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EL DIODO SCHOTTKYDiodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán Walter H. Schottky,

es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones umbral.

El diodo Schottky está constituido por una unión metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor N utilizada por los diodos normales.

Así se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles) desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho más rápida.

A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V empleándose, por ejemplo, como protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido.

Los diodos Schottky. Son dispositivos que tienen una caída de voltaje directa (VF) muy pequeña, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben también el nombre de diodos de recuperación rápida (Fast recovery) o de portadores calientes.

La principal aplicación de este tipo de diodos, se realiza en fuentes de baja tensión, en las cuales las caídas en los rectificadores son significativas.

(Diodo Schottky construido a través de la técnica de CIs.)

Curva característica de un diodo SCHOTTKY

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LOS DIODOS VARACTORES

Son diodos de silicio perfeccionados para operar con capacitancia variable, que se utilizan como sintonizadores en sistemas de comunicaciones, especialmente en FM.

A máxima capacitancia del varactor se presenta con voltajes de polarización cero, cuando la capa de agotamiento es más delgada. Cuanto más alto es el voltaje inverso aplicado, más estrecha es la capa de agotamiento y por lo tanto, la capacitancia disminuye. Estos diodos también reciben el nombre de diodos Varicap (diodo con capacitancia-voltaje variable) o sintonizadores

El símbolo del diodo varactor se muestra abajo con una representación del diagrama.

Cuando un voltaje inverso es aplicado a la junción PN, los agujeros en la región P se atraen a la terminal del ánodo y los electrones en la región N se atraen a la terminal del cátodo, creando una región de poca corriente. Esta es la región de agotamiento, son esencialmente desprovistos de portadores y se comportan como el dieléctrico de un condensador.

La región de agotamiento aumenta mientras que el voltaje inverso aplicado a él aumenta; y puesto que la capacitancia varía inversamente con el espesor dieléctrico, la capacitancia de la juntura disminuirá cuando el voltaje aplicado a la juntura PN aumenta. En la gráfica, se observa la variación de la capacidad con respecto al voltaje.

Las consideraciones importantes del varactor son:+ Valor de la capacitancia.+ Voltaje.+ Variación en capacitancia En la gráfica se puede observar el aumento no lineal en la capacitancia cuando se disminuye el voltaje inverso. Esta no linealidad, permite que el varactor sea utilizado también como generador armónico.Con voltaje.+ Voltaje de funcionamiento máximo.

+ Corriente de la salida

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La capacitancia de transición (CT) establecida por la región sin carga se determina mediante:

Donde:E: Es la permitibilidad de los materiales semiconductores.A: Es el área de la unión P-N. Wd: El ancho de la región de agotamiento.

Conforme aumenta el potencial de polarización inversa, se incrementa el ancho de la región de agotamiento, lo que a su vez reduce la capacitancia de transición. El pico inicial declina en CT con el aumento de la polarización inversa. El intervalo normal de VR para diodos varicap se limita aproximadamente 20V. En términos de la polarización inversa aplicada, la capacitancia de transición se determina en forma aproximada mediante:

CT= KVT +VR

n

Donde:K = constante determinada por el material semiconductor y la técnica de construcción.VT = potencial en la curva según se definió en la sección.VR = magnitud del potencial de polarización inversa aplicado.n = ½ para uniones de aleación y 1/3 para uniones de difusión.

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DIODO DE POTENCIA

Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones: son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

El diodo responde a la ecuación:

La curva característica será la que se puede ver en la parte superior, donde: VRRM: tensión inversa máxima VD: tensión de codo.

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DIODO TUNEL

Este diodo presenta una cualidad curiosa que se pone de manifiesto rápidamente al observar su curva característica, la cual se ve en el gráfico.

En lo que respecta a la corriente en sentido de bloqueo se comporta como un diodo corriente, pero en el sentido de paso ofrece unas variantes según la tensión que se le somete.

La intensidad de la corriente crece con rapidez al principio con muy poco valor de tensión hasta llegar a la cresta (C) desde donde, al recibir mayor tensión, se produce una pérdida de intensidad hasta D que vuelve a elevarse cuando se sobrepasa toda esta zona del valor de la tensión.

Símbolo del Diodo túnel también se conocen como diodos Esaki.

