場效應(yīng)管不僅兼有普通晶體管和電子管的優(yōu)點(diǎn)，而且還具備兩者所缺少的優(yōu)點(diǎn)。場效應(yīng)管具有雙向?qū)ΨQ性，即場效應(yīng)管的源極和漏極是可以互換的（無阻尼），一般的晶體管是不容易做到這一點(diǎn)的，電子管是根本不可能達(dá)到這一點(diǎn)。所謂雙向?qū)ΨQ性，對普通晶體管來說，就是發(fā)射極和集電極互換，對電子管來說，就是將陰極和陽極互換。

一、場效應(yīng)管的特性

場效應(yīng)管與普通晶體管相比具有輸入阻抗高、噪聲系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、動態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。它是一種壓控器件，有與電子管相似的傳輸特性，因而在高保真音響設(shè)備和集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)有以下一些。

高輸入阻抗容易驅(qū)動，輸入阻抗隨頻率的變化比較小。輸入結(jié)電容小（反饋電容），輸出端負(fù)載的變化對輸入端影響小，驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng)，電源利用率高。

場效應(yīng)管的噪聲是非常低的，噪聲系數(shù)可以做到1dB以下，現(xiàn)在大部分的場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)為0.5dB左右，這是一般晶體管和電子管難以達(dá)到的。

場效應(yīng)管具有更好的熱穩(wěn)定性和較大的動態(tài)范圍。

場效應(yīng)管的輸出為輸入的2次冪函數(shù)，失真度低于晶體管，比膽管略大一些。場效應(yīng)管的失真多為偶次諧波失真，聽感好，高中低頻能量分配適當(dāng)，聲音有密度感，低頻潛得較深，音場較穩(wěn)，透明感適中，層次感、解析力和定位感均有較好表現(xiàn)，具有良好的聲場空間描繪能力，對音樂細(xì)節(jié)有很好表現(xiàn)。

普通晶體管在工作時(shí)，由于輸入端（發(fā)射結(jié)）加的是正向偏壓，因此輸入電阻是很低的，場效應(yīng)管的輸入端（柵極與源極之間）工作時(shí)可以施加負(fù)偏壓即反向偏壓，也可以加正向偏壓，因此增加了電路設(shè)計(jì)的變通性和多樣性。通常在加反向偏壓時(shí)，它的輸入電阻更高，高達(dá)100MΩ以上，場效應(yīng)管的這一特性彌補(bǔ)了普通晶體管及電子管在某些方面應(yīng)用的不足。

場效應(yīng)管的防輻射能力比普通晶體管提高10倍左右。

轉(zhuǎn)換速率快，高頻特性好。

場效應(yīng)管的電壓與電流特性曲線與五極電子管輸出特性曲線十分相似。

場效應(yīng)管的品種較多，大體上可分為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管兩類，且都有N型溝道（電流通道）和P型溝道兩種，每種又有增強(qiáng)型和耗盡型共四類。

絕緣柵場效應(yīng)管又稱金屬（M）氧化物（O）半導(dǎo)體（S）場效應(yīng)管，簡稱MOS管。按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)又可分為一般MOS管和VMOS管兩種，每種又有N型溝道和P型溝道兩種、增強(qiáng)型和耗盡型四類。

VMOS場效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管，是在一般MOS場效應(yīng)管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型高效功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高（大于100MΩ）、驅(qū)動電流?。?.1uA左右），還具有耐壓高（最高1200V）、工作電流大（1.5～100A）、輸出功率高（1～250W）、跨導(dǎo)線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。目前已在高速開關(guān)、電壓放大（電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍）、射頻功放、開關(guān)電源和逆變器等電路中得到了廣泛應(yīng)用。由于它兼有電子管和晶體管的優(yōu)點(diǎn)，用它制作的高保真音頻功放，音質(zhì)溫暖甜潤而又不失力度，備受愛樂人士青睞，因而在音響領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。VMOS管和一般MOS管一樣，也可分為N型溝道和P型溝道兩種、增強(qiáng)型和耗盡型四類，分類特征與一般的MOS管相同。VMOS場效應(yīng)管還有以下特點(diǎn)。

