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Zasilacz stabilizowany 12V

Marcin Polkowski

marcin@polkowski.eu

3 grudnia 2007

Spis tre±ci

1 Wprowadzenie

2

2 Wykonane pomiary

2

2.1 Charakterystyka napi¦ciowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.2 Charakterystyka pr¡dowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

3 Podsumowanie

4

4 Propozycje na przyszªo±¢

4

5 Bibliograa

4

Spis rysunków

1

Ukªad zasilacza stabilizowanego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2

Charakterystyka napi¦ciowa zasilacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3

Charakterystyka napi¦ciowa zasilacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

4

Charakterystyka pr¡dowa zasilacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

5

Charakterystyka pr¡dowa zasilacza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

6

Charakterystyka pr¡dowa zasilacza dla maªych pr¡dów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

7

Charakterystyka obci¡»eniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Spis tablic

1

Pomiary charakterystki napi¦ciowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2

Pomiary charakterystki pr¡dowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1

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1 Wprowadzenie

Celem ¢wiczenia byªo zbudowanie i zbadanie prostego ukªadu 12-voltowego zasilacza stabilizowanego. Ukªad

zostaª skonstruowany na bazie monolitycznego stabilizatora µA723.

Rysunek 1: Ukªad zasilacza stabilizowanego

Zasilacz stabilizowany to urz¡dzenie elektroniczne sªu»¡ce do zasilania napi¦ciem staªym innych obwodów i

urz¡dze« elektrycznych. Charakteryzuje si¦ bardzo du»¡ stabilno±ci¡ napi¦cia wyj±ciowego. Poniewa» napi¦-

cie wyj±ciowe zmienia si¦ wraz ze zmianami pr¡du obci¡»enia, ukªad stabilizatora ±ledzi napi¦cie wyj±ciowe,

dokonuj¡c takiej zmiany w wysterowaniu tranzystora szeregowego, jaka jest konieczna do utrzymania napi¦cia

wyj±ciowego na staªym poziomie.

Ukªad zostaª zmontowany zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku

1

1 (strona 2). Ukªad zostaª zasilony

staªym napi¦ciem 18(zmierzono: 1791 ± 009) z zasilacza, a warto±¢ potencjometru P1 zostaªa dobrana w

taki sposób, aby napi¦cie wyj±ciowe wynosiªo 12(zmierzono: 1202 ± 006)

Tak skongurowany ukªad posªu»yª do wykonania pomiarów charakterystyki amplitudowej i pr¡dowej.

2 Wykonane pomiary

2.1 Charakterystyka napi¦ciowa

Na wej±cie ukªadu przestawionego na rysunku 1 (strona 2) wprowadzono napi¦cia z zakresu od 12do 251V

i zmierzono warto±¢ napi¦cia na oporniku 500Ω (zmierzono: 51300 ± 410Ω) b¦d¡cym obci¡»eniem wyj±cia.

Warto±¢ oporu potencjometru P1 zostaªa wcze±niej dobrana w taki sposób, aby napi¦cie wyj±ciowe generowane

w zasilaczu (w obszarze pªaskiej charakterystyki) wynosiªo 12.

Zmierzone warto±ci wraz z niepewno±ciami zostaªy uj¦te w tabeli 1 (strona 11). Pomiary zostaªy przedawnione

na wykresie 2 (strona 5) - bez nanoszenia niepewno±ci oraz na wykresie 3 (strona 6) - z niepewno±ciami.

Na wykresach wida¢, »e napi¦cie wyj±ciowe nie jest staªe dla napi¦¢ wej±ciowych mniejszych ni» 139. Powy»ej

tej warto±ci napi¦cie wyj±ciowe jest staªe (12V) i nie zale»y od napi¦cia wej±ciowego.

Do zbocza charakterystyki dla U

we

139V

dopasowano prost¡ o równaniu

(x) = ax b

1

Rysunek pochodzi z instrukcji do ¢wiczenia Analogowe ukªady scalone

2

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i otrzymano nast¦puj¡ce warto±ci parametrów b:

= 09604 ± 00011

13111 ± 0.0097

2.2 Charakterystyka pr¡dowa

Aby wykona¢ pomiar charakterystyki pr¡dowej zasilacza na jego wej±cie podano staªe napi¦cie 18(1798 ±

009V

), a obci¡»any opornik 500Ω zast¡piono opornikiem dekadowym

2

.