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FOTODIODOS

Son semiconductores construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

El material empleado en la composición de un fotodiodo es un factor crítico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1µm); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 µm ); o de cualquier otro material semiconductor.

MaterialLongitud de onda

(nm.)

Silicio 190–1100

Germanio 800–1700

Indio galio arsénico (InGaAs)

800–2600

sulfuro de plomo <1000-3500

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FOTOTRANSISTORES

Aplicaciones para fototransistores

Conmutadores ópticos (p. e. Barreras de luz) Sensores claro-oscuro Transmisión simple de datos de baja velocidad

El fototransistor es un fotodetector de alta ganancia cuyo pico se presenta en el rango de las regiones roja e infrarroja, su tiempo de respuesta anda en el rango de 5 microsegundos.Su aplicación, tanto en biomedicina como industrial, se ha visto limitada por su inferioridad en respuesta comparado con el fotodiodo, tal parece que la combinación del fotodiodo con un amplificador provee una mejor solución de sistema de detección de luz que el fototransistor.

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OPTOAISLADORES

Los optoaisladores o también conocidos como opto acopladores, son componentes electrónicos que transfieren una señal eléctrica o voltaje de un circuito a otro, en tanto que mantiene el aislamiento eléctrico entre ambos. ¿Cómo es posible esto? Por el acoplamiento óptico, un opto acoplador es un dispositivo que por medio de la luz liga las señales eléctricas de ambos circuitos. Se conoce como opto aislador porque este es uno de sus propósitos fundamentales, una característica que lo diferencia de otros sistemas de acoplamiento óptico es que tanto el emisor de luz como el detector de luz comparten un mismo paquete (empaquetado común). Típicamente consiste de un led infrarrojo, el cual está alineado con un detector de luz semiconductor. Este detector puede ser un Foto diodo, Foto transistor, Foto Darlington, foto SCR, etcétera.

FUNCIONESAlgunos de los objetivos o funciones del opto acoplador son: Aislar un circuito eléctrico de otro, sobre todo cuando tienen diferentes niveles de voltaje. Prevenir el acoplamiento de ruido eléctrico o transitorio de voltaje.

La sección de entrada de un opto acoplador es un LED infrarrojo, está separado del diodo de salida por una delgada y transparente capa de mylar embebida en silicio transparente (un derivado del silicio). El ensamble está sellado en un paquete marcado para designar al pin # 1. El paquete más comúnmente utilizado para los opto acopladores es el DIP (Dual In line Package).

Sección transversal y símbolo de un opto acoplador.

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CELDAS FOTOCONDUCTIVAS

Las celdas fotoconductivas o fotoresistivas están formadas por una delgada película de materiales como selenio, germanio, silicio o sulfatos metálicos. Cuando son expuestos a cierto tipo de energía radiante, exhiben un fenómeno fotoconductivo, decrecimiento es su resistencia. El cambio en resistencia es significativo, de muchos megaohms en la oscuridad a pocos cientos de ohm en plena iluminación.En la mayoría de las celdas fotoconductivas, el incremento en nivel de iluminación es aproximadamente lineal con la conductancia, lo cual es una relación inversa de la resistencia. Estos detectores son extremadamente sensibles y son empleados frecuentemente como interruptores activados por luz o en aplicaciones de colorimetría.

Algunas celdas fotoconductivas son muy sensibles al rango de radiación infrarroja lo que ha hecho que se apliquen en espectroscopia y en misiles dirigidos por rayos u objetivos que emiten este tipo de radiación.El tiempo de respuesta de los transductores fotoconductivas varía con la intensidad de la luz, pero anda en un rango de 0.1 a 30 milisegundos.

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EMISORES INFRARROJOS

Para hacer una breve descripción de lo que es una radiación infrarroja, imagínate la luz del sol, pues esta contiene todas las bandas de colores con las cuales se compone la luz blanca (conocido como espectro de emisión de luz), ahora, en los extremos del espectro se encuentra la radiación infrarroja (IR) y la ultravioleta (UV), ambas son imposibles de ver.

Existen encapsulados que traen incorporado en su interior tanto al emisor como receptor, de todos ellos, el más conocido es el CNY70, que cuenta con 4 pines, dos para el Diodo IR y dos para el fototransistor.

