Enseignement secondaire technique Régime technique Division technique générale Section technique générale Cycle supérieur ELETE Électrotechnique 13GE Nombres de leçons : 3h Langue véhiculaire : Allemand Nombre minimal de devoirs par trimestre : 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. ELETE 13GE Page 1 de 6
Lerneinheit 1 : Wechselstromkreis Lernziele: Sinusförmige Wechselspannungen darstellen und beschreiben können. Das Verhalten von Wirkwiderstand, Spule und Kondensator an sinusförmiger Wechselspannung kennen und beschreiben können. Komplexe Rechnung und ihre Anwendung im Wechselstromkreis. Verhalten von Reihen- und Parallelschaltungen von R, L und C an sinusförmiger Wechselspannung untersuchen und Aufgaben lösen können. Lösen von Aufgaben anhand der komplexen Wechselstromrechnung. Inhalte h Vorgaben / Hinweise Sinusförmige Wechselspannung Darstellung im Linien- und Zeigerdiagramm (Kap. 6.1.1) Kenngrößen von Wechselspannungen und Wechselströmen (Kap. 6.1.2) Phasenverschiebung von sinusförmigen Wechselgrößen (Kap. 6.1.3) Vorgabe: Laborversuche: Wechselspannungen auf dem Oszilloskop darstellen und Kenngrößen ermitteln. Gleichzeitige Darstellung und Untersuchung von 2 sinusförmigen Wechselgrößen auf dem Oszilloskop (z.b. Spannungen eines Drehstromsystems) 10 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 Mechanikunterricht bekannt. Integrale werden auf der 13ten Klasse zu einem späteren Zeitpunkt im Mathematikunterricht behandelt. Laborversuch 1: Kenngrößen selbstständig ermitteln und anhand des Lehrbuches begründen. ELETE 13GE Page 2 de 6
Das Verhalten von R, L und C an sinusförmiger Wechselspannung kennen und beschreiben können Strom- und Spannungsverlauf am Wirkwiderstand (Kap. 6.2.1), am idealen Kondensator und an der idealen Spule ableiten, darstellen (Linien- und Zeigerdiagramm, Phasenverschiebungswinkel) und erklären können. (ins Heft) Leistungsarten und Energieinhalte kennen, darstellen, unterscheiden und berechnen können. (Kap. 6.8.1.1 und 6.8.1.2) Lösen von Aufgaben zum Wirkwiderstand, ideale Spule und idealem Kondensator. 12 Vorgabe: Laborversuche: Phasenverschiebung von Strom und Spannung an der idealen Spule und am idealen Kondensator. Abhängigkeit des kapazitiven und induktiven Blindwiderstandes von der Frequenz und der Kapazität bzw. Induktivität experimentell untersuchen und Formeln selbstständig ableiten. Beim belasteten Spannungsteiler soll das Querstromverfahren behandelt werden. Ableitung des Kondensatorstromes und des kapazitiven Blindwiderstandes aus ic=c*du/dt für sinusförmigen Spannungsverlauf. Ableiten der Spulenspannung und des induktiven Blindwiderstandes aus ul=l*di/dt für sinusförmigen Stromverlauf. Ableitung der Formeln zur Berechnung der Momentanleistung an Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität. Komplexe Rechnung im Wechselstromkreis Komplexe Zahlen, komplexe Zahlenebene und Rechenregeln kennen und anwenden können Darstellung von sinusförmigen Wechselgrößen in der komplexen Zahlenebene Allgemeine Ableitung der komplexen Widerstände von R,L und C ausgehend von Z=U/I 3 Die komplexe Rechnung ist dem Schüler aus der 12ten Klasse aus dem Mathematikunterricht her bekannt. Die Exponentialform wird im Mathematikunterricht erst im Kapitel der Differentialgleichungen abgeleitet und soll hier eingeführt werden. ELETE 13GE Page 3 de 6