輸入阻抗高。由于柵源之間是SiO2層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達(dá)100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。

驅(qū)動電流小。由于輸入阻抗高，VMOS管是一種壓控器件，一般有電壓就可以驅(qū)動，所需的驅(qū)動電流極小。

跨導(dǎo)的線性較好。具有較大的線性放大區(qū)域，與電子管的傳輸特性十分相似。較好的線性就意味著有較低的失真，尤其是具有負(fù)的電流溫度系數(shù)（即在柵極與源極之間電壓不變的情況下，導(dǎo)通電流會隨管溫升高而減?。?，故不存在二次擊穿所引起的管子損壞現(xiàn)象。因此，VMOS管的并聯(lián)得到了廣泛的應(yīng)用。

結(jié)電容無變?nèi)菪?yīng)。VMOS管的結(jié)電容不隨結(jié)電壓而變化，無一般晶體管結(jié)電容的變?nèi)菪?yīng)，可避免由變?nèi)菪?yīng)招致的失真。

頻率特性好。VMOS場效應(yīng)管的多數(shù)載流子運(yùn)動屬于漂移運(yùn)動，且漂移距離僅1～1.5um，不受晶體管那樣的少數(shù)載流子基區(qū)過渡時(shí)間限制，故功率增益隨頻率變化極小，頻率特性好。

開關(guān)速度快。由于沒有少數(shù)載流子的存儲延遲時(shí)間，VMOS場效應(yīng)管的開關(guān)速度快，可在20ns內(nèi)開啟或關(guān)斷幾十A 電流。

二、場效應(yīng)管的主要參數(shù)及選用

為了正確安全運(yùn)用場效應(yīng)管，防止靜電、誤操作或儲存不當(dāng)而損壞場效應(yīng)管，必須對場效應(yīng)管主要參數(shù)有所了解和掌握。場效應(yīng)管的參數(shù)多達(dá)幾十種，現(xiàn)將主要參數(shù)及含義列于表1，作為參考。

場效應(yīng)管的選用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

場效應(yīng)管的ID的參數(shù)按電路要求選取，能滿足功耗要求并略有余量即可，不要認(rèn)為越大越好，ID越大，CGS也越大，對電路的高頻響應(yīng)及失真不利，如ID為2A的管子，CGS約為80pF；ID為10A的管子，CGS約為1000pF。使用的可靠性可通過合理的散熱設(shè)計(jì)來保證。

選用VMOS管的源漏極耐壓BVDSS不要過高，能達(dá)到要求即可。因?yàn)锽VDSS大的管子飽和壓降也大，會影響效率。結(jié)型場效應(yīng)管則要盡可能高些，因?yàn)樗麄儽緛砭筒桓撸话鉈VDSS為30～50V，BVGSS為20V。

VMOS管的BVGSS盡可能高些，因?yàn)閂MOS管子?xùn)艠O很嬌氣，很容易被擊穿，儲存或操作要慎之又慎，防止帶靜電的物體接觸管腳。在儲存中要將引出腳短路，并用金屬盒屏蔽包裝，以防止外來感應(yīng)電勢將柵極擊穿，尤其要注意不能將管子放入塑料盒子或塑料袋中。為了防止柵極感應(yīng)擊穿，在安裝調(diào)試中要求一切儀器儀表、電烙鐵、電路板以及人體等都必須具有良好的接地效果，在管子接入電路之前，管子的全部引腳都必須保持短接狀態(tài)，焊接完畢后方可把短接材料拆除。

配對管要求用同廠同批號的，這樣參數(shù)一致性好。盡量選用孿生配對管，使管子的夾斷電壓和跨導(dǎo)盡可能保持一致，使配對誤差分別小于3％和5％。

盡可能選用音響專用管，這樣更能適合音頻放大電路的要求。

在安裝場效應(yīng)管時(shí)，位置要避免靠近發(fā)熱元件。為了防止管子振動，要將管子緊固起來，管腳引線在彎曲時(shí)，應(yīng)當(dāng)大于根部距離5mm處進(jìn)行彎曲，以防止彎曲時(shí)拆斷管腳或引起漏氣而損壞管子。管子要有良好的散熱條件，必須配置足夠的散熱器，保證管子溫度不超過額定值，確保長期穩(wěn)定可靠工作。