Los infrarrojos no sólo producen el calor más rápido, sino también el calor más apropiado para aplicaciones concretas. Los emisores IR permiten resultados   individualizados y variados para tareas de calentamiento y secado de cualquier tipo de material. Digamos que el uso de IR nos permite tener un "calor a la medida" cosa que a su vez nos asegura una productividad sencilla, segura, y mucho más económica debido a su eficiencia. Un ejemplo especialmente exigente son los procesos en los que se tiene que trabajar al vacío o con altas condiciones de pureza. Otra ventaja fundamental del trabajo con IR es que no requiere ni agua ni aire para poder actuar sobre la superficie a calentar. Además, el calor IR esta libre de fracciones de radiación algo más nocivas tales como los UV o los rayos X.

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APLICACIONES PARA LOS EMISORES INFRARROJOS

Construcción de las lámparas IR, Las lámparas de infrarrojo se construyen con cuarzo fundido transparente el cual no únicamente soporta altas temperaturas sino que además permite el paso de altos niveles de transmisión de infrarrojos. El sello hermético de la lámpara esta formado por una lámina de molibdeno dentro del pellizco de cuarzo. Los filamentos se construyen usando tungsteno impurificado con AKS (aluminio, potasio y silicio)   para impedir la formación de granos a largo plazo y la consiguiente fragilización de la lámpara. Los hilos sobre-bobinados están inter-bobinados a su vez con el filamento diseñados para permitir una estricta tolerancia operativa dentro de la envuelta a fin de reducir los esfuerzos impuestos   por la vibración o la caída de la bobina. Las colas se fabrican con un material que tiene grandes áreas transversales para reducir el calentamiento interno y aumentar la capacidad   de corriente de la región de soldadura. Por último, el reflector de oro de la lámpara incrementa el rendimiento de la radiación y mejora la direccionabilidad.

El secado mediante IR, Para que el secado mediante IR sea realmente eficaz- y por tanto justificable el hecho de emplear IR- lo más importante es que el espectro de emisión de la lámpara sea el adecuado para el tipo de secado y el material a secar. En la técnica IR esto exige que ambas partes establezcan contacto a la misma longitud de onda: el comportamiento de emisión del radiador IR ha de ajustarse de la forma más exacta posible al comportamiento de absorción   del producto a calentar. Cuanto más individual sea el ajuste, más racional y de mayor calidad será el resultado. Es por este motivo que no debemos olvidar que el emisor se puede ajustar en la mediada exacta a las características de radiación necesarias. Los radiadores pueden estar exactamente adaptados, no sólo a un determinado grupo de materiales, sino a un material particular.

En el uso habitual del calor se distinguen dos aspectos básicos. El primero es el calor obtenido por convección, donde el aire es calentado para luego desplazar el aire frío y así secar. Y el segundo es el calor obtenido por conducción, donde la transmisión del calor tiene lugar por contacto directo con un medio caliente tal y como ocurre, por ejemplo, con una plancha. La técnica de los infrarrojos es la única que no requiere el contacto directo ni ningún medio de transmisión como el aire o el agua. El calor IR es transmitido directamente en forma de radiaciones electromagnéticas con un velocidad   aproximada 300.000 km/s, es decir, a la misma velocidad que viaja la luz.

Estas características de las lámparas IR las convierte en herramientas muy útiles no solo para técnicas de secado, sino también en procesos de deshidratación, calentamiento, plastificado, fusión, soldadura, maleabilización, estiramiento, estampación, cocción, etc. La lista de materiales sobre los cuales se ha trabajado también es muy amplia: lacas, masillas, tintas, esmaltes, colas, papel, textiles, plásticos, pieles, etc.

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INDICADORES DE CRISTALL LÍQUIDO

Indicador numérico electro-óptico fabricado con cristales líquidos.

INTRODUCCION

Los cristales líquidos fueron descubiertos hace más de cien años (1888) por el botánico austriaco F. Reinitzer, quien encontró que algunos compuestos orgánicos derivados del colesterol parecían tener dos puntos de fusión. Más específicamente, observó que al calentar los cristales de estas sustancias a 145° C, el sólido se transformaba en un líquido turbio; pero éste a su vez, se convertía en un líquido totalmente claro y transparente precisamente a 179° C. Reinitzer también realizó el proceso inverso y enfrió el líquido transparente observando que exactamente a las mismas temperaturas anteriores ocurrían las transformaciones opuestas. Como además los cambios observados iban acompañados de absorción o emisión de calor, dependiendo de si la temperatura aumentaba o disminuía y, asimismo, como el volumen del sistema cambiaba en forma abrupta, Reinitzer concluyó que la sustancia en realidad exhibía dos cambios o transiciones de fase sucesivas. Al poco tiempo de estas primeras observaciones (1889), el cristalógrafo alemán F. Lehmann descubrió que el líquido turbio intermedio entre los cristales y el líquido transparente poseía propiedades ópticas y una estructura molecular muy parecida a la de un cristal sólido, y acuñó el nombre de cristal líquido. Aun sin darse plena cuenta, lo que en realidad habían descubierto era un nuevo estado de la materia: las fases intermedias o mesofases.

