Enseignement secondaire technique
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- Axel Sternberg
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1 Enseignement secondaire technique Régime technique Division technique générale Cycle supérieur Section technique générale Électrotechnique Classe de 13GE Nombre de leçons: 3.0 Nombre minimal de devoirs: Au moins 2 devoirs par période; il est souhaitable que la durée totale des devoirs par période soit égale à la durée hebdomadaire de cours. Langue véhiculaire: Allemand Enseignement secondaire technique Régime technique Division technique générale I. Wechselstromkreis Lernziel Inhalte methodische Hinweise Rz Sinusförmige Wechselspannungen darstellen und beschreiben Darstellung im Linien- und Zeigerdiagramm (Kap.6.1.1) Kenngrößen von Wechselspannungen und Wechselströmen (Kap.6.1.2) Laborversuch1: Wechselspannungen auf dem Oszilloskop darstellen und Kenngrößen ermitteln Phasenverschiebung von sinusförmigen Wechselgrößen (Kap ) Laborversuch2: Gleichzeitige Darstellung und Untersuchung von 2 sinusförmigen Wechselgrößen auf dem Oszilloskop. (z.b. Spannungen eines Drehstromsystems) Der Zusammenhang zwischen Linien- und Zeigerdiagramm zur Darstellung einer sinusförmigen Größe ist dem Schüler aus dem Mathematikunterricht bekannt. Das Arbeiten mit Vektoren ist dem Schüler aus dem Physik- und dem Mechanikunterricht bekannt. Integrale werden auf der 13ten Klasse zu einem späteren Zeitpunkt im Mathematikunterricht behandelt. Laborversuch1: Kenngrößen selbständig ermitteln und anhand des Lehrbuches begründen. 10 1/5
2 Das Verhalten von Wirkwiderstand, Spule und Kondensator an sinusförmiger Wechselspannung kennen und beschreiben Komplexe Rechnung und ihre Anwendung im Wechselstromkreis Verhalten von Reihenund Parallelschaltungen von R, L und C an sinusförmiger Wechselspannung untersuchen und Aufgaben lösen Strom- und Spannungsverlauf am Wirkwiderstand (Kap ), am idealen Kondensator und an der idealen Spule ableiten, darstellen (Linien- und Zeigerdiagramm, Phasenverschiebungswinkel) und erklären (ins Heft) Laborversuch3: Phasenverschiebung von Strom und Spannung an der idealen Spule und am Kondensator. Leistungsarten und Energieinhalte kennen, darstellen, unterscheiden und berechnen (Kap und ) Laborversuch4: Abhängigkeit des kapazitiven und induktiven Blindwiderstandes von der Frequenz und von der Kapazität bzw. Induktivität experimentell untersuchen und Formeln selbständig ableiten. Lösen von Aufgaben zum Wirkwiderstand, idealer Spule und idealem Kondensator komplexe Zahlen, komplexe Zahlenebene und Rechenregeln kennen und anwenden Darstellung von sinusförmigen Wechselgrößen in der komplexen Zahlenebene. Allgemeine Ableitung der komplexen Widerstände von R, L und C ausgehend von Z=U/I Reine Reihen- und Parallelschaltungen von R-C, R-L, L- C, R-L-C. Reale Spule, realer Kondensator Strom- Spannungs- und Leistungsdreieck Ableitung des Kondensatorsstromes und des kapazitiven Blindwiderstandes aus ic=c*duc/dt für sinusförmigen Spannungsverlauf. Ableitung der Spulenspannung und des induktiven Blindwiderstandes aus u L =L*di/dt für sinusförmigen Stromverlauf. Ableitung der Formeln zur Berechnung der Momentanleistung an Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität. Die komplexe Rechnung ist dem Schüler aus der 12ten Klasse aus dem Mathematikunterricht her bekannt. Die Exponentialform wird im Mathematikunterricht erst im Kapitel der Differenzialgleichungen abgeleitet und soll hier eingeführt werden. Es soll bei reinen Reihenund Parallelschaltungen auf die komplexe Wechselstrom-rechnung bei der Lösung von Aufgaben verzichtet werden. Die komplexe Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge von /5
