Vumetro Transistorizado

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN PERÍODO ACADÉMICO: MARZO – SEPTIEMBRE/2017 SEPTIEMBRE/2017

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas Electr!nica e Industrial "#r$%ect$ Acad&mic$ de Fin de Semestre' Títul$( Carrera( )rea Acad&mica( *ínea de In+estigaci!n( Cicl$ Acad&mic$ % #aralel$( Alumn$s ,artici,antes( M!dul$ % D$cente( I-

Vúmetro Transistorizado Ingeniería Industrial en procesos de Automatización Electrónica Automatización Cuarto “A” Castro Diego Tarira Lesly Electrónica Industrial !sica Ing" Víctor #$rez% &g"

TEMA

Vúmetro Transistorizado

II-

OB.ETIVOS OB.ETIVO /ENERA* Crear o ela'orar un prototipo de un (úmetro% a modo de crear un dispositi(o indicador en e)uipos de audio para mostrar el ni(el de se*al en unidades de (olumen% tam'i$n es llamado indicador del (olumen"

OB.ETIVOS ES#EC0FICOS 

+ealizar un retroalimentación de los conocimientos ad)uiridos durante el modulo mediante la realización del (úmetro" Analizar las características características de cada uno de los componentes )ue ,orman parte del dispositi(o y como estos a,ectan en el ,uncionamiento del mismo"

III-

RESUMEN En este documento se presentan cada uno de los elementos necesarios como lo son materiales y m$todos ,undamentales para la realización de un (úmetro% esto con el ,in de complementar y dar est$tica al encendido de los ,ocos leds de acuerdo al ritmo de la música )ue se esta'lezca" Adem!s presenta una 're(e introducción del ,uncionamiento y características del dispositi(o -(úmetro. y cada uno de sus componentes componentes puesto )ue el (úmetro est! compuesto de dispositi(os electrónicos electrónicos simples

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN PERÍODO ACADÉMICO: MARZO – SEPTIEMBRE/2017

como diodos% resistencias y transistores ,!ciles de analizar" El proyecto por sí mismo promociona la ense*anza% entrenamiento y desarrollo de otras oportunidades de aprendiza/e "0e puede discutir el 'ene,icio del proyecto so're el aprendiza/e del estudiante% ya sea mediante su proceso de ela'oración o por sus resultados"

#ala1ras cla+e1 Vúmetro% diodos% transistores% música% leds" IV-

INTRODUCCION El (úmetro ,ue desarrollado originalmente en 2343 por el es,uerzo com'inado de ell La's y los organismos de radiodi,usión C0 y 5C para la medición y la normalización de los ni(eles en las líneas tele,ónicas% identi,icado como medidor de (olumen est!ndar -0VI ó 0tandard Volume Indicator."

Aun)ue sus especi,icaciones re,le/an la ,iloso,ía de los a*os 46% ,ue estandarizado en 2378% corregido en 2394% re:de,inido como est!ndar IEC 5; 8<=:2>?2336 y IEEE?A50I 5; 298?2332% y actualizado en 2333" El (úmetro no ,ue dise*ado para medir e@plícitamente la tensión de la se*al% sino para )ue los usuarios tu(ieran una re,erencia u o'/eti(o de 6 V% identi,icado como el 266B o 6 deci'elios% en tele,onía y en la modulación de los transmisores de la $poca% por lo )ue no era muy importante )ue el dispositi(o no ,uera e@tremadamente lineal o preciso para 'a/os ni(eles" En e,ecto% la escala de :86 V a 4 V% con 6 V al >6B de la escala% ,ue limitado por la tecnología de la $poca" La mitad superior de la escala solo cu're < d% permitiendo a/ustar con precisión solo los ni(eles alrededor de 6 V" 8 0on los (úmetros o (úmetros% instrumentos encargados de medir el ni(el de sonido de una se*al de audio" &ucos t$cnicos% y tam'i$n mucas t$cnicas% piensan )ue esas luces led son de adorno% como lo es en el caso de los !r'oles de na(idad" Los (úmetros son los encargados de indicarnos si la se*al de audio )ue entra o sale de la consola est! en los ni(eles adecuados" 0o'repasar estos ni(eles pro(ocar! la temida saturación" #or lo general% la se*al est!ndar de audio es cero deci'elios -6 d." Tanto en los medidores de una consola como en el so,tare digital esto implica no llegar a los indicadores ro/os cuando estamos gra'ando% es decir% )uedarnos entre la ,ran/a (erde y amarilla"

