DE1083319B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung laengenmodulierter Impulse - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Erzeugung laengenmodulierter ImpulseInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung längen- oder phasenmodulierter
Impulse mit einer Kristalltriode. Bei einer derartigen, schon vorgeschlagenen Anordnung entspricht
die Dauer der erzeugten Impulse einer halben Schwingung eines Resonanzkreises, der im Rückkopplungsweg zwischen Emitter und Kollektor angeordnet ist.
Ihre Arbeitsweise hängt von der Stromverstärkung der Kristalltriode ab, die sich aus den vom Emitter
an den Halbleiterkristall gelieferten Minderheitsträgern (d. h. positive Löcher im Fall von n-leitendem
Halbleitermaterial, wie etwa Germanium) ergibt, die durch den Kollektor aufgenommen werden. Der hier
und im folgenden gebrauchte Ausdruck »Minderheitsträger« wird für Träger verwendet, die zusätzlich zu
den Trägern auftreten, die die Leitfähigkeit des Halbleiterkristalls bestimmen, wobei diese zusätzlichen
Träger an den Halbleiterkristall geliefert oder in ihm erzeugt werden.
Der obenerwähnte Effekt ist, wie auch bekannte einschlägige Untersuchungsergebnisse über die Beweglichkeit
der Ladungsträger im Halbleiter ergeben, darauf zurückzuführen, daß dann, wenn keine Minderheitsträger
mehr vom Emitter an den Kristall geliefert werden (wodurch sonst das Ende der erzeugten
Impulse bestimmt wäre), immer noch vom Kollektor im Kristall gespeicherte Minderheitsträger aufgenommen
werden.
Wie lange der Kollektorstrom auch nach dem Sperren der Kristalltriode noch andauert, hängt von
dem Kollektorpotential ab, das während der Öffnungszeit anliegt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß also offenbar das Zeitintervall des Andauerns des Kollektorstromes
nach Sperrung der Kristalltriode vermöge des Kollektorpotentials während der Öffnungszeit modulierbar
sein muß.
Sie schafft eine Anordnung zur Erzeugung längen- oder phasenmodulierter Impulse mit einer Kristalltriode
unter Ausnutzung deren SpeicherefFektes, bei der den Impulsen leicht eine solche Amplitude gegeben
werden kann, daß eine nachfolgende Verstärkung nicht notwendig ist. Die Anordnung ist nach der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalltriode normalerweise durch Anlegen eines Sperrpotentials
zwischen Emitter und Basis gesperrt und durch dem Emitter zugeführte Kippimpulse für eine bestimmte
Periode entsperrt wird, daß im entsperrten Zustand das Kollektorpotential auf einen Schwellwert begrenzt
und daß dieser Schwellwert entsprechend der Amplitude einer Signal welle gesteuert wird, so daß sich
durch diese Veränderung des Kollektorpotentials während des Anwachsens des Kollektorstromes im entsperrten
Zustand die Zeitdauer bestimmt, für die das Schaltungsanordnung
zur Erzeugung längenmodulierter Impulse
zur Erzeugung längenmodulierter Impulse
Anmelder:
International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hixth-Str. 42
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hixth-Str. 42
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. Juni 1954
Großbritannien vom 4. Juni 1954
John Clifford Price, London,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Anwachsen des Kollektorstromes nach Ablauf der Entsperrungszeit andauert, so daß am Kollektor Impulse
entsprechender Länge bzw. nach Differentiation dieser Impulse entsprechende phasenmodulierte Impulse
abgenommen werden können, und daß die Amplitude der erzeugten Impulse zwischen festen Potentialen
begrenzt wird.
Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 stellen Diagramme dar, die dem Verständnis der Arbeitsweise der Fig. 1 dienen, und
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teiles der Anordnung nach Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Pulsmodulator enthält eine Kristalltriode 1 mit einer Basis 2, einen Emitter 3
und einen Kollektor 4. Der Emitter ist dabei durch einen Pfeil vom Kollektor unterschieden. Das Halbleitermaterial
der Kristalltriode sei n-leitendes Germanium. Emitter und Kollektor sind über einen
positiven Rückkopplungsweg verbunden, der eine Induktivität 5 und einen Kondensator 6 enthält. Weiterhin
sind eine Anzahl nicht näher bezeichneter Gleichstromquellen für die Schaltungsanordnung vorgesehen.
Diese Quellen liegen jeweils mit einer Klemme an Masse und werden als positive oder negative Quellen
bezeichnet, je nachdem, welche Klemme nicht an Masse liegt. Der Emitter 3 ist mit einer positiven Quelle 7
über einen Lastwiderstand 8 verbunden, während der
009 530/350
Kollektor über einen Lastwiderstand 10 an einer negativem Spannungsquelle9 liegt. Der Wert des im Kollektorkreis
liegenden Widerstandes 10 sollte ziemlich hoch sein, z. B. einige tausend Ohm. Die Spannung
der Quellen 7 und 9 soll dabei beispielsweise jeweils 48 Volt betragen. Die Basis der Kristalltriode ist
direkt mit Masse verbunden.
Der Emitter 3 ist über einen Gleichrichter 12 und der Sekundärwicklung eines Eingangsübertragers 13
mit einer negativen Spannungsquelle 11 von —1,5 Volt verbunden. Dabei soll der Gleichrichter 12 derart gepolt
sein, daß er normalerweise leitend ist. Der Kollektor liegt über einen Gleichrichter 15 und einen
durch einen Kondensator 17 überbrückten Widerstand 16 an einer Spannungsquelle 14 von — 2VoIt. Dabei
soll der Gleichrichter 15 derart gepolt sein, daß er normalerweise gesperrt ist. Die Sekundärwicklung eines
zweiten Eingangsübertragers 18 liegt dabei parallel zu dem Kondensator 17.
Das Potential des Emitters 3 gegenüber der Basis 2 ist etwa —1,5 Volt, so daß normalerweise kein
Emitterstrom fließt und der Kollektorstrom entsprechend klein ist. Das Kollektorpotential liegt dabei
auf einem verhältnismäßig hohen negativen Wert, z. B. auf —40 Volt.
An der Eingangsklemme 19, die mit der Primärwicklung
des Eingangsübertragers 13 verbunden ist, lieg ein Impulszug mit kurzen, zu regelmäßigen Zeitpunkten
auftretenden Impulsen. Dieser Übertrager soll dabei derart angeschlossen sein, daß die Eingangsimpulse an der Sekundärwicklung als positive Impulse
mit einer Amplitude von etwa 2,5 Volt am Gleichrichter 12 liegen. Diese Impulse können mit irgendeiner
bekannten Kristalltrioden-Impulsgeneratorstufe erzeugt werden. Die Impulsperiode soll dabei z. B.
etwa 24 μβεΰ betragen.
Die Amplitude dieser Impulse ist ausreichend, um die Vorspannung der Spannungsquelle 11 zu überwinden
und den Emitter 3 gegenüber der Basis leicht positiv zu machen, so daß die Kristalltriode am
Emitter entsperrt wird. Dadurch wird an der Kollektorelektrode in bekannter Weise ein positiver Impuls
erzeugt. Dabei steigt das Kollektorpotential von etwa —40 Volt auf das der Quelle 14 (etwa —2 Volt) und
wird auf diesem Wert durch den jetzt entsperrten Gleichrichter 15 gehalten.
