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Ionizador de aire de mesa. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Ya se ha hablado mucho de los beneficios de los iones negativos del aire para la salud humana. Recordemos brevemente lo que nos aporta la aeroionización artificial del aire. En primer lugar, y lo más importante, los monitores de computadora y los televisores neutralizan los iones negativos del aire interior. Por lo tanto, necesitamos como mínimo dispositivos que puedan suprimir eficazmente las cargas positivas generadas por monitores y televisores.

Además, los ionizadores de aire deben crear la cantidad adicional necesaria de iones negativos en el espacio aéreo de la habitación, es decir, los dispositivos aeroionizadores no sólo deben compensar la escasez, sino también producir una cantidad adicional de iones negativos. Enumeremos los principales efectos negativos de la falta de iones negativos en el aire: fatiga, irritabilidad, insomnio, enfermedades respiratorias agudas (IRA), trastornos del sistema nervioso central (SNC) y del sistema cardiovascular. Las ventajas de utilizar ionizadores de aire se describen muy bien en [1]. Con el uso de un ionizador, el proceso de envejecimiento se ralentiza, se lleva a cabo el proceso de tratamiento de la esclerosis múltiple y la locura senil y mejoran los procesos de fusión ósea en la vejez. La inmunidad mejora. Los autores advierten con razón que sólo la inhalación sistemática de aire ionizado produce los resultados deseados. No puedo evitar estar de acuerdo con esta opinión.

Todo estaría bien, pero la lámpara de araña de Chizhevsky tiene dimensiones considerables, lo que causa los correspondientes problemas en nuestros apartamentos estrechos, especialmente con techos bajos. Pero eso no es todo lo que se esconde en el uso de este tipo de “ventosas” en los techos. En [2] se observó con razón que el techo está cubierto de polvo fino. Es necesario realizar un aislamiento adicional de la superficie del techo donde se encuentra la lámpara de araña Chizhevsky, reducir la altura de la suspensión de esta última o hacer ambas cosas al mismo tiempo.

El gran tamaño de la lámpara de araña se debe únicamente a la conveniencia de obtener la eficiencia necesaria en la generación de iones negativos. Los llamados emisores de alambre de iones negativos parecían ofrecer una salida a esta situación [2]. El funcionamiento prolongado de estos emisores ha confirmado su superioridad en la eficiencia de la radiación de iones negativos del aire. Pero al menos tienen dos inconvenientes importantes que dificultan su uso. En primer lugar, las paredes se cubren con polvo fino a lo largo del alambre estirado. En segundo lugar, la habitación se vuelve desagradablemente "desordenada" con tales emisores: no, no, y alguien cortará estos cables. ¿Por qué no crear una versión de escritorio del ionizador de aire? Al fin y al cabo, sólo en este caso podremos respirar aire ionizado en cualquier habitación sin “pegarnos” a los techos de cada habitación. Este diseño del dispositivo aeroionizador permitirá su instalación directamente en nuestro lugar de trabajo. O es un escritorio, o el lugar de trabajo de un ingeniero de radio, programador, cerca de un simulador deportivo, etc.

El uso tradicional de convertidores de voltaje de red a bajas frecuencias de ~220 V al alto voltaje requerido de polaridad negativa es extremadamente indeseable. Esto ya ha sido mencionado en la literatura. Aparecen pulsaciones de amplitud significativas, superpuestas a la tensión de alto voltaje. Puede deshacerse de esto de la manera más sencilla aumentando la frecuencia a la que opera el circuito convertidor.

Puede evitar los problemas asociados con la conexión a una fuente de alimentación de bajo voltaje si modifica el circuito del convertidor. Después de todo, hay que estar de acuerdo en que los convertidores de voltaje para ionizadores de aire, publicados, por ejemplo, en [2] o [3], son bastante funcionales.

El diseño de [2] funcionó durante mucho tiempo sin problemas con la estabilidad y confiabilidad del sistema en su conjunto. Pero la conexión a un estabilizador de voltaje de 12 V sólo dificulta la movilidad del sistema, especialmente si también hablamos de emisores de iones (“candelabros”). Afirmaciones similares son bastante ciertas con respecto al diseño [3]. Este convertidor requiere dos fuentes de voltaje: 30 V (280 mA) y 5 V (40 mA). El diseño le permite deshacerse de la instalación de un estabilizador de red al alimentar el circuito convertidor al ionizador de aire (Fig. 1).


