Elektrische und elektronische Systeme
Werbung
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: • • • • 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. 1 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 2 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 • • • • • • • • 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 3 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 4 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 • • • • • • • • • • • • • • 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 5 wählen geeignete Darstellungsformen für elektrische Größen aus. analysieren Wechselstromschaltungen mit Hilfe von Bodediagrammen. • • • • • • • • 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 • • • • PN-Übergang Diode, Z-Diode, LED (Kennwerte, Grenzwerte) Gleichrichterschaltung Spannungsstabilisierung 6 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 • • • • • • 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 • • • • • Differenzverstärker Komparator Invertierender- Nichtinvertierender OP-Verstärker P, I, D – Regler Sägezahngenerator Dreieckgenerator 7 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 • • • • • • • • • • • • • • • • • 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 8