V-

MATERIA*ES 2 METODO*O/IA

Resistencia el&ctrica | P á g i n a


Es toda oposición )ue encuentra la corriente a su paso por un circuito el$ctrico cerrado% atenuando o ,renando el li're ,lu/o de circulación de las cargas el$ctricas o electrones" Cual)uier dispositi(o o consumidor conectado a un circuito el$ctrico representa en sí una carga% resistencia u o'st!culo para la circulación de la corriente el$ctrica F CITATIG5 +es63 Hl 46=8 " Veamos esto mediante la ,órmula de la Ley de Gm% ,ormula ,undamental de los circuitos el$ctricos1 I J V ? + Esta ,órmula nos dice )ue la Intensidad o Intensidad de Corriente El$ctrica )ue recorre un circuito o )ue atra(iesa cual)uier elemento de un circuito% es igual a la Tensión -V. a la )ue est! conectado% di(idido por su +esistencia -+. F CITATIG5 Esp26 Hl 46=8 "

Ilustración 1. Estructuras física de una resistencia

#ara el sím'olo de la resistencia el$ctrica dentro de los circuitos el$ctricos podemos usar dos di,erentes1

Ilustración 2. Simbología de representación de la Resistencia

Identi3icaci!n del +al$r de resistencias #ara identi,icar su (alor se usa el llamado código de colores" En la ,igura 4 ilustramos una resistencia típica"

Ilustración 3. Resistor típico

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Tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud% con un segmento de alam're a cada lado" En su super,icie tiene tres o cuatro 'andas de colores% igualmente espaciadas% m!s cercanas a uno de los e@tremos" 0i su/etamos la resistencia con la mano iz)uierda% por el lado donde est!n las 'andas de colores% podemos deducir su (alor si sa'emos el número )ue representa cada color" La ,igura 4 es la ta'la del código de colores de las resistencias" Tenemos )ue usarla para sa'er la e)ui(alencia entre los colores y los números del 6 al 26" #or otro lado% las dos primeras 'andas de iz)uierda a dereca corresponden a los dos primeros dígitos del (alor de la resistencia" La tercera 'anda es la potencia de 26 por la cual de'e multiplicarse los dos dígitos mencionados" La cuarta 'anda representa la tolerancia en el (alor de la resistencia" Las resistencias )ue usaremos en este manual tienen tres tolerancias posi'les1 9B% identi,icadas con una 'anda dorada%26B% con una plateada% y 86B% sin 'anda" En el caso de la resistencia de la ,igura 2% y con ayuda de la ta'la de la ,igura 8 podemos decir )ue su (alor es de -87 K 8"7. M" Esto se o'tiene (iendo )ue la primera 'anda es ro/a J 8% la segunda% amarilla J 7% la tercera% naran/a J 4% y la cuarta% plateada J 26B" El resultado se con,ecciona como 87 N 264% al 26B" El 26B de 87 es 8"7 F CITATIG5 +es63 Hl 46=8 " Tabla 1. Código de colores para las resistencias

