Elektrische und elektronische Systeme

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Berufsbezogener Kernbereich (Tages- und Abendformform)
Fach: Elektrische und elektronische Systeme (EES)
Aufgaben und Ziele des Faches:
Technikerinnen und Techniker der Fachrichtung Elektrotechnik werden mit vielfältigen technischen Aufgaben befasst, die bei der Planung und
Entwicklung, Produktion, Wartung und Reparatur und beim Vertrieb elektrischer und elektronischer Geräte, Systeme und Anlagen anfallen. Zur
Entwicklung elektrischer und elektronischer Systeme analysieren, planen und dimensionieren sie elektrische, und elektronische Schaltungen. Sie
projektieren, errichten und warten komplexe elektrotechnische Systeme. Bei der Entwicklung von Lösungsstrategien wenden sie
naturwissenschaftliche und mathematische Methoden an.
Das Fach „Elektrische und elektronische Systeme“ schafft die fachlichen Voraussetzungen für die weiterführenden technischen Fächer. Der Unterricht
setzt sich die selbständige Wissensaneignung, die Durchdringung von Problemstellungen sowie das Finden von Problemlösungen zum Ziel.
Im Mittelpunkt des Unterrichtes stehen:
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Messversuche, deren Erkenntnisse sprachlich mit Merksätzen und mathematisch mit Formeln beschrieben werden.
Erstellen, Lesen, Interpretieren und Arbeiten mit Schaltungen, Kennlinien und Diagrammen.
Auswertung und Veranschaulichung von Messwerten - wo immer es sinnvoll ist – mit dem Computer.
Einsetzen von fachbezogene Normen und Vorschriften, wenn ihre Beachtung fachlich geboten ist.
Zum Erreichen der Lernziele sind Laborübungen nötig. Mit praxisnahen Messverfahren untersuchen die Studierenden Bauteile und Schaltungen
und vertiefen so ihre Kenntnisse.
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Bezüge zu anderen Fächern bzw. Lerninhalten
Die Berechnung von elektrischen und elektronischen Schaltungen setzt Kenntnisse in der Mathematik voraus. Besondere Schwerpunkte sind
Exponentialrechnung, Logarithmus und komplexe Rechnung.
Zeitübersicht:
Elektrische Systeme
Elektronische Systeme
160 h
120 h
Handlungs- und Lernbereiche
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1. Elektrische Systeme
Elektrische Größen im Gleichstromkreis sicher anwenden
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
verwenden die elektrischen Grundgrößen und abgeleitete
Größen fachgerecht.
bestimmen aus linearen und logarithmischen Diagrammen
elektrische Kennwerte.
dokumentieren die Ergebnisse ihrer Arbeit mithilfe von
elektrischen Schaltbildern fachgerecht.
erläutern die Unterschiede zwischen Spannungs- und
Stromquellen.
bewerten unter energiepolitischen Gesichtspunkten die
Energiebilanzen verschiedener elektrischer Geräte.
Elektrische Größen in linearen Netzen ermitteln
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
vereinfachen und berechnen einfache Widerstandsschaltungen
wenden Methoden der Netzwerkberechnung an.
simulieren komplexe elektrische Schaltungen mit Multisim.
bauen reale Schaltungen im Labor auf und bestimmen
messtechnisch die Kennwerte.
verfassen einen ausführlichen Laborbericht.
bilden und organisieren Gruppen und führen Gruppearbeit aus
dokumentieren und präsentieren Gruppenergebnisse
reflektieren, bewerten und kommentieren Gruppenergebnisse
32 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
• Aufbau des SI-Systems (Grundgrößen und -einheiten, abgeleitete
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Größen
Strom, Stromdichte, Spannung, Potenzial, Widerstand, Leitwert,
spezifischer Widerstand
Temperaturabhängigkeit von Widerständen
Ohm‘sches Gesetz
Kirchhoff‘sche Regeln
Zählpfeilsysteme (EZS, VZS)
Spannungsquellen (Kenngrößen)
Stromquellen (Kenngrößen)
Elektrische Arbeit (Energie)
32 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
• Ersatzwiderstände
• Spannungs- und Stromteiler
• Brückenschaltung
Netzwerke:
• Dreieck-Stern-Umwandlung
• Methode nach Kirchhoff
• Kreisstromverfahren
• Überlagerungssatz
• Ersatzquellen
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Elektrische Felder und deren technische Nutzung beschreiben
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
geben die Definitionen der Begriffe Feld, Vektorfeld und
Skalarfeld an und erläutern sie an Beispielen.