(haga clic para agrandar)

La corriente consumida por este circuito no supera varias decenas de mA. Casi todas las piezas, excepto el multiplicador de diseño, están alojadas en una pequeña caja de plástico. Sólo el transistor VT2 está equipado con un pequeño radiador.

La tensión de red se suministra al puente de diodos VD1-VD4 a través de las resistencias limitadoras de corriente R1 y R2. Por lo tanto, en las circunstancias más desfavorables (por ejemplo, rotura del condensador electrolítico C1), la corriente a través del puente de diodos no puede exceder los 0,5 A. Los diodos 1N4007 pueden soportar una corriente directa de al menos 1 A (Uarb≤1000 V). Y para casos críticos, el circuito contiene un fusible para una corriente de 0,25 A (.U1).

El voltaje positivo del capacitor C1 se suministra simultáneamente a dos secciones del circuito. El primero es a través de la resistencia R7 al transformador de impulsos T1 y al colector del transistor de alto voltaje VT2. El segundo es a través de las resistencias de balasto R3-R6 al pin 14 del microcircuito DD1 y a través de la resistencia limitadora R12 al colector del transistor de "impulso" VT1. El suministro de energía a esta sección del circuito es estable debido a la presencia de un diodo zener VD5. El oscilador maestro del diseño está ensamblado en un circuito de "diodo" de eficacia probada.

Se trata de los elementos DD1.1, DD1.2, C5, VD6, VD7, R9 y R10. El circuito se refuerza mediante la conexión en paralelo de dos elementos adicionales del microcircuito DD1.3, DD1.4. Desde la salida de la resistencia limitadora de corriente R11, se suministran pulsos de control rectangulares al transistor VT1. La pequeña capacitancia del condensador de forzado C6 contribuye al rápido apagado del transistor VT1. Desde el emisor de este transistor, la señal pasa a la base de la etapa final (transistor VT2). Una característica distintiva de este circuito es la presencia de una resistencia de baja resistencia R13 (51 ohmios), concretamente 51 ohmios.

Como es sabido, el valor de UКЭmax de los transistores de alto voltaje está garantizado sólo con una estricta normalización de la resistencia de la resistencia conectada entre los terminales base y emisor. Los radioaficionados simplemente se olvidan de esto, sorprendidos por los resultados “letales” de los transistores de alto voltaje en sus diseños. Por eso, hasta hace poco, las etapas de salida de los convertidores de voltaje de circuitos de alto voltaje con "refuerzo" mediante un transformador de pulsos eran tan comunes. Este último estaba conectado entre la base y el emisor del transistor de salida. Esto "mató dos pájaros de un tiro". El primero es un cortocircuito de corriente continua (casi cortocircuito) de los terminales base y emisor del transistor. Es decir, el problema de UКЭmax (UКЭmax limitado por la resistencia entre la base y el emisor) se resuelve automáticamente. El segundo es la recepción, la capacidad de suministrar pulsos mientras este transistor está apagado. Pero, como usted sabe, este es el mejor método para "succionar" los portadores minoritarios de la base de un transistor bipolar. Pero como no hay grandes potencias de conmutación en el circuito de la Fig. 1, resultó posible arreglárselas con un sistema de control simple para el transistor clave VT2. Dado que nuestro sistema es resonante, tuvimos que seleccionar cuidadosamente los parámetros del pulso. Esto se hace utilizando dos resistencias de recorte R9 y R10 instaladas en la placa.

Las duraciones de la pausa (tp) y del pulso (ti) se seleccionan por separado. Sólo así se puede conseguir un buen rendimiento en términos de consumo de energía con la alta tensión de salida requerida (≥25 kV). La frecuencia se selecciona cambiando la capacitancia del condensador C5 (20-50 kHz). Cabe destacar que no solo el microcircuito del generador de reloj, sino también el transistor VT3 se alimenta desde el estabilizador paramétrico más simple (R6-R5, VD1). Por eso es tan importante optimizar el circuito de control del potente transistor de salida VT2. Por cierto, mi versión del diseño permanece operativa hasta que la resistencia de la resistencia R13 se reduce a 33 ohmios inclusive. Es decir, en realidad se utilizó una fuente de voltaje de baja potencia y otra para “dos frentes”.