Findet nun keine bemerkenswerte Speicherung positiver Löcher statt, dann ist die Dauer der am Kollektor
auftretenden Impulse durch die halbe Resonanzperiode der Schaltelemente 5 und 6 bestimmt, da diese Periode
den Augenblick bestimmt, in dem der Emitter wieder gesperrt wird, so daß die Lieferung von Löchern an
den Kristall beendet ist. Ist die Kristalltriode jedoch von der Art, daß in dem Halbleitermaterial positive
Löcher, sogenannte Minderheitsträger, gespeichert werden, dann sind diese gespeicherten Löcher zur Aufrechterhaltung
eines Kollektorstromes auch dann verfügbar, wenn der Nachschub von Löchern durch
den Emitters gesperrt ist, so daß die Dauer der erzeugten
Impulse durch die Zeit verlängert wird, in der die gespeicherten Löcher über den Kollektor abfließen.
Diese Zeit hängt jedoch von dem Kollektorpotential ab, daß bei entsperrter Kristalltriode angelegen hat.
Wird nun eine modulierte Welle, wie z. B. eine Sprachwelle, an der mit der Primärwicklung des Eingangsübertragers
18 verbundenen Eingangsklemme 20 angelegt, dann ändert sich das am unteren Ende des
Gleichrichters 15 bestehende Potential entsprechend. Dadurch wird das Potential, auf das der Kollektor
kommen kann, entsprechend verändert und damit auch die Zeit, in der die gespeicherten positiven Löcher abfließen
können. Dadurch werden die Rückflanken der am Kollektor 4 auftretenden Impulse entsprechend der
an der Eingangsklemme 20 liegenden Signalspannung zeitmoduliert.
Der Kondensator 17 soll dabei verhältnismäßig groß sein, so daß das in ihm gespeicherte Potential,
das auch am Gleichrichter 15 liegt, während der Dauer der am Kollektor erzeugten Impulse konstant bleibt.
ίο Die positiven längenmodulierten Impulse werden
am Kollektor abgenommen und über einen Gleichrichter 21 und einen Lastwiderstand 22 der Primärwicklung
eines Ausgangsübertragers 23 zugeführt, dessen Sekundärwicklung einerseits mit einer Ausgangsldemme
24 und andererseits mit Masse verbunden ist. Das untere Ende der Primärwicklung ist mit
einer negativen Spannungsquelle 25 von z. B. — 11 Volt
verbunden. In diesem Übertrager werden die längenmodulierten Impulse differenziert, und der Übertrager
ao soll dabei so angeschlossen sein, daß die den Hinterkanten entsprechenden, durch Differentiation entstehenden
Impulse positiv sind. Die Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers ist durch einen Gleichrichter
26 überbrückt, der so gepolt ist, daß die negativen differenzierten Impulse, die den Vorderkanten
der längenmodulierten Impulse entsprechen, unterdrückt werden.
Sollen die längenmodulierten Impulse direkt ohne Differentiation verwendet werden, so können sie an
einer Ausgangsklemme 27 abgenommen werden, die über eine Leitung 28 mit dem Verbindungspunkt der
Schaltelemente21 und 22 verbunden ist; der Übertrager 23 kann dann weggelassen werden.
Um nun den meist nicht erwünschten unteren Teil der erzeugten Impulse zu entfernen und um sicherzustellen,
daß die erzeugten längenmodulierten Impulse stets die gleichen Amplituden haben, ist eine Begrenzereinrichtung
vorgesehen, die die Gleichrichter 21, 29 und 30 enthält. Das obere Ende (die Anode) des
Gleichrichters 21 ist über einen Widerstand 31 mit der Spannungsquelle 7 und über den Gleichrichter 29
mit dem Kollektor 4 verbunden. Dieser Verbindungspunkt zwischen Gleichrichter 29 und Gleichrichter 21
ist außerdem über einen Gleichrichter 30 mit einer Spannungsquelle 32 und über den Gleichrichter 21
und den Lastwiderstand 22 mit der Spannungsquelle 25 verbunden. Die Spannungsquelle 32 soll dabei etwa
— 3,5 Volt haben.