arbeiten mit den Gleichungen, die den Zusammenhang
zwischen Potentialgefälle und elektrischen Feldstärke
herstellen.
erläutern die Begriffe Influenz, elektrische Feldstärke E,
Ladung Q, elektrischer Fluss Ψ, elektrische Flussdichte D und
können die Zusammenhänge zwischen diesen Größen nennen
und anwenden.
bestimmen die Kapazität von Platten- und ZylinderKondensatoren mit geschichteten Dielektrika
berechnen Parallel-, Reihen- und Gruppenschaltungen von
Kondensatoren
bestimmen und berechnen das Lade- und Entladeverhalten von
Kondensatoren
bilden und organisieren Gruppen und führen Gruppearbeit
dokumentieren und präsentieren Gruppenergebnisse
reflektieren, bewerten und kommentieren Gruppenergebnisse
30 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
Elektrostatische Felder:
• homogenes Feld
• inhomogenes Feld
• Darstellungen anhand des Feldlinienmodells
• Feldstärke, Influenz, Materie im elektrostatischen Feld
(Kraftwirkung)
Kondensator:
• Aufbau
• Kapazität
• Dielektrikum
• Ersatzkapazität
• Ladevorgänge
• Zeitkonstante
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Magnetische Felder und deren technische Nutzung beschreiben
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
erklären die Begriffe Magnet, Pol, Magnetisierung und magn.
Feld und stellen sie fachgerecht dar
berechnen die Kraftwirkungen auf Leiter und Ladungen im
magnetischen Feld mit Betrag und Richtung
beschreiben den Zusammenhang zwischen Flussdichte und
magnetischen Feldstärke
erläutert das Durchflutungsgesetz anhand der Formel
zeichnen die Hystereseschleife für hart- und weichmagnetische
Werkstoffe
verknüpfen Grundgrößen des magnetische Feldes, um
magnetische Kreise abschnittsweise zu berechnen
wenden die Kenntnisse über Induktion und Selbstinduktion an,
um Motor- und Generatorprinzip zu erläutern
bestimmen qualitativ und quantitativ den Verlauf von
Spannungen und Strömen beim Ein- und Ausschalten von
Spulen im Gleichstromkreis
wählen ein geeignetes Messverfahren zur Bestimmung der Einund Ausschaltspannungen aus
führen die Messungen durch und werten sie anschließend aus.
36 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
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Statische magnetische Felder
Darstellung anhand des Feldlinienmodells
Magnetische Größen
Berechnung magnetischer Kreise ohne und mit Luftspalt
Induktionsgesetz
– Induktion der Bewegung
– Induktion der Ruhe
Selbstinduktion
Induktivität
Ein- und Ausschaltvorgänge
Gegeninduktivität
Wirbelströme
Kräfte auf bewegte Ladung im Magnetfeld
Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern
Kraftwirkung von Hubmagneten
Prinzip elektromagnetisch wirkender Messwerke
Elektrische Größen von Grundschaltungen linearer Zweipole im Wechselstromkreis ermitteln
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
entwickeln Zeigerbilder
verwenden die komplexe Rechnung zur Bestimmung
elektrischer Größen in Wechselstromschaltungen
30 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
• Frequenz, Periode, Kreisfrequenz
• Komplexe Darstellungen von
• Widerständen
• Strömen
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wählen geeignete Darstellungsformen für elektrische Größen
aus.
analysieren Wechselstromschaltungen mit Hilfe von
Bodediagrammen.