Na podstawie pomiarów rezystancji obci¡»anego opornika dekadowego i napi¦cia wyj±ciowego wyznaczono za-

le»no±¢ napi¦cia wyj±ciowego od pr¡du pªyn¡cego przez ukªad. Aby wyznaczy¢ nat¦»enie pr¡du skorzystano z

prawa Ohma:

=

U
R

gdzie jest napi¦ciem wej±ciowym podawanym z zasilacza, a rezystancj¡ opornika dekadowego.

Obydwie wielko±ci wykorzystywane do wyznaczania nat¦»enia pr¡du obarczone s¡ niepewno±ciami, wi¦c aby

wyznaczy¢ niepewno±¢ korzystamy ze wzoru na propagacj¦ maªych bª¦dów

3

:

σ =

v

u

u

t

n

X

i=1

µ

∂f

∂x

i

2

σ

x

i

W rozpatrywanym przypadku (po przeksztaªceniach) otrzymujemy wzór na niepewno±¢ nat¦»enia pr¡du I:

σ

I

=

r

σ

U

R

2

σ

R

U

2

R

4

Wszystkie warto±ci zmierzone i obliczone zostaªy zestawione w tabeli 2 (strona 15).

Pomiary zostaªy przedawnione na wykresie 4 (strona 7) - bez nanoszenia niepewno±ci oraz na wykresie 5 (strona

8) - z niepewno±ciami.

Wykres 6 (strona 9) przedstawia liniowy fragment charakterystyki pr¡dowej (dla pr¡dów od 002do 0045A)

Jak wida¢ na wykresach napi¦cie wyj±ciowe jest staªe dla nat¦»e« pr¡du poni»ej 0,045A. Dla wi¦kszych pr¡dów

napi¦cie maleje nieliniowo. Do opadaj¡cego zbocza charakterystyki (I > 0045A) mo»na przypasowa¢ krzyw¡

wykªadnicz¡ dan¡ wzorem

(x) = ax

b

Po dopasowaniu otrzymano nast¦puj¡ce warto±ci parametrów b:

= 06582 ± 00024

09542 ± 0.0014

Kluczowe znaczenie dla charakterystyki pr¡dowej zasilacza stabilizowanego ma spadek napi¦cia na oporniku przy

emiterze tranzystora (20Ω, nale»y tutaj pami¦ta¢ »e zmierzona rezystancja tego opornika wynosi 19± 016Ω).

Zgodnie z prawem Ohma:

IR

Opór nie zale»y od przepªywaj¡cego pr¡du (zakªadamy, »e temperatura opornika si¦ nie zmienia), wi¦c zale»no±¢

spadku napi¦cia na oporniku od pr¡du jest liniowa. Zale»no±¢ t¡ dla ukªadu przedstawiono na wykresie 7 (strona

10).

Teoretycznie gdy spadek napi¦cia na oporniku jest wi¦kszy od 07(warto±¢ z instrukcji do ¢wiczenia) cz¦±¢

pr¡du wyj±ciowego przepªywa przez zª¡cze baza-emiter tranzystora wbudowanego w ukªad µA723. Efektem tego

2

Opornik regulowany od 0 do 1000Ω ze skokiem 10Ω

3

John R. Tylor, Wst¦p do analizy bª¦du pomiarowego, strona 87

3

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jest zmniejszenie rezystancji tranzystora co powoduje obni»enie potencjaªu steruj¡cego baz¦ tranzystora BC-211.

W wyniku tego zmniejsza si¦ napi¦cie wyj±ciowe.

W przypadku mierzonego ukªadu spadek napi¦cia wyj±ciowego nast¡piª dla nat¦»enia pr¡du I > 0045A. Dla

takiego nat¦»enia spadek napi¦cia na oporniku wynosiª

IR = 0886 ± 0017V

Dla wi¦kszych pr¡dów spadek napi¦cia na oporniku wzrastaª proporcjonalnie do nat¦»enia, a napi¦cie wyj±ciowe

malaªo (w przybli»eniu) przeciw proporcjonalnie do nat¦»enia.

3 Podsumowanie

Zbadany zostaª ukªad zasilacza stabilizowanego opartego na ukªadzie µA723. Zasilacz taki jest bardziej uniwer-

salny i ma lepsze parametry od zwykªego stabilizatora opartego na diodzie Zenera. Niestety ze wzgl¦du na maª¡

wydajno±¢ pr¡dow¡ warto go stosowa¢ tylko w urz¡dzeniach pobieraj¡cych maª¡ ilo±¢ energii.