Color

#rimera 'anda

0egunda 'anda

Tercera 'anda

Cuarta 'anda

#rimer dígito

0egundo dígito

Tercer dígito

Tolerancia

5egro

6

6

2

&arrón

2

2

26

+o/o

8

8

266

5aran/a

4

4

2666

Amarillo

7

7

26666

Verde

9

9

266666

|Página


Azul

<

<

2666666

Violeta

>

>

26666666

Oris

=

=

266666666

lanco

3

3

2666666666

Dorado

6"2

9B

#lateado

6"62

26B

5inguno

86B

Di$d$s El diodo semiconductor es el dispositi(o semiconductor m!s sencillo y se puede encontrar% pr!cticamente en cual)uier circuito electrónico" Los diodos se ,a'rican en (ersiones de silicio - la m!s utilizada. y de germanio F CITATIG5 Ele2< Hl 46=8 "

Ilustración 4. Estructura básica del diodo

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Los diodos constan de dos partes% una llamada 5 y la otra llamada #% separados por una /untura llamada 'arrera o unión representado en la Ilustración 7" Esta 'arrera o unión es de 6"4 (oltios en el diodo de germanio y de 6"< (oltios apro@imadamente en el diodo de silicioF CITATIG5 Ele2< Hl 46=8 "

#rinci,i$ de $,eraci!n de un di$d$ El semiconductor tipo 5 tiene electrones li'res -e@ceso de electrones. y el semiconductor tipo # tiene uecos li'res -ausencia o ,alta de electrones." Cuando una tensión positi(a se aplica al lado # y una negati(a al lado 5% los electrones en el lado 5 son empu/ados al lado # y los electrones ,luyen a tra($s del material # m!s all! de los límites del semiconductorF CITATIG5 Ele2< Hl 46=8 " De igual manera los uecos en el material # son empu/ados con una tensión negati(a al lado del material 5 y los uecos ,luyen a tra($s del material 5" En el caso opuesto% cuando una tensión positi(a se aplica al lado 5 y una negati(a al lado #% los electrones en el lado 5 son empu/ados al lado 5 y los uecos del lado # son empu/ados al lado #" En este caso los electrones en el semiconductor no se mue(en y en consecuencia no ay corriente" El diodo se puede acer tra'a/ar de 8 maneras di,erentes1 

#$lari4aci!n directa Es cuando la corriente )ue circula por el diodo sigue la ruta de la ,leca -la del diodo.% o sea del !nodo al c!todo" En este caso la corriente atra(iesa el diodo con muca ,acilidad comport!ndose pr!cticamente como un corto circuito así1

Ilustración 5. Polariación directa de un diodo 

#$lari4aci!n in+ersa Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la ,leca -la ,leca del diodo.% o sea del c!todo al !nodo" En este caso la corriente no atra(iesa el diodo% y se comporta pr!cticamente como un circuit$ a1iert$"

Ilustración !. Ilustración 5. Polariación in"ersa de un diodo

A,licaci$nes del di$d$ | P á g i n a


Los diodos tienen mucas aplicaciones% pero una de las m!s comunes es el proceso de con(ersión de corriente alterna -C"A". a corriente continua -C"C". " En este caso se utiliza el diodo como recti,icador F CITATIG5 Esp262 Hl 46=8 "

Transist$r El transistor" Dispositi(o electrónico en estado sólido% cuyo principio de ,uncionamiento se 'asa en la ,ísica de los semiconductores" Este cumple ,unciones de ampli,icador% oscilador% conmutador o recti,icador" El t$rmino “transistor” es la contracción en ingl$s de trans,er resistor -“resistencia de trans,erencia”." Actualmente se los encuentra pr!cticamente en todos los aparatos dom$sticos de uso diario1 radios% tele(isores% gra'adoras% reproductores de audio y (ideo% ornos de microondas% la(adoras% automó(iles% e)uipos de re,rigeración% alarmas% relo/es de cuarzo% computadoras% calculadoras% impresoras% l!mparas ,luorescentes% e)uipos de rayos P% tomógra,os% ecógra,os% reproductores mp4% tel$,onos mó(iles% etc FCITATIG5 Ecu28 Hl 46=8 " Este dispositi(o semiconductor permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una se*al muy pe)ue*a este dispositi(o est! compuesto de tres patas o conectores )ue indican su polarización y contacto así1