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Spannungen
Phasenverschiebung
Zeigerdiagramm
Liniendiagramm
Netzwerke mit Hilfe der komplexen Zahlen berechnen
Reihen- und Parallelresonanz
Erstellen einfacher Bodediagramme
Blindleistungskompensation
2. Elektronische Systeme
Grundelemente der Elektronik einsetzen und beschreiben
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
wenden Kenntnisse über den Aufbau von Halbleitern an, um
zum Beispiel NTC- Widerstände und Hallgeneratoren in
Schaltungen einzusetzen
beschreiben qualitativ die Wirkungsweise des PN-Übergangs
verwenden Dioden und Z-Dioden, um einfache
schaltungstechnische Aufgaben (Glättung, Siebung,
Gleichrichtung) zu realisieren.
30 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
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PN-Übergang
Diode, Z-Diode, LED (Kennwerte, Grenzwerte)
Gleichrichterschaltung
Spannungsstabilisierung
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Bipolare Transistoren in Anwenderschaltungen einsetzen
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
beschreiben die Arbeitsweise des Bipolartransistors.
dimensionieren verschiedene Transistorgrundschaltungen.
analysieren anwendungsbezogene Transistorschaltungen
simulieren verschiedene Transistorschaltungen.
erklären die Wirkungsweise von selbstleitenden und
selbstsperrenden Feldeffekttransistoren
30 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
• Aufbau und Wirkungsweise von Transistoren und deren
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Grundschaltungen
Kennwerte, Grenzwerte und Kennlinien
Arbeitspunkt
Betriebswerte
Transistoren in Verstärkerschaltungen
Transistoren als Schalter / Verstärker
Kennwerte, Grenzwerte von Feldeffekttransistoren
Kennwerte von Operationsverstärkern messtechnisch nachweisen
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden
erklären die Wirkungsweise der Rückkopplung
entwickeln eine Berechnungsformel für den Verstärkungsfaktor
eines invertierenden Verstärkers
dimensionieren einfache Operationsverstärkerschaltungen
weisen die errechneten Kennwerte messtechnisch nach.
ermitteln die Kennwerte von
Operationsverstärkergrundschaltungen anhand von
vorgegebenen Messschaltungen.
35 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
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Differenzverstärker
Komparator
Invertierender- Nichtinvertierender OP-Verstärker
P, I, D – Regler
Sägezahngenerator Dreieckgenerator
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Schaltnetzwerke zur Realisierung von Ablaufsteuerungen entwickeln
Zeitrichtwert
Fachkompetenzen/Ziele
Die Studierenden …
informieren sich über die Grundverknüpfungen der
Digitaltechnik
analysieren digitale Schaltungen und dokumentieren die
Arbeitsergebnisse in den verschiedenen Darstellungsarten
optimieren die gegebene Schaltungen
analysieren eine VPS und entwickeln eine funktionsgleiche
digitale Steuerung
entwerfen Schaltnetzwerke zur Bildung beliebiger logischer
Funktionen
bauen mit dem Digitalboard einfache Speicherschaltungen
(Flipflops) auf
testen mit dem Digitalboard von ihnen entwickelte asynchrone
und synchrone Zählerschaltungen
realisieren Schaltnetzwerke aus der Kombination von
Grundschaltungen und speichernden Elementen (Zähler,
Flipflop, ..) zur Ablaufsteuerung
25 Unterrichtsstunden
Fachsystematische Inhalte
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Logische Grundverknüpfungen,
UND, ODER, NICHT
Funktionsgleichungen,
Wahrheitstabellen,
Zeitablaufdiagramme,
Erweiterte Logikfunktionen
NAND, NOR, XOR
Funktionsgleichungen,
Wahrheitstabellen,
Zeitablaufdiagramme,
Schaltalgebra, Rechenregeln,
Gesetzmäßigkeiten,
KV-Diagramm
Bistabile Kippstufen (Flipflops)
Asynchronzähler
Synchronzähler
Schieberegister
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