 La resistencia instalada en el circuito colector (R12) sirve como un optimizador único de la forma del pulso. Gracias a su presencia, fue posible "exprimir" todo lo necesario del circuito, es decir. resolver completamente los problemas asignados. La carga del transistor VT2 es el devanado primario (I) del transformador de impulsos T1. Junto con el condensador C13 I, el devanado forma un circuito oscilatorio. Este diseño garantiza una eficiencia alta y estable del ionizador en su conjunto. El diodo VD8 sirve para proteger el transistor VT2 del voltaje inverso.

Sobre el condensador C4. Sin este elemento, el circuito no funcionará con normalidad. Para ser honesto, se probaron varias variantes de circuitos de etapa de salida y nodos que alimentan estos circuitos. Si se instala una resistencia con la carga del amplificador, entonces el condensador de bloqueo no solo es necesario, sino que también es necesario. De lo contrario, no se garantiza el funcionamiento normal del propio elemento amplificador. Además, instalar una muestra "sonante" como condensador de bloqueo conduce a resultados tristes.

Si la carga "oscila" con una frecuencia de 20-30 kHz o más, entonces el condensador de bloqueo debe poder suprimir estas "oscilaciones", es decir “tomar el control” y provocar un cortocircuito en el cable común. Piense en la ingeniería de audio. Se habla mucho de las distorsiones registradas por los equipos de medición. Y sólo de vez en cuando hay comentarios sobre la calidad de los condensadores utilizados. Los condensadores de menor frecuencia son electrolíticos. Por eso, en casos críticos, se desvían por otros de mayor frecuencia, no electrolíticos.

Desde el devanado secundario (II) del transformador de impulsos T1, se suministra tensión alterna a un multiplicador de tensión de alto voltaje, que está ensamblado en los elementos C7-C12, C14-C17 y D9-D18.

El aumento del número de unidades multiplicadoras (10 frente a 6 tradicionales) permitió reducir la tensión de salida del devanado II del transformador de impulsos T3 a 2,5 kV (1 kV ya es suficiente). Y esto aleja el modo de funcionamiento del transformador del área de su funcionamiento cerca de una posible avería eléctrica. La última circunstancia es muy peligrosa para esta unidad de bobinado. Como lo han confirmado los experimentos y el funcionamiento, hasta 4 kV el transformador funciona de forma estable, sin “corona” ni otros efectos peligrosos para él. Aumentar la tensión en el segundo devanado a 5 kV puede provocar una rotura del aislamiento entre las espiras, lo que desactiva el transformador. Es decir, cuando un transformador de impulsos está diseñado sin relleno de compuesto, su funcionamiento confiable solo está permitido con un voltaje de salida de no más de 4 kV. Pero no quería llenar este producto con compuesto. Por lo tanto, se decidió aumentar el número de unidades multiplicadoras. Esto, entre otras cosas, también descarga a los elementos multiplicadores de tensión de la tensión establecida en ellos.

Esta última circunstancia nos recompensará con la ausencia de fallos en los elementos multiplicadores de tensión. Al mismo tiempo, ya había reparado multiplicadores de alto voltaje de seis etapas y fue necesario reemplazar tanto los diodos como los condensadores (la "salida" era -30 kV, no había cortocircuitos en la salida).

Detalles. Los diodos rectificadores de puente VD1-VD4 tipo 1N4007 son reemplazables por otros similares con una corriente directa permitida de al menos 0,3 A y un voltaje inverso de al menos 400 V, por ejemplo, tipo KD105(B, V, G), KD226 (V-E ), KD243 (G-Zh), KD247 (G-Zh), KD209 (A-G), etc. Es muy posible utilizar puentes de diodos como KTs405, KTs402, KTs407, etc. Pero en este caso, es necesario modificar el diseño de la PCB. Condensador C1 de cualquier tipo para el voltaje requerido con una capacidad de 10-30 μF.