Während der Impulspausen ist das Potential des Kollektors 4 entweder unterhalb dem der Quelle 25
oder dem der Quelle 32, so daß der Gleichrichter 29 entsperrt und die Gleichrichter 21 und 30 gesperrt
sind. Dadurch ist das Potential auf der Leitung 28 gleich dem der Quelle 25, nämlich —11 Volt. Kommt
nun ein Kippimpuls an der Klemme 19 an, dann steigt das Kollektorpotential, wie bereits beschrieben, derart
an, daß der Gleichrichter 15 entsperrt wird. Dieses Potential ist höher als das der Quelle 25, so daß der
Gleichrichter 29 gesperrt und die Gleichrichter 21 und 30 entsperrt werden. Daraufhin nimmt die Leitung 28
das Potential der Quelle 32, nämlich —3,5 Volt, an.
Auf diese Weise wird das Potential der erzeugten Impulse zwischen —11 Volt und — 3,5VoIt stabilisiert.
Bei den angegebenen Werten für die Spannungsquellen 14 und 32 muß dann die Maximalamplitude
der an der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 18 auftretenden Signalwelle auf etwas weniger als
+ 2 Volt begrenzt werden. In der Praxis ist eine etwas engere Begrenzung wünschenswert, wenn eine lineare
Beziehung zwischen der Amplitude der Signalwelle
Claims (1)
- 5 6und der Zeitauslenkung der kurzen differenzierten Im- Weiterhin wurde gefunden, daß der Speichereffekt^ulse an der Klemme 24 gefordert wird. für positive Löcher maßgeblich durch das Kollektor-In einem ausgeführten Schaltbeispiel gemäß Fig. 1 elektrodenkontaktsystem beeinflußt wird, und es ist behatten die einzelnen Schaltelemente die folgenden kannt, daß man, um einen guten Transistor mitWerte: 5 Spitzenkontakt herzustellen, den Kristall am Kollektorelektrodenkontakt einem geeigneten Elektroformie-Widerstand 8 27 000 Ohm rungsprozeß unterziehen muß. Dies führt dazu, daßWiderstand 10 4 700 0hm man auf diese Weise eine Kristalltriode auf ihreWiderstand 16 680 Ohm Speichereigenschaften prüfen kann. Es wurde festwiderstand 31 25 000 Ohm 10 gestellt, daß, wenn das angelegte Wechselspannungs-Widerstand 22 3 500 Ohm potential, das für einen bestimmten gleichgerichtetenKondensator 6 0,00047 Mikrofarad Strom ]n einem Kreis mit bestimmtem WiderstandKondensator 17 0,04 Mikrofarad notwendig ist, bei wachsender Frequenz gemessenSpule 5 0,00074 Henry wird' sich eltl scharfer Potentialanstieg bei Fre-15 quenzen über 50 kHz ergibt (entsprechend einemWindungswiderstand der Sekundär- raschen Abfall des Gleichrichterwirkungsgrades), wennwicklung des Übertragers 18 ... 600 Ohm man eine Kristalltriode hat, die beträchtliche MengenSpannungsquelle 7 +48 Volt von positiven Löchern zu speisen vermag. Demnach istSpannungsquelle 9 —48 Volt ejne Kristalltriode für eine Schaltung gemäß der Er-Spannungsquelle 11 —1,5 Volt 20 fin(iung geeignet, wenn eine in der oben angegebenenSpannungsquelle 14 -2 Volt Weise gemessene Gleichrichterwirkung bei 70 kHzSpannungsquelle 25 —11 Volt mindestens 3 dbm unter der bei niedrigen FrequenzenSpannungsquelle 32 -3,5 Volt uegt_ Alle Spannungsquellen sind zwar in Fig. 1 zumbesseren Verständnis als getrennte Batterien darin Fig. 2 ist die Amplitude der an Klemme 27 25 gestellt. Es ist jedoch klar, daß jede geeignete Gleich-(Fig. 1) auftretenden längenmodulierten Impulse über stromquelle verwendet werden kann, und daß es nichtder Zeitachse aufgetragen. Die maximale und mini- notwendig ist, voneinander getrennte Quellen anzu-male Zeitauslenkung der Hinterflanke entspricht einer ordnen.am Gleichrichter 15 liegenden modulierenden Span- Obwohl das Arbeiten der Anordnung von der nung von —2 + 0,75VoIt, über welchen Bereich die 30 Speicherung von