Ilustración #. Estructura básica de un transistor

Funci$namient$ del Transist$r n transistor es un componente )ue tiene% '!sicamente% dos ,unciones1 

De/a pasar o corta se*ales el$ctricas a partir de una pe)ue*a se*al de mando" Como interruptor a're o cierra para cortar o de/ar pasar la corriente por el circuito"



Qunciona como un elemento Ampli,icador de se*ales" Le llega una se*al pe)ue*a )ue se con(ierte en una grande"

#ero el Transistor tam'i$n puede cumplir ,unciones de ampli,icador% oscilador% conmutador o recti,icador F CITATIG5 Esp24 Hl 46=8 "

C$ndensad$r 5 Ca,acit$r- Diel&ctric$ 5 Aislante | P á g i n a


n condensador el$ctrico es un dispositi(o ,ormado por dos placas met!licas separadas por un aislante llamado diel$ctrico" n diel$ctrico o aislante es un material )ue e(ita el paso de la corriente F CITATIG5 &ar2< Hl 46=8 "

Ilustración $. Estructura básica de un condensador

El condensador el$ctrico o capacitor el$ctrico almacena energía en la ,orma de un campo el$ctrico -es e(idente cuando el capacitor ,unciona con corriente directa . y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas el$ctricas )ue es capaz de almacenar" El sím'olo del capacitor se muestra a continuación1

Ilustración 9. Símbolo del Capacitor

Funci$namient$ La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la di,erencia de potencial entre esta placa y la otra% siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia" En el 0istema internacional de unidades se mide en Qaradios -Q.% siendo 2 ,aradio la capacidad de un condensador en el )ue% sometidas sus armaduras a una di,erencia de potencial de 2 (oltio% estas ad)uieren una carga el$ctrica de 2 culom'ioF CITATIG5 &ar2< Hl 46=8 "

Di$d$ *ed n led o diodo emisor de luz es un dispositi(o semiconductor -diodo. )ue emite luz incoerente de espectro reducido cuando se polariza de ,orma directa la unión #5 del mismo y circula por $l una corriente el$ctrica" Este ,enómeno es una ,orma de electroluminiscencia " El color % depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede (ariar desde el ultra(ioleta% pasando por el (isi'le% asta el in,rarro/o" Los diodos emisores de luz )ue emiten luz ultra(ioleta tam'i$n reci'en el nom're de led V -ultra(iolet ligt1 Rluz ultra(ioletaR. y los )ue emiten luz in,rarro/a se llaman I+ED-In,ra+ed Emitting Diode1 Rradiación in,rarro/aR. F CITATIG5 #er2< Hl 46=8 % estos se encuentran en el mercado con esta estructura m!s '!sica así1

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Ilustración 10. Estructura básica de un diodo led

El diodo LED de'e ser protegido" na pe)ue*a cantidad de corriente en sentido in(erso no lo da*ar!% pero si ay picos inesperados puede da*arse" na ,orma de protegerlo es colocarle en paralelo y apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio común F CITATIG5 Ecu27 Hl 46=8 "

Funci$namient$ de un di$d$ led El$ctricamente este componente se comporta igual )ue un diodo de silicio o germanio" 0i se pasa una corriente a tra($s del diodo semiconductor % se inyectan electrones y uecos en las regiones # y 5% respecti(amente" Dependiendo de la magnitud de la corriente% ay recom'inación de los portadores de carga -electrones y uecos." Say un tipo de recom'inaciones )ue se llaman recom'inaciones radiantes -a)uí la emisión de luz. F CITATIG5 Ecu27 Hl 46=8 "

V6metr$ transist$ri4ad$El (úmetro es un dispositi(o indicador en e)uipos de audio para mostrar el ni(el de se*al en unidades de (olumen% tam'i$n es llamado indicador del (olumen"

