1 Elektrische Stromkreise und lineare Netzwerke /20

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1 Elektrische Stromkreise und lineare Netzwerke /20 Zwei Batterien G und G2 mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften wurden polrichtig parallel geschaltet und an den Anschlussklemmen A, B mit einem Lastwiderstand L = 0 Ω belastet. Batteriedaten: G: Leerlaufspannung U 0 = 2 V, Innenwiderstand i = Ω G2: Leerlaufspannung U 02 = 9 V, Innenwiderstand i2 = 2 Ω. Skizzieren Sie ein Ersatzschaltbild für die gesamte Anordnung mit Verbraucherzählpfeilsystem. Stellen Sie ein allgemeines Gleichungssystem auf, mit dem sich die beiden Batterieströme I G, I G2 und der Laststrom I L, sowie die Lastspannung U L berechnet werden können. Berechnen Sie I G, I G2, I L, U L..2 Wandeln Sie die gesamte Schaltung in eine Ersatzspannungsquelle bezogen auf die Anschlussklemmen A, B um. Skizzieren Sie die zugehörige Schaltung und überprüfen Sie durch echnung den Laststrom I L. /8 /6.3 Nehmen Sie an, die beiden Batterien G und G2 werden polrichtig parallel geschaltet und im Leerlauf ( L = Ω) betrieben. Welche problematische elektrische Größe tritt dann auf? Benennen und berechnen Sie für diesen Fall die elektrische Größe..4 Kommentieren und bewerten Sie den Sachverhalt unter.3 und stellen Sie eine begründete allgemeine egel für die Parallelschaltung von Batterien auf!

2 2 Sinusförmige Wechselgrößen /20 Die Grafik zeigt einen Auszug aus einem Laborprotokoll. Die untersuchte Schaltung besteht aus einer Parallelschaltung zweier idealer Bauelemente. Die Schaltung liegt an einer Wechselspannung von U=5V. Durch den ohmschen Widerstand fließt der Strom i(t), ig(t) ist der Gesamtstrom der Schaltung. 2. Ermitteln Sie aus dem Diagramm die Effektivwerte der beiden Ströme sowie deren Frequenz. 2.2 Geben Sie den Nullphasenwinkel von ig(t) und den Phasenwinkel ϕ zwischen i(t) und ig(t) an. Erläutern Sie die Begriffe Nullphasenwinkel und Phasenverschiebungswinkel. 2.3 Begründen Sie die Art des idealen Bauelements, das parallel zum ohmschen Widerstand geschaltet ist. Bestimmen Sie den Wert des ohmschen Widerstandes und des Blindwiderstandes. Ermitteln Sie die Bauteilkenngröße des Blindwiderstandes bei einer Frequenz von 4,67Hz. 2.4 Berechnen Sie den Momentanwert von i(t) zum Zeitpunkt des positiven Nulldurchgangs von ig(t). /6 /7

3 3 Komplexe -L-C-Schaltungen /20 Die abgebildete Schaltung stellt einen Ausschnitt aus dem Schaltplan eines elektrischen Gerätes dar. Es wird eine intern vorhandene Spannung U zum Betrieb eines Verbrauchers Z AB genutzt. Von der Schaltung sind die folgenden Werte bekannt: U L U AB A I AB Z AB I AB = 9 ma /-8,43 = kω L = 27,4 mh C = 2,22 nf f = 2,5 khz Z AB = 2,83kΩ 5 C B 3. Berechnen Sie die Blindwiderstände der Bauteile L und C. 3.2 Ermitteln Sie den komplexen Wert der internen Spannungsquelle U. 3.3 Wie groß sind die komplexen Teilspannungen an allen Widerständen? Weisen Sie mit Hilfe des komplexen Zeigerdiagramms nach, dass nach dem Kirchhoffschen Gesetz die Summe aller Spannungen gleich Null ist. Maßstab: 0 V = ˆ cm 3.4 Der Lastwiderstand Z AB wurde geändert, sodass der Gesamtwiderstand der Schaltung Z ges = 3,6 kω /0 beträgt. Welchen Wert hat Z AB angenommen? Skizzieren Sie die Ersatzschaltung Z AB und benennen Sie die Bauteile. /9