En mi diseño, está instalado K50-12 ("acostado"). El condensador C2 es del tipo K50-35, su capacidad tampoco es crítica y puede estar en el rango de 50-200 μF. La tensión de funcionamiento debe ser mayor que la tensión de estabilización del diodo zener VD5. Condensador C3 tipo K73-17, su capacidad puede estar en el rango de 0,022-0,1 μF. El condensador C4 debe ser de alta calidad (tanδ pequeña, es decir, la tangente de pérdida dieléctrica debe ser menor). Usé el tipo K78-2. Estos son buenos condensadores. Incluso son adecuados para separar elementos entre etapas de válvulas de un amplificador de audio de alta calidad. El condensador C5 es de tipo mica KSO y el C6 es KD. El condensador de bucle C13 se compone de dos condensadores conectados en serie del tipo K15-5 con una capacidad de 2200 pF con un voltaje de funcionamiento de 6,3 kV cada uno.

La capacitancia total es 1000 pF y el voltaje equivalente es 12 kV. Resistencias trimmer R9 y R10 tipo SP3-38b. Resistencia R14 de alto voltaje tipo KEV-2. Las resistencias restantes son del tipo MLT (es posible MT). Diodos del multiplicador de alto voltaje D9-D18 tipo KTs106G, se pueden instalar KTs106V e incluso KTs106B.

Hoy en día puedes comprar en el mercado una gran variedad de componentes de radio. Pero, como muestra la práctica, los radioelementos fallan con mayor frecuencia debido a sobretensiones que a sobrecargas de corriente. Y a menudo sucede que las piezas simplemente no corresponden a los parámetros garantizados en las especificaciones. Los condensadores multiplicadores C7-C12 y C14-C17 también deben tener un factor de carga más bajo (no 0,7, como suele permitirse para el voltaje). Instalé K15-4 (470 pFx20 kV), por lo que el margen de seguridad es suficiente. El hecho es que es más fácil quemar elementos multiplicadores durante el proceso de configuración (o experimentos, como sucedió). Por tanto, el margen de resistencia eléctrica en este caso no es un lujo, sino una necesidad. Durante los experimentos, es posible que se produzcan impulsos de tensión (sobretensiones) en el devanado II, que superen significativamente la tensión nominal o de funcionamiento del devanado II del transformador T1. Y esto provoca defectos en los diodos y condensadores del multiplicador. Y sólo en un circuito bien establecido se pueden instalar elementos con un factor de carga de 0,7 o 0,5 sin riesgo de dañarlos.

Ahora, lo más "aterrador": el transformador de impulsos. La fiabilidad del dispositivo en su conjunto depende en gran medida de la precisión de fabricación de este producto. El núcleo es un núcleo magnético de ferrita de grado 600NN ∅ 8 mm y 160 mm de longitud. Ambos devanados se colocan sobre un marco seccionado. Para evitar problemas innecesarios al girar el marco seccional, se probó una versión más asequible del diseño seccional de los devanados del transformador T1. Este método no requiere el uso de torneado y es ideal para la producción casera de bobinas seccionadas y transformadores en circuitos de impulsos. Primero, se enrollan de 3 a 4 capas de papel transformador (encerado) en una varilla de ferrita. Cualquier otro papel grueso servirá. Después de eso, mida el diámetro del producto resultante con un calibre. Los espacios en blanco de laminado de fibra de vidrio sin lámina se cortan en formas cuadradas de 30x30 mm. Debería haber 11 de ellos.

También es adecuado cualquier otro material aislante eléctrico con un espesor superior a 0,5 mm. En el centro de las piezas de trabajo perforamos un agujero según el diámetro de la pieza de trabajo, medido con un calibre. Posteriormente, estos espacios en blanco deberían estar a mano, ya que la tecnología de fabricación requerirá una instalación rápida en la varilla. Todos los devanados están enrollados con alambre PELSHO 0,25. Este cable tiene doble aislamiento y esto no es una exageración aquí. No vale la pena enrollarlo con un cable más grueso, ya que el cable no encajará en las secciones proporcionadas y los devanados ocuparán un espacio excesivamente voluminoso en el cuerpo del dispositivo. Por favor, de menor diámetro. Entonces, la primera almohadilla aislante se fija a la varilla de ferrita con pegamento o cinta cerca de uno de los extremos de la ferrita. En total, la varilla de ferrita debe tener diez secciones. Por lo tanto, utilizando cualquier objeto de escritura, realizamos marcas para la colocación de futuras juntas-particiones de las secciones-devanados necesarios.