Reihen- und Parallelschaltung von R, L und C Reine Reihen- und Parallelschaltungen von R-C, R-L, L- C, R-L-C Reale Spule, realer Kondensator Strom-, Spannungs- und Leistungsdreieck Aufgaben zu Spannung, Strom, Widerstand und Leistung Resonanz im Wechselstromkreis Grenzfrequenz kennen, berechnen und ermitteln können Resonanzfrequenz kennen und berechnen können 12 Untersuchung der Frequenzabhängigkeit eines Tief- und Hochpasses am Beispiel der RC- Schaltung. Es soll bei reinen Reihen- und Parallelschaltung auf die komplexe Wechselstromrechnung bei der Lösung der Aufgaben verzichtet werden. Die komplexen Beschreibungen der physikalischen Zusammenhänge von Strom, Spannung und Widerständen soll jedoch parallel eingeführt werden. Keine Leitwertberechnung. Die Frequenzabhängigkeit von Tief- und Hochpass soll anhand von Simulationsprogrammen (z.b. PSpice, Excel,...) veranschaulicht werden. Berechnung von gemischten Schaltungen mit 3 Bauelementen anhand der komplexen Wechselstromrechnung 8 Keine komplexe Leistungsberechnung Berechnung von Zges sowie aller Ströme und Spannungen Darstellen der berechneten Größen im Zeigerdiagramm Lerneinheit 1 45 ELETE 13GE Page 4 de 6
Lerneinheit 2 : Analogelektronik Lernziele: Verhalten von Halbleiterwerkstoffen beschreiben können. Aufbau und Wirkungsweise einer Diode kennen und durch Kennlinien beschreiben können. Gleichrichterschaltungen zeichnen und deren Funktionsweise erklären können. Aufbau und Wirkungsweise eines Bipolartransistors kennen und durch Kennlinien beschreiben können. Transistor als Verstärker kennen und berechnen können. Inhalte h Vorgaben / Hinweise Halbleiterwerkstoffe Atom- und Kristallaufbau Leiter, Nichtleiter, Halbleiter Eigenleitung Störstellenleitung n-leitung, p-leitung pn-übergang ohne und mit äußerer Spannung 3 Aufbau und Wirkungsweise der Diode Aufbau Schaltzeichen Wirkungsweise Ideale Kennlinie einer Diode Idealisierte Kennlinie und Ersatzschaltung einer Diode Grafische Arbeitspunktbestimmung bei der Reihenschaltung von Diode und Widerstand Aufgaben zur Reihenschaltung von Diode und Widerstand (grafisch und rechnerisch) 7 Die Kennlinien von Dioden experimentell ermitteln und beschreiben können. Hinweis: Die Schüler sollen als Versuchsvorbereitung die Anwendung der Strom- und Spannungsfehlerschaltung, welche auf der 12ten Klasse behandelt wurde, kennen. Vorwiderstand einer Leuchtdiode berechnen und messtechnisch überprüfen können. Datenblätter benutzen können. ELETE 13GE Page 5 de 6
Gleichrichterschaltungen Einweggleichrichterschaltung Brückenzweiweggleichrichterschaltung Glättung Ermittlung des arithmetischen Mittelwertes der Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung 7 Gleichrichterschaltungen experimentell untersuchen (Darstellung auf dem Oszilloskop, arithmetischen Mittelwert messen) und Ergebnisse interpretieren können. Der arithmetische Mittelwert von M1- und B2-Schaltung soll anhand der Integralrechnung berechnet werden (keine Glättung). Aufbau und Wirkungsweise des Bipolartransistors Aufbau des Transistors Schaltzeichen Spannungs- und Stromrichtungen Wirkungsweise anhand des vom Elektronenfluss kurz erklären Transistor als Verstärker Arbeitspunkteinstellung mit Basisvorwiderstand und Basisspannungsteiler Wechselspannungsverstärkung der Emitterschaltung Aufgaben mit 6 10 Aufnahme der Eingangskennlinie, der Stromsteuerkennlinie und des Ausgangskennlinienfeldes eines npn- Transistors. Demoversuch: Transistor als Verstärker (Mikrofon- Verstärker-Lautsprecher-Oszilloskop) Lerneinheit 1 33 Total ELETE: 78 Die Aufgabensammlung besteht aus den Anteilen Aufgaben zum Wechselstromkreis und Aufgaben zur komplexen Wechselstromrechnung. Das Elektronikskript umfasst die Theorie und Aufgaben zur Halbleitertechnik (Dioden und Bipolartransistoren). Die Laborversuche müssen bzgl. des Inhaltes mit den vorgegebenen Musterversuchen übereinstimmen. Examen: 5 bis 7 Fragen, keine Frage zu den Laborversuchen. ELETE 13GE Page 6 de 6