三、音頻放大器藝術(shù)魅力及評價(jià)

音頻放大器按所用放大器件可分為電子管放大器、晶體管放大器、集成電路放大器、場效應(yīng)管放大器以及由上述所用器件兩種或兩種以上組成的混合放大器，各類放大器電路及所用元器件也是五花八門、千變?nèi)f化，由此對音源的重放音質(zhì)又各具特色，很難說哪一種放大器能以偏概全、技壓群芳成為萬能放大器。

電子管放大器由于空間電荷的傳輸時(shí)滯作用，重放音色溫暖柔和，尤其是弦樂人聲，表現(xiàn)為醇美剔透，耐人尋味。晶體管以及集成電路放大器具有犀利的分析力、寬闊的頻響和強(qiáng)勁的動態(tài)，具有朝氣蓬勃、催人奮進(jìn)的感召力。場效應(yīng)管放大器以及混合器件放大器，力圖綜合電子管和晶體管音頻特性，開創(chuàng)異彩，讓樂聲更傳神，讓音色更完美。

近些年來，隨著電子電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子合成器、各種音頻效果器和膽音效果器軟件以及虛擬揚(yáng)聲器技術(shù)層出不窮。這使得音頻放大器硬件的發(fā)展和普及遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上軟件的速度，在精確度上硬件往往也趕不上軟件，如電腦模擬3D效果逼真度大大超過真實(shí)3D效果，不受聽音室的空間以及聲源合成的限制，同時(shí)也節(jié)省投入硬件的開支。

綠色音響、雙料發(fā)燒—— 電腦音響很有可能會成為未來音響的主流，硬件不行軟件來，實(shí)行軟硬兼施，功能強(qiáng)悍，集中體現(xiàn)了高效、便捷、神奇以及經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。如在電腦中設(shè)置虛擬光驅(qū)，每次播放樂曲時(shí)，就不必啟動物理光驅(qū)，這樣不僅減少等待曲目時(shí)間及物理光驅(qū)的磨損，更重要的是消除了物理光驅(qū)的噪聲，實(shí)現(xiàn)高保真放音。再如，膽管功放放音柔和耐聽，而制作成本不薄，并且取得靚音的要件比較多，而通過膽音效果器軟件，可為我們在電腦中造就一個(gè)“軟膽”，就可以模擬出膽機(jī)的音色。目前電腦多媒體音響正處于進(jìn)階時(shí)期，并與電視也架起了溝通的橋梁，其前景是十分燦爛誘人的！電腦以及音響發(fā)燒友，是一個(gè)不惜時(shí)間和精力，積極探索追求音質(zhì)的特殊層面，將繼續(xù)擔(dān)起一份愛樂責(zé)任，生活中多一首甜美的歌聲，就少一幕苦澀的紛爭。無論是普通音響，還是電腦多媒體音響，功率放大器依然是音頻能量擴(kuò)大推動揚(yáng)聲器出聲不可或缺的終端，各類放大器均能較好地實(shí)現(xiàn)這一功能。不過現(xiàn)代人們對音響（技術(shù)因素為主，如頻率響應(yīng)、失真度、信噪比等）和音樂（藝術(shù)魅力為主，如聲底是否醇厚、堂音是否豐富、聽感是否順耳等）的苛求愈來愈高，不少“金耳朵”能夠聽出歌手的齒音、口角以及身臨其境、直逼現(xiàn)場的感覺，因此對音頻放大器重放音色也寄予更大的要求，努力以特色音響塑造迷人的音樂氛圍。

各類音頻放大器具有各自的優(yōu)點(diǎn)及屬性，也各有其不足之處，而場效應(yīng)管放大器主流兼具晶體管和電子管兩者的優(yōu)勢，同時(shí)還具備兩者所沒有的優(yōu)勢。在電路程式上，大量實(shí)踐證明，單端甲類功放是以效率換音質(zhì)的典范，具有無與倫比的音樂魅力。不少發(fā)燒友從單純追求音質(zhì)出發(fā)，反復(fù)制作功放，反復(fù)對比聽音，最終為A類所動，似乎覺得沒有A類的音樂猶如孤獨(dú)的音樂。