Minderheitsträgern abhängig zu sein Anordnung völlig linear arbeitet. Die entsprechende scheint, wurde jedoch nicht festgestellt, daß die Zeitauslenkung ist insgesamt 0,7 μβεα In Fig. 3 ist die Arbeitsfrequenz der Anordnung dadurch irgendwie Beziehung zwischen der Verzögerung des Auftritts- beeinträchtigt wird. Die Änderung der Auftrittszeitzeitpunktes der Hinterkante eines Impulses nach Fig. 2 punkte der Hinterkanten der erzeugten Impulse begegenüber einem willkürlich angenommenen Nullwert 35 einflussen die Auftrittszeitpunkte der Vorderkanten dargestellt, und zwar über dem am Gleichrichter 15 der nachfolgenden Impulse nahezu gar nicht, so daß liegenden Potential. Man sieht, daß diese Beziehung bei einer Verwendung der Anordnung als Impulsüber den Bereich —2 + 0,75 Volt völlig linear ist. modulator in einem Mehrkanalsystem sich kein Über-Um nun die prozentuelle Modulation zu vergrößern, sprechen zwischen den einzelnen Kanälen ergibt. Die kann man die Dauer der am Kollektor erzeugten Im- 40 beschriebene Anordnung wurde mit Modulationspulse verringern. Dazu ist es erforderlich, die Schal- frequenzen bis zu 20 kzH betrieben und arbeitete zutung nach Fig. 1 dadurch leicht abzuändern, daß an friedenstellend. Es sei noch darauf verwiesen, daß es Stelle der Spule 5 und des Kondensators 6, wie in mit dieser Anordnung leicht möglich ist, längenmodu-Fig. 4 gezeigt, ein an einem Ende offenes Verzöge- lierte Impulse relativ großer Amplitude zu erzeugen, rungsnetzwerk 33 verwendet wird, das nur die Schalt- 45 und damit auch phasenmodulierte Impulse auselemente enthält, die mit dem Emitter und dem reichender Leistung, so daß eine weitere Verstärkung Kollektor der Kristalltriode verbunden sind. Das Ver- nicht erforderlich ist.zögerungsnetzwerk 33 soll dabei einen Wellenwider- Weiter ist zu bemerken, daß die in Fig. 1 gezeigte stand von etwa 1000 Ohm und eine Verzögerung von Kristalltriode nicht unbedingt als Kippstufe auf-0,4 μβεΰ aufweisen, so daß die Länge der erzeugten 50 gebaut sein muß; die Schaltelemente 5 und 6 können Impulse etwa 0,8 μβεΰ beträgt. weggelassen werden, so daß die Kristalltriode als ge-Es ist festgestellt worden, daß die in der Schaltung wohnlicher Verstärker arbeitet, deren Emitterkreis nach Fig. 1 verwendete Kristalltriode von der Art sein normalerweise gesperrt ist. Wird dann ein entsoll, daß sie eine beträchtliche Menge von Minder- sperrender Impulszug mit Impulsen geeigneter Länge heitsträgern zu speichern vermag. Verwendet man bei- 55 an die Klemme 19 angelegt, so wird die Dauer der spielsweise eine Kristalltriode mit η-leitendem entsprechenden, am Kollektor auftretenden Ausgangs-Germanium mit einer Stromverstärkung >5, wenn impulse durch den beschriebenen Effekt verlängert, der Emitterstrom zwischen 0 und Vs mA beträgt, und der auf die Speicherung von Minderheitsträgern zudie Kollektorelektrode gegenüber der Basis mit rückgeführt wird. Die Länge dieser Ausgangsimpulse 20 Volt negativ vorgespannt ist, so ist das für die 60 kann dann, wie bereits beschrieben, entsprechend der Schaltung gemäß der Erfindung günstig. Mit anderen an Klemme 20 anliegenden Signalwelle moduliert Worten, Kristalltrioden mit einer hohen Anfangs- werden.Stromverstärkung weisen auch eine hohe Löcher- Die Erfindung wurde zwar an Hand eines beson-speicherung auf. deren Ausführungsbeispiels beschrieben, dies stellt je-Am besten sind Kristalltrioden mit einem Ger- 65 doch keine Beschränkung des Wesens und der An-maniumkristall, der aus η-leitendem Germanium und wendbarkeit der Erfindung dar.