3 Aufgaben zu Strom, Spannung, Widerstand und Leistung Resonanz im Wechselstromkreis Laborversuch5: Untersuchung der Frequenzabhängigkeit eines Tief- und Hochpasses am Beispiel der RC-Schaltung. Grenzfrequenz kennen, berechnen und ermitteln Resonanzfrequenz kennen und berechnen können Strom, Spannung und Widerständen soll jedoch parallel eingeführt werden. keine Leitwertberechnung Die Frequenzabhängigkeit von Tief- und Hochpass soll anhand von Simulationsprogrammen (z.b. Pspice, Exel ) veranschaulicht werden. Lösung von Aufgaben anhand der komplexen Wechselstromrechnung Berechnung von gemischten Schaltungen mit 3 Bauelementen anhand der komplexen Wechselstromrechnung. keine komplexe Leistungsberechnung Berechnung von Z ges sowie aller Ströme und Spannungen Darstellung der berechneten Größen im Zeigerdiagramm 8 II. Analogelektronik Lernziel Inhalte methodische Hinweise Rz Verhalten von Halbleiterwerkstoffen beschreiben Halbleiterwerkstoffe Atom- und Kristallaufbau Leiter, Nichtleiter, Halbleiter Eigenleitung Störstellenleitung n- Leitung, p-leitung pn- Übergang ohne und mit äußerer Spannung 3 Aufbau und Wirkungsweise einer Diode kennen und durch Kennlinien beschreiben Aufbau Schaltzeichen Wirkungsweise ideale Kennlinie einer Diode Laborversuch6: Die Kennlinien von Dioden experimentell ermitteln und beschreiben Die Schüler sollen als Versuchsvorbereitung die Anwendung der Strom- und Spannungsfehlerschaltung welche auf der 12ten Klasse behandelt wurde kennen. 7 Idealisierte Kennlinie und Ersatzschaltung einer Diode 3/5
4 Graphische Arbeitspunktbestimmung bei der Reihenschaltung von Diode und Widerstand Aufgaben zur Reihenschaltung von Diode und Widerstand (graphisch und rechnerisch) Vorwiderstand einer Leuchtdiode berechnen und messtechnisch überprüfen Datenblätter benutzen können Gleichrichterschaltungen zeichnen und deren Funktionsweise erklären Einweggleichrichterschaltung Brückenzweiweggleichrichterschaltung Glättung Ermittlung des arithmetischen Mittelwertes der Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung Laborversuch7: Gleichrichterschaltungen experimentell untersuchen (Darstellung auf dem Oszilloskop, arithmetischen Mittelwert messen) und Ergebnisse interpretieren Der arithmethische Mittelwert von M1 und B2 Schaltung soll anhand der Integralrechnung berechnet werden (keine Glättung). Untersuchung des Einflusses des Lastwiderstandes und der Kapazität des Glättungskondensators auf den Ausgangsspannungsverlauf 7 Aufbau und Wirkungsweise eines Bipolartransistors kennen und durch Kennlinien beschreiben Aufbau des Transistors Schaltzeichen Spannungs- und Stromrichtungen Wirkungsweise anhand vom Elektronenfluss kurz erklären Laborversuch8: Aufnahme der Eingangskennlinie, der Stromsteuerkennlinie und des Ausgangskennlinienfeldes eines npn-transistors 6 Transistor als Verstärker kennen und berechnen können Arbeitspunkteinstellung mit Basisvorwiderstand und mit Basisspannungsteiler Arbeitspunkteinstellung Wechselspannungsverstärkung mit der Emitterschaltung Aufgaben Demoversuch: Transistor als Verstärker (Mikrofon- Verstärker- Lautsprecher- Oszilloskop) 10 Die Aufgabensammlung besteht aus den Anteilen «Aufgaben zum Wechselstromkreis» und «Aufgaben zur komplexen Wechselstromrechnung». Das Elektronikscript umfasst Theorie und Aufgaben zur Halbleitertechnik (Dioden und Bipolartransistoren) 4/5
5 Die Laborversuche müssen bzgl. des Inhaltes mit den vorgegebenen Musterversuchen übereinstimmen. Examen: 5 bis 7 Fragen, davon eine zu den Laborversuchen (ca.10 Punkte). ELETE / 13GE Manuel(s) obligatoire(s): Grundlagen und Bauelemente der Elektrotechnik Heinz-Josef Bauckholt Hanser, Carl, GmbH & Co ISBN Livre(s) du maître: Elektronikscript, Aufgabensammlung, Laborversuche commission nationale - -E Le programme est valable pour les classes suivantes: 13GE 5/5
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