四、單端甲類放大器性能芻議

放大器按工作狀態(tài)的不同一般可分為3類：①A類放大器，又稱為甲類放大器；② AB類放大器，又稱為甲乙類放大器；③B類放大器，又稱為乙類放大器。在這3類放大器中，線性最好，音色最靚的是A類放大器，而單端甲類放大器與推挽放大器在設(shè)計(jì)上一個(gè)不同之處，就是使用一個(gè)放大器件來放大整個(gè)音樂波形。而推挽設(shè)計(jì)采用兩個(gè)放大器件，分別放大信號的正負(fù)半周，包括一些推挽甲類放大器。單端甲類放大與推挽放大一個(gè)顯著的不同特征就是放大后的音樂波形是一個(gè)完整的與輸入波形十分相似的波形，沒有推挽放大正負(fù)波形的交越失真，盡管推挽放大采用配對精度高達(dá)2％ 誤差甚至更小誤差的孿生管，但這只是一個(gè)片面性的數(shù)字描述，事實(shí)上正負(fù)波形不可能交接得好，加之電路元器件非線性引起的相移存在，交越失真將進(jìn)一步增大，當(dāng)然失真與音色在一定程度上并不對立，這要看設(shè)計(jì)放大器的用途和目標(biāo)，并非推挽放大就此罷休，況且推挽放大器中，由于存在多次諧波，雖然原配正負(fù)波形交接不好，但諧波交接不能否定，只是與單端波形相比難以抗衡。

關(guān)于推挽放大諧波尤其是偶次諧波會相互抵消這一說法，筆者不予完全認(rèn)同，只有相移失真達(dá)180°或360°等諧波成分才會相互抵消。如推挽功放中的直流高壓中的交流紋波經(jīng)推挽變壓器中心抽頭平均分成兩路，由于兩臂線圈極性相反，相差180°，交流紋波幾乎被完全抵消。

單端甲類放大器具有最自然的音樂性，其不對稱性與空氣受壓縮與擴(kuò)展的特性相似。由于組成空氣含量最多的為非極性分子氮?dú)猓∟2），約占78％，因此空氣是壓強(qiáng)能變得非常高的“單端無極”媒介，使得單端A類樂聲最傳神，音色最醇美。

五、VMOS場效應(yīng)管單端甲類功放的制作

設(shè)計(jì)放大器有兩個(gè)基本原則：一是簡單，二是線性。而能做到最簡單的放大器線路就是單端甲類了，簡單不是單端甲類放大使用的唯一理由，是因?yàn)閱味思最惥哂凶蠲匀说囊魳犯?。在A類、B類、AB類線路程式中，線性最好的是甲類，而不足之處就是效率是最低的，約為20％，是以效率換音質(zhì)的典范。

在單端甲類放大電路中使用的放大器件也有一番講究。晶體管具有太低的輸入阻抗，電子管的輸入阻抗很高，但其輸出阻抗也比較高，從原理上講電子管并不適合做功放輸出管，因此唯一的選擇是場效應(yīng)管。場效應(yīng)管具有很高的輸入阻抗和跨導(dǎo)，也能輸出很大的電流，很適合應(yīng)用在單端甲類放大器中。而在眾多的場效應(yīng)管中，用VMOS場效應(yīng)管制作的單端甲類放大器，更領(lǐng)風(fēng)騷，魅力獨(dú)特。高端的鈦膜聲，中頻飽滿細(xì)膩流暢的磁性聲，彈性十足震撼人心的低頻轟炸聲，別有一番霸道氣勢。