einer Beifügung von Antimon gebildet ist, geeignet.Der Prozentsatz der Antimonverunreinigung soll da- Patentansprüche:bei derart gewählt werden, daß der Widerstand des 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung längen-Kristalls zwischen 4 und 6 Ohm je cm beträgt. 70 oder phasenmodulierter Impulse mit einer Kristall-triode unter Ausnutzung ihres Speichereffektes, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalltriode normalerweise durch Anlegen eines Sperrpotentials zwischen Emitter und Basis gesperrt und durch dem Emitter zugeführte Kippimpulse für eine bestimmte Periode entsperrt wird, daß im entsperrten Zustand das Kollektorpotential auf einen Schwell wert begrenzt, und daß dieser Schwellwert entsprechend der Amplitude einer Signalwelle gesteuert wird, so daß sich durch diese Veränderung des Kollektorpotentials während des Anwachsens des Kollektorstromes im entsperrten Zustand die Zeitdauer bestimmt, für die das Anwachsen des Kollektorstromes nach Ablauf der Entsperrungszeit andauert, so daß am Kollektor Impulse entsprechender Länge bzw. nach Differentiation dieser Impulse entsprechende phasenmodulierte Impulse abgenommen werden können, und daß die Amplitude der erzeugten Impulse zwischen festen Potentialen begrenzt wird.2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kristalltriode verwendet wird, deren Verstärkung α im Bereich kleiner Emitterströme, die beispielsweise zwischen 0 und 0,5 mA liegen, größer als 5 ist.3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Kristalltriode eine beträchtliche Anzahl von Minderheitsträgern zu speichern vermag, die der Kristalltriode beim Entsperren zugeführt und vom Kollektor abgenommen werden, und daß die Zeit für die Aufnahme der gespeicherten Minderheitsträger durch den Kollektor derart veränderbar ist, daß damit auch gleichzeitig die Verzögerungszeit für das erneute Sperren der Kristalltriode geändert wird.4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kristalltriode als Halbleitermaterial η-leitendes Germanium verwendet wird, das eine große Speicherfähigkeit für positive Löcher aufweist.5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Entsperrdauer durch einen positiven Rückkopplungsweg bestimmt wird.6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Rückkopplungsweg einen Serienresonanzkreis enthält.7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Rückkopplungsweg ein an einem Ende offenes Verzögerungsnetzwerk enthält.8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellpotential für den Kollektor durch eine Gleichspannungsquelle geliefert wird, deren positive Klemme mit der Basis der Kristalltriode verbunden ist, während ihre negative Klemme über einen Eingangsübertrager für die Signalwelle und einen Gleichrichter mit dem Kollektor verbunden ist, wobei der Gleichrichter derart gepolt ist, daß er bei gesperrter Kristalltriode ebenfalls gesperrt ist.9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten längenmodulierten Impulse differenziert und die durch Differentiation an Stelle der Vorderkanten der Impulse entstehenden kurzen Impulse unterdrückt werden.In Betracht gezogene Druckschriften:
»Archiv der elektrischen Übertragungen«, 5/1951,S. 428; »Proc. of the I. R. Ε.«, Bd. 40, 1952, S. 1401 bis1406; »Bell System Techn. Journal«, 1953, S. 1271 bis1302.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 009 530/350 6.60
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