Ilustración 11. Protopo de un !"metro

Gtra de,inición nos dice )ue el (úmetro o medidor de unidades de (olumen es un aparato )ue se usa para detectar los picos de audio" 0e le encuentra por lo general en ampli,icadores% consolas de audio% mezcladores% entre otros aparatos de sonido" E@isten dos tipos de (úmetros1 analógicos% y digitales"

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Los digitales ,uncionan con LEDs e incluso con pantalla de LCD" Este instrumento de medición es ideal para complementar y dar est$tica a un ampli,icador" #ermite medir el correcto ,uncionamiento del ampli,icador"

Funci$namient$ Es intencionalmente RlentoR en la medición% promediando m!@imos y mínimos de corta duración para re,le/ar el (olumen perci'ido" Que desarrollado originalmente en 2343 por el es,uerzo com'inado de ell La's y los organismos de radiodi,usión C0 y 5C para la medición y la normalización de los ni(eles en las líneas tele,ónicas"

Ilustración 1%. &'(etro en un e)uipo de sonido

Adem!s del ni(el actual% algunos (úmetros electrónicos tam'i$n muestran los picos o m!@imos" Como regla general% los ni(eles de gra'ación de'en ser tales )ue no superen el !rea ro/a m!s all! de 6 V% o sólo en raras ocasiones" 0i el (olumen de gra'ación es demasiado alto% la calidad del sonido y respuesta en ,recuencia es generalmente m!s po're y los e,ectos de saturación recorte pueden ser especialmente pro'lem!ticos para un sistema de gra'ación digital" #or el contrario si el ni(el es demasiado 'a/o% los ni(eles de ruido ser!n altos en relación al sonido principal )ue se est! gra'ando" Algunos sistemas de gra'ación de (oz a menudo controlan de ni(el de gra'ación autom!ticamente% por lo general no anula'le en los gra'adores de 'a/o costo"

Utilidad n (úmetro coincide en mucas ,ormas con la percepción del oído umano% por e/emplo% el oído umano no es muy 'ueno captando transitorios demasiado cortos% de igual manera un (úmetro no los mostrar!" na serie de transitorios de gran amplitud pero de muy corta duración no a,ectar! el (olumen perci'ido por el oído umano% de igual manera para el (úmetro"

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En otra situación en donde son útiles los (úmetros es cuando )uieres medir se*ales +&0 -promedio. y no picos" #or e/emplo% es una 'uena pr!ctica cuando se gra'a a digital )ue tu se*al m!s ,uerte% en promedio% est$ al rededor del ni(el nominal de tu con(ertidor analógico digital% eso es de :28 a :2= dQ0"

V6metr$ Transist$ri4ad$ El es)uema guía para la ela'oración del (úmetro es el siguiente1

*a lista de

Ilustración 13. *iagra(a del &'(etro

dis,$siti+$s( 2 potenciómetro de 266 oms 8 condensadores de 2uQ > diodos 25327 > diodos led 2 Transistor 857764 > Transistores 858888 = +esistencias de 7"> oms > +esistencias de 446 om