Do zastosowa« wymagaj¡cych wi¦kszej wydajno±ci pr¡dowej du»o lepsze oka»¡ si¦ stabilizatory impulsowe.

4 Propozycje na przyszªo±¢

Zasilacz pracuje prawidªowo (daj¡c na swoje wyj±cie oczekiwane napi¦cie 12) dla napi¦¢ wej±ciowych od 139V

do 251(dla wi¦kszych napi¦¢ wej±ciowych nie wykonano pomiarów) - patrz punkt 2.1 (strona 2) . Charak-

terystyka pr¡dowa (patrzy punkt 2.2 (strona 3)) zostaªa zmierzona tylko dla napi¦cia wej±ciowego wynosz¡cego

18V

.

Gdyby starczyªo podczas ¢wiczenia czasu, interesuj¡ce byªoby sprawdzenie czy charakterystyka pr¡dowa za-

le»y (i w jaki sposób) od napi¦cia wej±ciowego ukªadu.

5 Bibliograa

Do sporz¡dzenia niniejszego raportu wykorzystane zostaªy wiadomo±ci z nast¦puj¡cych prac:

A. Filipkowski, Ukªady elektroniczne analogowe i cyfrowe, Warszawa 1978, 1995

wykªadów Prof. W. Dominika

John R. Tylor, Wst¦p do analizy bª¦du pomiarowego, Warszawa 1995

specykacji technicznych u»ytych ukªadów scalonych

4

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0

5

1

0

1

5

2

0

2

5

0

2

4

6

8

1

0

1

2

C

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

a

 

n

a

p

i

c

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a

 

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b

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l

i

z

o

w

a

n

e

g

o

U

wy

 [

V]

U

w

e

 

[

V

]

U

we

= 1

3 ,

9 V

Rysunek 2: Charakterystyka napi¦ciowa zasilacza

5

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0

5

1

0

1

5

2

0

2

5

0

2

4

6

8

1

0

1

2

U

wy

 [

V]

U

w

e

 

[

V

]

U

we

= 1

3 ,

9 V

C

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

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y

k

a

 

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a

 

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g

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z

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o

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e

 

d

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p

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a

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f

u

n

k

c

j

 

f

(

x

)

=

a

x

+

b

Rysunek 3: Charakterystyka napi¦ciowa zasilacza

6

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0

,

0

5

0

,

1

0

0

,

1

5

0

,

2

0

0

,

2

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,

3

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,

3

5

0

,

4

0

0

2

4

6

8

1

0

1

2

I =

0 ,

0 4

5 A

C

h

a

r

a

k

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e

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s

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y

k

a

 

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r

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l

i

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o

U

wy

 [

V]

I

 

[

A

]

Rysunek 4: Charakterystyka pr¡dowa zasilacza

7

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0

,

0

0

0

,

0

5

0

,

1

0

0

,

1

5

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0

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2

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3

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4

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2

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1

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1

2

z

b

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c

z

e

 

d

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o

w

a

n

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f

u

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k

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(

x

)

=

a

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C

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a

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k

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e

r

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s

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y

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a

 

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d

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w

a

 

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a

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a

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a

 

s

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i

l

i

z

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w

a

n

e

g

o

U

wy

 [

V]

I

 

[

A

]

I =

0 ,

0 4

A

Rysunek 5: Charakterystyka pr¡dowa zasilacza

8

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0

,

0

2

0

0

,

0

2

5

0

,

0

3

0

0

,

0

3

5

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,

0

4

0

0

,

0

4

5

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,

0

5

0

0

,

0

5

5

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,

0

6

0

0

2

4

6

8

1

0

1

2

I =

0 ,

0 4

5 A

C

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

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a

 

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o

U

wy

 [

V]

I

 

[

A

]

d

l

a

 

p

r

d

ó

w

 

 

0

,

0

2

A

 

-

 

0

,

0

6

A

Rysunek 6: Charakterystyka pr¡dowa zasilacza dla maªych pr¡dów

9

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0

,

0

0

0

,

0

5

0

,

1

0

0

,

1

5

0

,

2

0

0

,

2

5

0

,

3

0

0

,

3

5

0

,

4

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

C

h

a

r

a

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e

r

y

s

t

y

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a

 

o

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c

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i

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a

S p

a d

e k

  n

a p

i

c i

a  

n a

  o

p o

r n

i k

u  

2 0

  O

h m

  [

V ]