在一般的設(shè)計(jì)中場效應(yīng)管特長沒有得到充分發(fā)揮，甚至認(rèn)為聲音偏冷、偏暗，其實(shí)這不是場效應(yīng)管的原因。其聲音不好，一方面是人們使用它直接代換晶體管，晶體管的線路是不能發(fā)揮出場效應(yīng)管的特性的；另一方面，這些電路通常使用AB類的偏置。根據(jù)場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性，在低偏置時(shí)具有嚴(yán)重的非線性，帶來嚴(yán)重的失真，解決的辦法是讓其工作在A類狀態(tài)，特別是單端A類，瞬態(tài)特性極佳，音質(zhì)純美，偶次諧波豐富，音色悅耳動聽，更具有電子管的醇美音色。

1.電路原理


單端甲類場效應(yīng)管功放電路五花八門，各有特色，本機(jī)電路如附圖所示。為了獲得靚麗的音色，采取簡潔至上原則，多一個(gè)元件多一分失真，多一條線路多一分失真?，F(xiàn)將電路原理作一簡述，以拋磚引玉，其主要特點(diǎn)有以下一些。

（1）為了避免普通音量電位器傳輸失真，非穩(wěn)態(tài)接觸電阻、摩擦噪聲和操作易感疲憊之嫌，本機(jī)采用音響型極低噪聲VMOS場效應(yīng)管IRFD113作指觸音量控制。其相對于鍵控音量電路又減少了一些元件，并加以屏蔽，使音量控制部分的噪聲系數(shù)達(dá)到1dB以下（VMOS場效應(yīng)管噪聲系數(shù)在0.5dB左右），敢與高檔真空步進(jìn)電位器或無源變壓器電位器抗衡，手感更貼切人性化。

VMOS場效應(yīng)管內(nèi)阻高，屬電壓控制器件，在柵極及源極之間連接充電電容，由于柵漏電流極小，電容電壓在很長一段時(shí)間內(nèi)能基本保持不變。當(dāng)管子工作于可調(diào)電阻區(qū)時(shí)，其漏源極電阻將受到柵源極電壓即電容的電壓所控制，這時(shí)管子相當(dāng)于壓控可變電阻，當(dāng)指觸（依手指電阻導(dǎo)電）開關(guān)S1閉合，即向電容充電，當(dāng)指觸開關(guān)S2閉合，即將電容放電，從而達(dá)到以電壓控制漏源極電阻的目的。將其按入音響設(shè)備中，即可調(diào)節(jié)音量的大小。S1和S2可用薄銀片或薄銅片制作，間距2mm左右，待調(diào)試后確定，音量增減量設(shè)置在±2dB左右。
（
2）由IRF510作電壓放大，放大后的音頻電壓直耦至上臂管IRF150進(jìn)行擴(kuò)流并作源極輸出，下臂管IRF150構(gòu)成恒流源，直流為通路，交流為開路，使交流信號通過輸出電容推動揚(yáng)聲器。

（3）由于VMOS場效應(yīng)管具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，即在柵極與源極之間電壓不變的情況下，導(dǎo)通電流會隨管溫升高而減小，從而避免管子二次擊穿。但管子溫度的變化與電流的變化速率相差甚遠(yuǎn)，對此為了防止負(fù)溫度系數(shù)慣性延遲而影響工作狀態(tài)，本機(jī)在IRF510陰極串上一只適當(dāng)阻值的正溫度系數(shù)補(bǔ)償電阻（100Ω/2W ），以起到緩沖作用。其原理是當(dāng)沒有陰極電阻時(shí)，IRF510柵源電壓是恒定的固定偏壓，與管子電流變化無關(guān)，加上陰極電阻后，當(dāng)管流減小時(shí)，源極電位也降低。而相對于柵極來說，柵極電位便提高了，這樣?xùn)旁措妷壕驮龃罅耍藭r(shí)管子電流便增加了，從而適量抵消負(fù)溫度系數(shù)產(chǎn)生的電流陡坡現(xiàn)象。陰極電阻阻值大小決定這種作用的大小，從而起到適當(dāng)?shù)木彌_作用，此電阻并不是電流負(fù)反饋電阻。