Después de esto, instalamos la segunda junta aislante. Lo aseguramos con hilos del lado donde lo enrollaremos. En la bobina resultante damos vueltas 300 vueltas. Hacemos esto 10 veces seguidas. Consideramos que el devanado II ya está enrollado y contiene 3000 vueltas de alambre PELSHO 0,10,25. Ahora sólo queda darle cuerda al I. Está ubicado en la parte superior, es decir. sobre bobinado II. También está “roto”, pero sólo en cuatro secciones, contando desde el extremo “frío” (el terminal superior del devanado I en el diagrama).

¡Bajo ninguna circunstancia debe enrollar cerca del terminal del devanado II, donde habrá un voltaje de varios kilovoltios! Cada una de las cuatro secciones contiene 75 vueltas del mismo cable que antes (es decir, 300 vueltas en total). De esta forma se pueden evitar problemas tecnológicos con la fabricación de un marco seccional y deficiencias en el proceso de fabricación de un transformador de alta frecuencia.

En efecto, mida la capacitancia de esta bobina (devanado II) con un medidor de capacitancia. ¡Le sorprenderá gratamente saber que la capacidad es realmente insignificante! Lo mismo ocurre con el devanado I de este transformador (¡unidades pF!). Observo que la longitud de la varilla de ferrita se puede reducir 1,5 veces o aumentar 1,5 veces.

La relación de vueltas también se puede cambiar dentro de amplios límites. Pero la avería eléctrica (ver arriba) no se puede evitar sin un relleno dieléctrico (sellador) si se desea "extraer" un voltaje más alto del devanado II T1. Gracias a la forma cuadrada de las mejillas del marco seccionado, el transformador se puede montar fácilmente en una placa de circuito impreso. El transistor VT1 se selecciona con el parámetro ∆h21e>>300 (Ib=const=1 µA). El transistor VT2 se selecciona utilizando un medidor Ukemax (>>1200 V). En lugar del transistor KT828A, también instalamos el KT838A. No he probado el funcionamiento del ionizador de aire con otro tipo de transistores. Aunque se puede suponer que KT872A, BU508 fabricados en el extranjero, etc., son bastante adecuados.

Diseño. Todos los elementos del circuito de la Fig. 1, excepto el multiplicador de voltaje, se colocan sobre una placa de circuito impreso (Fig. 2), que se coloca en una caja de plástico de 150x180x45 mm.

El multiplicador de tensión de alto voltaje está alojado en una carcasa independiente de 140x70x60 mm. Los condensadores K15-4 tienen contactos roscados en un lado de la carcasa. Por ello, se fijan a la placa aislante con tuercas. Los diodos KTs106G están soldados directamente a los terminales de estos condensadores. En la tapa superior de la caja de plástico está instalado un tubo aislante de D16 mm y unos 20 cm de largo, al terminal de la resistencia R14 están soldados 12 hilos de nicromo de ∅ 0,15 mm y unos 30 cm de largo, que salen a través del tubo aislante. Este es el emisor de iones de aire negativos. Se trata de una especie de panoja de 12 hilos de más de 10 cm de longitud, contando desde el borde del tubo aislante.

Y un punto más muy importante. Las piezas del multiplicador de alto voltaje deben llenarse con compuesto. La parafina funciona bien. No crea en las descripciones de diseños de ionizadores donde el alto voltaje es ≥25 kV y no requieren llenado con compuesto. Supuestamente, basta con redondear los bordes de las uniones de soldadura afiladas y listo. Pero eso no es cierto. Cuanto mayor es el voltaje, más fuertes son los procesos, acompañados sólo de progresión. Y esto conduce demasiado rápidamente a piezas defectuosas del multiplicador.

Sellar las piezas del multiplicador es un asunto completamente diferente. Y sólo bloqueando el acceso del aire (¡oxígeno!) a los elementos de los circuitos de alto voltaje, los protegemos de defectos rápidos. Es por eso que todos los multiplicadores de voltaje para televisores están sellados herméticamente, aunque sus altos voltajes están en el rango de 16-27 kV (e incluso menos).