VI-

DISCUSION 2 RESU*TADOS | P á g i n a


0e trata del circuito electrónico para un Vúmetro a transistores o indicador de (olumen consta de = transistores% 29 resistores% 2 potenciómetro% > diodos 25327 y 8 capacitores de 2 micro,aradio y > diodos emisores de luz -leds. de (arios colores" #ara )ue los leds se enciendan de ,orma secuencial% se aplica la se*al de audio y según el ni(el de sonido del ampli,icador% en esa medida se encender!n los leds" 0i desean conectar este circuito a un e)uipo est$reo% se de'en de ensam'lar 8 circuitos id$nticos" Este (úmetro ,ue realizado a transistores para reemplazar a los integrados )ue normalmente son m!s costosos% si 'ien solo tiene = etapas% se puede ampliar tanto como )ueramos% a*adiendo m!s etapas como las )ue ya tiene -se repiten.% solo )ue al poner m!s etapas ay )ue tener en cuenta la tensión )ue (an a mane/ar los diodos% como se (e en el circuito los diodos est!n en serie% esto )uiere decir )ue si tenemos 26V en el primer diodo% al segundo le llegaran 3"9% el tercero 3% al cuarto =%9% al )uinto =% y así sucesi(amente% -digo inter(alos de 6%9V por)ue los 6%> son teóricos y en estos diodos de conmutación solo medí 6"9.% a medida )ue ponemos m!s etapas menos tensión le (a a llegar para e@citar al transistor% entonces lo )ue podemos acer es (ariar las resistencias de 'ase para )ue se llegue a ,ondo de escala" Say )ue tener en cuenta )ue dependiendo de los leds )ue se usen tendr!n menor o mayor intensidad y di,erencia de potencial% por e/emplo si se usan colores di,erentes es posi'le )ue un color encienda m!s ,uerte )ue otro% si pasa esto ay )ue (ariar el tama*o de la resistencia de emisor del transistor )ue comanda ese led" Los interruptores pueden ser opcionales pero en todo caso de'ería de ser un interruptor do'le" Algo )ue se de'e aclarar es )ue si lo conectamos a una ,uente de 28( entonces la resistencia de 446oms de'e ser de 7>6oms"

A,licaci$nes 

Este circuito se utiliza para medir el ni(el de salida de un e)uipo de audio"



El mismo se presenta a tra($s de diodos LED% e@istiendo dos ,ormas de presentación1 escala puntual -prende solo un LED. y 'anda luminosa"



El circuito re)uiere una tensión de alimentación entre 3 y 27 Vcc siendo el consumo in,erior a <6 mA"

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VII-

VIII-

CONC*USIONES 

&ediante la in(estigación so're los di,erentes elementos como transistores% diodos% resistencias% capacitores entre otros% y con el modulo estudiado de electrónica '!sica se pudo comprender como el ,uncionamiento de estos y su utilidad"



0e a podido realizar una re(isión adem!s de re,orzar los conocimientos pre(iamente ad)uiridos dentro del módulo impartidas por el se*or docente"



Teniendo en claro las características de los componentes )ue integran el circuito se a podido e(aluar los componentes m!s óptimos y ,acti'les para la realización del prototipo"

BIB*IO/RAFIA [1] «Resistencias Electricas,» 2009. [En línea]. Available: !":##$$$1.%"r.e&%#clg%ve#lab's2#e("eri)ent*+.t). [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [2] /. Es"in*la, «Area ecn*l*gia,» 12 Ag*st* 2010. [En línea]. Available: !":##$$$.areatecn*l*gia.c*)#electrici&a&#resistenciaelectrica. [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [+] «Electr*nica nicr*),» 2013. [En línea]. Available: !":##%nicr*).c*)#&i*&*se)ic*n&%ct*r#. [l-)* acces*: 201 /%li* 201]. [4] /. Es"in*la, «Area ecn*l*gia,» 5a6* 2010. [En línea]. Available: !":##$$$.areatecn*l*gia.c*)#electr*nica#el&i*&*.t)l. [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [7] 5. Eceverria, «Ec%re&,» 2012. [En línea]. Available: !"s:##$$$.ec%re&.c%#8i*&*le&. [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [3] /. Es"in*la, «Area ecn*l*gia,» e"-e)bre 201+. [En línea]. Available: !":##$$$.areatecn*l*gia.c*)#;R20RA?<;R.t). [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [] @. 5ari*, «Electr*nica nicr*),» 2013. [En línea]. Available: !":##%nicr*).c*)#c*n&ensa&*rca"acit*r &ielectric*aislante#. [l-)* acces*: 1 /%li* 201]. [] R. PereB, «Electr*nica nicr*),» 2013. [En línea]. Available: !":##%nicr*).c*)#&i*&*le&#. [l-)* |Página


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ANEXOS

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Vumetro Transistorizado

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