,國(guó)外同類(lèi)型號(hào)為是通用型的集成寬帶放大器,國(guó)外同類(lèi)型號(hào)為L(zhǎng)M733、A733,其封裝形式和主要功能相同。該芯片在,其封裝形式和主要功能相同。該芯片在沒(méi)有外接頻率補(bǔ)償?shù)臈l件下

23、,能夠放大沒(méi)有外接頻率補(bǔ)償?shù)臈l件下,能夠放大0Hz120MHz的電的電壓信號(hào),改變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)端壓信號(hào),改變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)端G1、G2的連接方式,可以提供的連接方式,可以提供10、100、400三種增益供選用。輸入與輸出可以采用單端方式,三種增益供選用。輸入與輸出可以采用單端方式,也可以采用雙端(平衡)方式。也可以采用雙端(平衡)方式。 F733的內(nèi)部原理電路如圖所示。電路由差動(dòng)輸入級(jí)的內(nèi)部原理電路如圖所示。電路由差動(dòng)輸入級(jí)VT1、VT2,中間差動(dòng)放大級(jí)中間差動(dòng)放大級(jí)VT3、VT4,輸出差動(dòng)級(jí),輸出差動(dòng)級(jí)VT5、VT6和偏置電流源共四和偏置電流源共四部分組成,三級(jí)放大器均采用差動(dòng)放大電路,其中輸入級(jí)部分

24、組成,三級(jí)放大器均采用差動(dòng)放大電路,其中輸入級(jí)R3R6四個(gè)四個(gè)電阻用來(lái)調(diào)節(jié)增益,當(dāng)電阻用來(lái)調(diào)節(jié)增益,當(dāng)腳短路時(shí),電壓增益為腳短路時(shí),電壓增益為300500;斷開(kāi),斷開(kāi),短路時(shí),電壓增益為短路時(shí),電壓增益為90110;四個(gè)管腳均開(kāi)四個(gè)管腳均開(kāi)路時(shí),電阻全部參與反饋,電壓增益為路時(shí),電阻全部參與反饋,電壓增益為911。R5VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VT9VT10VT1150 50 590 590 R3R45R69104312876 由兩片寬帶集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的高增益低噪聲弱信號(hào)放大由兩片寬帶集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的高增益低噪聲弱信號(hào)放大電路如圖所示,圖中電路如圖所示,圖中C2、C3、C4是高頻補(bǔ)償電容,必須經(jīng)過(guò)仔是高頻補(bǔ)償電容,必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的調(diào)整,以保證通頻帶內(nèi)增益平坦的程度和上限頻率。細(xì)的調(diào)整,以保證通頻帶內(nèi)增益平坦的程度和上限頻率。L1 H,它對(duì)下限頻率有一定的補(bǔ)償作用。輸出信號(hào)取自于它對(duì)下限頻率有一定的補(bǔ)償作用。輸出信號(hào)取自于CX2501B的的腳,也可以從腳,也可以從腳輸出,此時(shí)需要在腳輸出,此時(shí)需要在和和腳之間接一個(gè)腳之間接一個(gè)1822 H的電感。該電路的主要技術(shù)指標(biāo)是:電壓增益;帶寬為的電感。該電路的主要技術(shù)指標(biāo)是:電壓增益;帶寬為0.580MHz;輸出噪聲幅度;輸出噪聲幅度20m

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