4 4 Grundlagen der Programmierung 0 In Aufgaben 4. und 4.2 beziehen sich auf die Berechnung passiver Vierpole. Diese Vierpole können in zwei Gruppen eingeteilt werden: die erste Gruppe umfasst Hoch- und Tiefpässe, die zweite Gruppe enthält Bandpässe und Bandsperren. f g = Hochpass / Tiefpass f g = 2 π C Bandpass / Bandsperre f 0 = 2 π L 2 π L C 4. Erstellen Sie ein Struktogramm für ein Programm, das dem Anwender folgende Berechnungsmöglichkeiten zur Verfügung stellt: Zunächst soll sich der Anwender entscheiden, für welche der beiden Gruppen (Hochpass/Tiefpass oder Bandpass/Bandsperre) er eine Berechnung durchführen möchte. Entscheidet er sich für Bandpass/Bandsperre muss er die Induktivität L und die Kapazität C eingeben, anschließend wird die esonanzfrequenz f 0 berechnet und ausgegeben. Danach endet das Programm. Fällt seine Wahl auf die Berechnung von Hochpass/Tiefpass muss er zunächst den Wert des Widerstandes eingeben. Als nächstes muss er entscheiden, ob das Passverhalten durch eine Spule oder einen Kondensator realisiert wird. Anschließend muss er den Wert der Kapazität C bzw. der Induktivität L eingeben. Das Programm berechnet dann die Grenzfrequenz f g und gibt sie aus. Danach endet das Programm. /8 4.2 Erläutern Sie, wie das Programm für folgende Erweiterung verändert werden muss. Eine Darstellung im Struktogramm ist nicht erforderlich. Das Programm aus Aufgabe. soll so erweitert werden, dass der Anwender nach der Ausgabe der Ergebnisse die Möglichkeit hat, durch Eingabe des Buchstabens q das Programm zu beenden. Die Eingabe eines beliebigen anderen Buchstaben führt ihn zurück zur Auswahl Hochpass/Tiefpass oder Bandpass/Bandsperre. Die Aufgaben 4.3 und 4.4 beziehen sich auf den nebenstehenden Quelltextauszug. do { auswahl = Tastatur.liesChar(); } while (??? ) 4.3 Die Schleife im Quelltext soll erzwingen, dass die Variable auswahl nur die Werte q oder b annehmen kann. Wie muss die Bedingung für die while - Anweisung lauten (Java-Quellcode)? 4.4 Begründen Sie, warum für diesen Anwendungsfall eine kopfgesteuerte Schleife ungeeignet ist. /2 /2

5 Die Aufgaben 4.5 bis 4.8 befassen sich mit dem belasteten Spannungsteiler. Die Ausgangsspannung U 2 eines belasteten Spannungsteilers berechnet sich nach folgender Formel: U 2 = U 2L + 2L Hinweis: 2L ist der Ersatzwiderstand der parallel geschalteten Widerstände 2 und L. Belasteter Spannungsteiler Eingabe: u, r, r2, rl_min, rl_max delta_rl (rl_max - rl_min) / 20 von rl rl_min bis rl_max (Schrittweite delta_rl) u2 u * parallel(r2, rl) / (r + parallel(r2, rl)) Ausgabe: u2 4.5 Erläutern Sie die Funktionsweise des im Struktogramm dargestellten Programmausschnitts. 4.6 Das Struktogramm enthält eine Schleife. Schreiben Sie den Java-Quellcode dieser Schleife auf. Der Code der vor der Schleife befindlichen Anweisungen muss nicht angegeben werden. Für die Bildschirmausgabe steht die Funktion System.out.print( ) zur Verfügung. 4.7 Im Struktogramm ist der Aufruf einer Funktion parallel(r2, rl) enthalten. Diese Funktion berechnet den Widerstand zweier parallel geschalteter Widerstände. Schreiben Sie den Java-Quellcode dieser Funktion auf. 4.8 Erläutern Sie anhand eines selbst gewählten Funktionsbeispiels folgende Fachbegriffe: - ückgabedatentyp - ückgabewert - formale Parameter

6 Abschlussprüfung Fachoberschule 2008 Elektrotechnik Aufgabenvorschlag B 5 Objektorientierte Programmierung (OOP) /0 Die nebenstehende Schaltung dient als Grundlage der Modellierung einer Klasse zur Berechnung der drei Belastungsfälle Kurzschluss, Leerlauf und Belastung mit L einer technischen Spannungsquelle. i U 0 A U KL B 5. Ergänzen Sie das unvollständige OOD-Klassendiagramm um die Widerstände i und L und, beispielhaft für einen der beiden Widerstände, um die Verwaltungsmethoden (set- und get-methoden). (Die Lösung bitte auf dem Arbeitsblatt und nicht hier auf dem Aufgabenblatt.) BelasteteSpannungsquelle - quellenspannung : double + BelasteteSpannungsquelle() + berechneuklbeibelastung(lastwiderstand : double):double 5.2 Im dem Konstruktor, der im obigen OOD-Klassendiagramm gegeben ist, sollen alle Attribute initialisiert werden. Stellen Sie die entsprechende Implementierung des Konstruktors als Java- Quellcode dar. 5.3 Die Symbole + bzw. - des Klassendiagramms werden als Modifizierer bezeichnet. Erläutern Sie die Bedeutung dieser Symbole in der objektorientierten Programmierung. 5.4 Schreiben Sie für ein Java-Objekt belasteteuquelle des Typs BelasteteSpannungsquelle einen Methodenaufruf für die Methode berechneuklbeibelastung( ) auf. / FOS_IMT_B_08.doc Abschlussprüfung Fachoberschule 2008, Elektrotechnik Aufgaben Seite von 6