（4）本機(jī)經(jīng)考慮后不采用OCL即無輸出電容電路，一則是為了揚(yáng)聲器安全，二則考慮零點(diǎn)失調(diào)電壓尤其是動態(tài)時(shí)對揚(yáng)聲器音圈產(chǎn)生直流偏磁位移，直接影響揚(yáng)聲器性能，從而劣化音質(zhì)。由于大容量輸出電容多為電解電容，一般認(rèn)為噪聲較大，而實(shí)際上這是一個(gè)信噪比的問題，關(guān)鍵是應(yīng)用在什么電路，如將電解電容用

在動圈唱頭放大電路，就不合適，動圈唱頭信號只有2mV左右，要求放大電路具有較高的信噪比，用電解電容信噪比就低。而將電解電容用于功放末級輸出，情況就不一樣了，信噪比相對低電平電路會有大幅度提高。另外一點(diǎn)，電解電容在使用前最好進(jìn)行通電老化，并擇優(yōu)選用，然后上機(jī)后再進(jìn)行充分煲機(jī)，這樣可降低噪聲系數(shù)。沒有噪聲的元器件是沒有的，關(guān)鍵要合理運(yùn)用，并采取措施，以達(dá)到必要的目的。本機(jī)為了減小輸出電解電容由于感抗對高頻的影響，用3只電解電容并聯(lián)以減小感抗，并將揚(yáng)聲器的負(fù)極接電解電容的負(fù)極，以鉗位電解電容漏電流產(chǎn)生的音圈偏磁位移。

（5）本機(jī)場效應(yīng)管偏壓由電源模塊LM7812提供，功放電源不采取穩(wěn)壓電源供電，以避免限制樂聲的低頻力度和動態(tài)，即降低電壓換電流，降低功率換音質(zhì)。

2.制作調(diào)試

制作本機(jī)時(shí)，兩聲道要用獨(dú)立電源供電，以提高分離度，減少干擾，并增強(qiáng)各聲道工作穩(wěn)定性。本機(jī)后級由于采用直耦電路，所以工作點(diǎn)會相互牽制，需反復(fù)調(diào)試幾次才能完成，IRF510工作電流約為20mA，上下兩管IRF150（配對）工作電流約為1.5A，柵源電壓約為3.8V，反復(fù)調(diào)節(jié)這兩級偏壓電阻，使中點(diǎn)電壓為l8V。不同產(chǎn)地、不同批次管子會有所出入，數(shù)據(jù)僅作參考，最好使用示波器將其調(diào)節(jié)為A類最佳工作狀態(tài)。否則，由于管子的離散性，即使工作點(diǎn)按手冊或特性曲線給出的參數(shù)調(diào)節(jié)工作點(diǎn)，也未必工作在最佳的A類狀態(tài)。本機(jī)可代用的場效應(yīng)管較多，不同管子參數(shù)、特性及音色也有差異。表2列出幾種常用管子參數(shù)供參考。本機(jī)其他元器件選用可參考有關(guān)資料，在此不再贅述。


單端電路是耗電大戶，本機(jī)輸出管單管熱損耗約30W ，提高工作電壓還可增加輸出功率，但熱損耗也相應(yīng)增加。因此，必須將管子裝在一塊熱阻不大于1kΩ/W的散熱器上，規(guī)格不小于200mm×200mm×6mm，將管子用硅脂涂抹后緊固在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br />
3.參數(shù)指標(biāo)

實(shí)測技術(shù)指標(biāo)見表3。

4.測評試聽

本機(jī)測評試聽搭配器材如下：

（1）飛利浦（Philips）LHH－500型頂級CD唱機(jī)；

（2） 自制直熱管3A5前級；

（3） 意大利傲霸卡絲音箱；

（4） 美國音樂絲帶Super Flatine Cable音箱線；

（5） 高度風(fēng)Ortofon AC-5000 8N無氧銅信號線；

（6） 日立4N單品銅3×3.5mm 硅橡膠電源線；

（7） G＆W TW-05D型音頻專用電源凈化器。

用正版雨果CD進(jìn)行試音時(shí)，聲場寬闊，動態(tài)特別好。音像定位、解析力佳，低頻結(jié)實(shí)，控制力好。音質(zhì)非常純凈，讓人過耳難忘！



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