El bloque convertidor y el bloque multiplicador están conectados entre sí mediante un cable de alto voltaje de unos 120 cm de largo, si dicho cable no está disponible, se sustituye por uno casero. Este cable está fabricado de televisión por radiofrecuencia tipo RK-75. Para ello, simplemente retira la pantalla trenzada. La toma inferior del devanado II del transformador T1 según el diagrama está conectada con un conductor aislado de varios núcleos separado.

Damos preferencia al cable RK-75 con conductor central multinúcleo. Esto es especialmente importante si se planea utilizar el ionizador durante cambios privados en los lugares de trabajo. El cable se doblará muchas veces, lo que significa que su confiabilidad y resistencia deben corresponder a esto. Si la estructura está hecha de un solo cuerpo, entonces todo el espacio interno deberá llenarse con compuesto. De lo contrario, fallan el microcircuito del generador y otros elementos del convertidor de voltaje. Pero podemos deshacernos fácilmente del cable de conexión de alto voltaje.

Sobre mejorar. Un circuito ensamblado con componentes de radio reparables comienza a funcionar inmediatamente. La primera conmutación se realiza mediante un autotransformador de laboratorio (LATR) con un amperímetro que tiene un límite de medición de corriente de 0-100 mA.

Habiendo reducido el voltaje LATR al mínimo, lo aumentamos gradualmente. Un circuito en funcionamiento no debería consumir mucha corriente. Pero un diseño desafinado puede consumir una corriente de 50 a 70 mA o incluso más. Por lo tanto, el transistor de salida, equipado con un pequeño radiador CAL (70x70x1,5 mm), se calentará mucho. Al mismo tiempo, una instancia que funciona bien consume una corriente de la red de aproximadamente 33 mA (no más de 40 mA). El transistor ahora apenas estará caliente al tacto. Cuando el voltaje en el diodo zener se acerca al voltaje de estabilización, puede comenzar a ajustar los parámetros del generador. Dejamos los motores de resistencia del trimmer en el modo de funcionamiento del generador que proporciona el voltaje de salida más alto en la salida del multiplicador. Durante la instalación, desconecté el multiplicador del segundo devanado del transformador T1.

Utilizamos un rectificador unipolar en un diodo KTs106G y un condensador de 470 pFx20 kV. Además, utilizamos una resistencia limitadora de corriente con una resistencia de 100 MOhm tipo KEV-2 y un cabezal de 50 μA. Obtenemos un voltímetro con un límite superior de 5 kV. Sin embargo, el voltaje también se puede controlar en el punto de conexión de los condensadores C8 y C10 con los diodos VD10 y VD11 a través de la misma resistencia. Pero esto es posible siempre y cuando el multiplicador no esté sellado. En mi diseño, la resistencia de la resistencia R9 es de 125 kOhm y R10 = 287 kOhm (medida con un voltímetro universal tipo B7-38).

Después de esto, se seleccionan las resistencias de las resistencias R12 y R13. No se puede seleccionar la resistencia R13 si su resistencia en el rango de 47 a 100 ohmios no afecta el funcionamiento del circuito en su conjunto. La resistencia de la resistencia R12 se selecciona desde el punto de vista de obtener el voltaje máximo en el devanado II del transformador T1. Es necesario no sólo “entrar en resonancia” con el circuito formado por el primer devanado del transformador T1 y el condensador C13, sino también encontrar (¡en el sentido literal de la palabra!) el modo de funcionamiento más ventajoso del convertidor. Y la resistencia R12 simplemente afecta este modo de funcionamiento del transistor VT2. Para ser honesto, todos los ajustes afectan tanto la magnitud del voltaje del pulso en la salida del devanado II T1 como la corriente consumida por el dispositivo de la red. Y además. ¡No debemos olvidarnos de las precauciones de seguridad, ya que los elementos del circuito convertidor están conectados galvánicamente a la red eléctrica!

Literatura:

  1. Shtan Yu.A., Shtan V.Yu. Sobre algunas características del uso de ionizadores de aire (dispositivos "Araña de Chizhevsky") // Radioamator. - 2001. - No. 1. P.24.
  2.  Zyzyuk A.G. Los ionizadores del aire//Radioamator. - 2000. - No. 5. - P.36.
  3. Lebedev V.D., Lebedev D.V. Ionizador de aire//Radioamator. - 2000. N° 8. - P.28.

Autor: A.G. Zyzyuk

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