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CELDAS SOLARES

La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto

fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo

semiconductor de dos capas produce una diferencia del fotovoltaje o

del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una

corriente a través de un circuito externo de modo de producir

trabajo útil.

Orígenes De Las Celdas Solares

El efecto fue observado primero en un material sólido (el metal selenio) en 1877. Este

material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades

muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científicos, fue

provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que

celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que convertía

el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapín,

Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados

tales como satélites orbitales a partir de 1958.

Cómo Funcionan Las Celdas Solares

Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y

silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el

campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros")

de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se

mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n.

Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden

recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de

energía potencial interno. Por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corriente a

partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del

circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

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Efecto fotovoltaico en una célula

solar

La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico está determinado por:

El tipo y el área del material

La intensidad de la luz del sol

La longitud de onda de la luz del sol

Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más

el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del

espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar las cargas positivas

y negativas en el material.

Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del

20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a

pérdidas de energía internas más altas que las del silicio monocristalino.

Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energía de salida también será disminuida a la mitad).

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TERMISTORES

Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura, su nombre proviene de Thermally sensitive resistor (Resistor sensible a la temperatura en inglés). Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.

Los termistores, o resistores térmicos, son dispositivos semiconductores que se comportan como resistencias con un coeficiente de temperatura de resistencia alto y, generalmente negativo. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1ºC que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisión la temperatura. El uso de termistores está muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango más bajo de temperatura de -100ºC a 300ºC.

Los termistores se componen de una mezcla sintética de óxidos de metales, como manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Su rango de resistencia va de 0.5 ohms. a 75 ohms y están disponibles en una amplia gama de formas y tamaños. Los más pequeños son cuentas con un diámetro de 0.15 mm a 1.25 mm. Las cuentas se pueden colocar dentro de una barra de vidrio para formar sondas que son más fáciles de montar que las cuentas. Se hacen disco y arandelas presionando el material termistor en condiciones de alta presión en formas cilíndrica y plana con diámetros de 2.5 mm a 25 mm. Las arandelas se pueden apilar y conectar en serie o paralelo con el fin de incrementar la disipación de potencia.  

Tres características importantes del termistor lo hacen extremadamente útil en aplicaciones de medición y control:  

1.- Resistencia-temperatura Las características resistencia--temperatura de la figura muestra que un termistor tiene coeficiente de temperatura de resistencia muy elevado y negativo, lo cual lo convierte en un TRANSDUCTOR DE TEMPERATURA IDEAL.

2.- Voltaje-corriente   En la característica voltaje-corriente de la figura se observa que la caída de voltaje a través de un termistor aumenta con el incremento de corriente hasta que alcanza un valor pico, más allá del cual la caída de voltaje decrece con el incremento de corriente.

3.- Corriente-tiempo El Constantino es una aleación de 55% de cobre y 45% de níquel. Cromel= Aleación de Cromo y Níquel.  Alumel =Aleación de aluminio, manganeso y níquel.

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TERMISTORES NTC

(Negativa Temperatura Coeficiente) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura, es decir se calienta extremadamente. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativa, constituidas por un cuerpo semiconductor. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:

A y B son constantes que dependen del termistor.

La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un carácter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R * I2) será demasiado pequeño para registrar incrementos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica, la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm.

Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico. Ahora nos encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión corresponden aumentos de intensidad.

TERMISTORES PTC

(Positiva Temperatura Coeficiente) es una resistencia variable cuyo valor va aumentando a medida que se incrementa la temperatura.

Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación.

El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.

Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un determinado margen de temperaturas.

Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la ley de Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el termistor PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutación. La característica I/V depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha temperatura ambiente.

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