N

a

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n

i

e

 

p

r

d

u

 

w

y

j

c

i

o

w

e

g

o

[

A

]

I =

0 ,

0 4

5 A

Rysunek 7: Charakterystyka obci¡»eniowa

10

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Tablica 1: Pomiary charakterystki napi¦ciowej

Pomiar U

we

bª¡d U

we

niepewno±¢ U

we

U

wy

bª¡d U

wy

niepewno±¢ U

wy

1

120

050%

001

00173

030%

00001

2

130

050%

001

00621

030%

00002

3

140

050%

001

01245

030%

00004

4

150

050%

001

02022

030%

00006

5

160

050%

001

03001

030%

00009

6

170

050%

001

03584

030%

00011

7

180

050%

001

04700

050%

00024

8

190

050%

001

05650

050%

00028

9

200

050%

001

06260

050%

00031

10

210

050%

001

07090

050%

00035

11

220

050%

001

08280

050%

00041

12

230

050%

001

09020

050%

00045

13

240

050%

001

10050

050%

00050

14

250

050%

001

11200

050%

00056

15

260

050%

001

12170

050%

00061

16

270

050%

001

13070

050%

00065

17

280

050%

001

13950

050%

00070

18

290

050%

001

15190

050%

00076

19

300

050%

002

16020

050%

00080

20

310

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1990

050%

010

120200

050%

00601

189

2000

050%

010

120200

050%

00601

190

2010

050%

010

120200

050%

00601

191

2020

050%

010

120200

050%

00601

192

2030

050%

010

120200

050%

00601

193

2040

050%

010

120200

050%

00601

194

2050

050%

010

120200

050%

00601

195

2060

050%

010

120200

050%

00601

196

2070

050%

010

120200

050%

00601

197

2080

050%

010

120200

050%

00601

198

2090

050%

010

120200

050%

00601

199

2100

050%

011

120200

050%

00601

200

2110

050%

011

120200

050%

00601

201

2120

050%

011

120200

050%

00601

202

2130

050%

011

120200

050%

00601

203

2140

050%

011

120200

050%

00601

204

2150

050%

011

120200

050%

00601

205

2160

050%

011

120200

050%

00601

206

2170

050%

011

120200

050%

00601

207

2180

050%

011

120200

050%

00601

208

2190

050%

011

120200

050%

00601

209

2200

050%

011

120200

050%

00601

210

2210

050%

011

120200

050%

00601

211

2220

050%

011

120200

050%

00601

212

2230

050%

011

120200

050%

00601

213

2240

050%

011

120200

050%

00601

214

2250

050%

011

120200

050%

00601

215

2260

050%

011

120200

050%

00601

216

2270

050%

011

120200

050%

00601

217

2280

050%

011

120200

050%

00601

218

2290

050%

011

120200

050%

00601

219

2300

050%

012

120200

050%

00601

220

2310

050%

012

120200

050%

00601

221

2320

050%

012

120200

050%

00601

222

2330

050%

012

120200

050%

00601

223

2340

050%

012

120200

050%

00601

224

2350

050%

012

120200

050%

00601

225

2360

050%

012

120200

050%

00601

226

2370

050%

012

120200

050%

00601

227

2380

050%

012

120200

050%

00601

228

2390

050%

012

120200

050%

00601

229

2400

050%

012

120200

050%

00601

230

2410

050%

012

120200

050%

00601

231

2420

050%

012

120100

050%

00601

232

2430

050%

012

120100

050%

00601

233

2440

050%

012

120100

050%

00601

14

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234

2450

050%

012

120100

050%

00601

235

2460

050%

012

120100

050%

00601

236

2470

050%

012

120100

050%

00601

237

2480

050%

012

120100

050%

00601

238

2490

050%

012

120100

050%

00601

239

2500

050%

013

120100

050%

00601

240

2510

050%

013

120200

050%

00601

Tablica 2: Pomiary charakterystki pr¡dowej

Pomiar Opór bª¡d niepewno±¢ R U

wy

bª¡d U

wy

niepewno±¢ U

wy

Pr¡d niepewno±¢ I

1

4556

100%

046

15480

050%

00077

03946

00088

2

5000

100%

050

16970

050%

00085

03596

00079

3

5372

100%

054

18210

050%

00091

03347

00072

4

6000

100%

060

20310

050%

00102

02997

00063

5

6160

100%

062

20850

050%

00104

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00061

6

6921

100%

069

23390

050%

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00053

7

7000

100%

070

23640

050%

00118

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00053

8

7657

100%

077

25850

050%

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9

8000

100%

080

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050%

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00045

10

8369

100%

084

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050%

00141

02148

00043

11

9000

100%

090

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050%

00151

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00039

12

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100%

091

30560

050%

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00039

13

9725

100%

097

32770

050%

00164

01849

00036

14

10000

100%

100

33520

050%

00168

01798

00035

15

10372

100%

104

34900

050%

00175

01734

00034

16

10998

100%

110

36900

050%

00185

01635

00031

17

11000

100%

110

36700

050%

00184

01635

00031

18

11606

100%

116

38900

050%

00195

01549

00030

19

12000

100%

120

40000

050%

00200

01498

00028

20

12196

100%

122

40800

050%

00204

01474

00028

21

12769

100%

128

42700

050%

00214

01408

00027

22

13000

100%

130

43300

050%

00217

01383

00026

23

13325

100%

133

44500

050%

00223

01349

00025

24

13865

100%

139

46300

050%

00232

01297

00024

25

14000

100%

140

46500

050%

00233

01284

00024

26

14390

100%

144

48000

050%

00240

01249

00023

27

14900

100%

149

49600

050%

00248

01207

00022

28

15000

100%

150

49800

050%

00249

01199

00022

29

15397

100%

154

51200

050%

00256

01168

00022

30

15880

100%

159

52800

050%

00264

01132

00021

31

16000

100%

160

53000

050%

00265

01124

00021

32

16351

100%

164

54300

050%

00272

01100

00020

33

16809

100%

168

55800

050%

00279

01070

00020

34

17000

100%

170

56200

050%

00281

01058

00019

35

17255

100%

173

57200

050%

00286

01042

00019

36

17690

100%

177

58600

050%

00293

01016

00019

37

18000

100%

180

59400

050%

00297

00999

00018

38

18113

100%

181

59900

050%

00300

00993

00018

39

18527

100%

185

61200

050%

00306

00970

00018

40

18930

100%

189

62400

050%

00312

00950

00017

41

19000

100%

190

62600

050%

00313

00946

00017

42

19323

100%

193

63700

050%

00319

00930

00017

43

19707

100%

197

64900

050%

00325

00912

00017

44

20000

100%

200

65700

050%

00329

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00016

45

20082

100%

201

66100

050%

00331

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00016

46

20448

100%

204

67200

050%

00336

00879

00016

15

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47

20805

100%

208

68400

050%

00342

00864

00016

48

21000

100%

210

68800

050%

00344

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49

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100%

212

69400

050%

00347

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00015

50

21496

100%

215

70500

050%

00353

00836

00015

51

21830

100%

218

71600

050%

00358

00824

00015

52

22000

100%

220

71900

050%

00360

00817

00015

53

22156

100%

222

72600

050%

00363

00812

00015

54

22475

100%

225

73600

050%

00368

00800

00014

55

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100%

228

74600

050%

00373

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00014

56

23000

100%

230

75000

050%

00375

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00014

57

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100%

231

75600

050%

00378

00779

00014

58

23392

100%

234

76500

050%

00383

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00014

59

23685

100%

237

77500

050%

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00014

60

23972

100%

240

78300

050%

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61

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100%

240

78100

050%

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00013

62

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243

79200

050%

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63

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100%

250

81100

050%

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64

26000

100%

260

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050%

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100%

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67

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100%

290

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050%

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68

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100%

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100%

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050%

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70

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100%

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72

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100%

340

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100%

350

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74

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100%

360

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050%

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00009

75

37000

100%

370

117400

050%

00587

00486

00008

76

38000

100%

380

120200

050%

00601

00473

00008

77

39000

100%

390

121500

050%

00608

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00008

78

40000

100%

400

122000

050%

00610

00450

00008

79

41000

100%

410

122200

050%

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00008

80

42000

100%

420

122300

050%

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00007

81

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100%

430

122400

050%

00612

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82

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100%

440

122400

050%

00612

00409

00007

83

45000

100%

450

122500

050%

00613

00400

00007

84

46000

100%

460

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