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Ergänzende Handreichung zum Fachlehrplan Elektrotechnik

1. gt m O x x N N CH N m ad s e amp N 22 ic o 2 E a iss 9 J m IS tn 2 N te e R1 R7 1k Abb 6_L1 Steuerung mit Digitalbausteinen L sung 1 258 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Musterl sung 2 OV Q2 Q3 21 due 22 Q3 21 Ar 22 Q2 In Digitalschaltung 5V 51 SA S3Y 54 Bie s07 R1 R7 ik Abb 6_L2 Steuerung mit Digitalbausteinen L sung 2 259 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 St rung in der Rolltorsteuerung Erl utern Sie zwei m gliche Fehlerursachen f r das nicht mehr m gliche Abw rtssteuern des Rolltors L sungsaspekte AFB Punkte Fehlersuche im linken Teil des Steuerstromkreises 1 Ausschluss Sch tz Q2 als Fehlerursache Il 1 Ausschluss Fehlerursache liegt nicht im linken Steuerstromkreis II 1 Fehlersuche im rechten Teil des Steuerstromkreises II 1 Eingrenzen des Fehlers im rechten Teil II 1 Ausschluss von Bauelementen II 1 Nennt 1 m gliche Fehlerursache II 1 Nennt 2 m gliche Fehlerursache II 1
2. Grundbaustein Exemplarisch NAND 741500 4011 NOR 74LS02 4001 AND 74LS08 4081 Inverter NOT 74LS04 4096 OR 74LS32 4071 XOR 74LS86 4070 JK FF 74LS73 4027 XNOR Aquivalenz 74LS266 4077 RS FF 74LS279 4044 D FF 74LS74 4013 Verbindlich Exemplarisch BCD to 7 Segment Decoder Driver 74LS48 4543 8 1 Multiplexer 74LS151 4051 1 8 Demultiplexer 74F138 4051 4 bit synchronous Binary Counter 7415190 40193 8 bit Shift Register 74LS165 4021 Analog to digital Converter ADC 0808 Digital to analog Converter DAC 0808 Schmitt Trigger 74LS14 4584 Timer NE555 Monoflop 74LS123 4047 7 Segmentanzeige 2 Der Umgang mit Datenbl ttern beider Technologien 74xx 40xx wird als vertraut vorausge setzt 41 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren DT2 42 Grundschaltungen Schaltnetze mit Grundbausteinen Synthese von Schaltnetzen Normalformen Technologie der Schaltkreisfamilien Logikpegel elektrische Eigenschaften Kippschaltungen Register D Register Schieberegister Z hlschaltungen synchron asynchron binar dekadisch Darstellungsformen Normdarstellung in IEC und DIN Norm Logiktabellen Wahrheitstabellen Disjunktive Normalform Impuls Zeitablaufdiagramme Funktionsgleichungen Logikplan Zahlensysteme Dezimal Hexadezimal Dual 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 1 3 A3 Elektrische Maschinen Kompetenzen Basiswissen
3. 00 10000000 126 5 1 4 Gleichwertigkeit der 0442420 4 127 5 1 5 Teilprozesse der Aufgabengestaltung 4 127 5 2 Pr fungsaufgaben 2 2240 0400 nemen 128 5 2 1 Repr sentation des Faches durch Pr tungsautgaben 128 5 2 2 Verteilung von Kompetenzen und Inhalten auf drei gleichwertige Aufgaben 128 5 2 3 Drei Abstimmungsaspekte 22444244044 0 nnne nnn 129 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren ANEN 131 5 3 1 Pr fungsaufgabe Thema Aufgabenteil L sungsteil Anh nge 132 5 3 2 Aufgabenteil einer nnn 133 5 3 3 L sungsteil einer Tellautgab6e iot oett rd ee torte be yea a 135 5 3 4 Beispiel Aufbau und Struktur einer Pr fungsaufgabe Auszug 136 Inhaltsverzeichnis 5 4 Teilaufgaben formulieren EEN 139 5 4 1 Vier Merkmale der 1 139 5 4 2 Formulierung von Ausgangssituationen 143 5 4 8 Formulierung von Informationsteilen 44 144 5 4 4 Formulierung von Auftragsteilen 144 5 4 5 Bearbeitungsteil erstellen ENNEN 145 545 Anhand e t Rer bp Lett ek 145 5
4. 002 Programmbeschreibung 003 004 PWM Fahrtregler f r DC Motor 005 006 007 008 Deklarationen und Konstanten 009 010 011 include lt reg552 h gt 012 include lt stdio h gt 013 014 sbit rechts 8 P5 0 Rechtslauf 015 sbit links 0 9 P5 1 Linkslauf 016 sbit stopp P5 2 Stopptaste 017 sbit langsamer OxFB P5 3 langsamer fahren 018 sbit schneller OXFC P5 4 schneller fahren 019 sbit LEDre 0xC7 Richtungs LED an P4 7 rechts HIGH aktiv 020 sbit LEDIi 0 6 Richtungs LED an P4 6 links HIGH aktiv 021 sbit L4 0xC4 Betriebsspannungsanzeige mit f nf LEDs 022 sbit L3 0x03 den Pins P4 0 bis P4 4 023 sbit L2 0xC2 024 sbit L1 OxC1 025 sbit LO OxCO 026 sbit DIR 0x90 Input 2 Drehrichtung LOW Rechtslauf 027 sbit PWM 0x91 PWM Ausgang des Controllers f r CC1 028 029 Prototypen 030 void zeit_ms unsigned char z 031 void changeleft void 032 void changeright void 033 void STOP void 034 void vLEDs void 035 036 037 Hauptprogramm 038 039 040 void main vo
5. 1 500 500 ee 1 pel 450 450 D E E E BETES E EASA MEEA Dickson Sieten dulcis the tee he 4 1 1 I Led 1 4 400 400 1 4 F 1 l4 R 1 1 1 4 F 1 1 E Pe oe 350 350 300 300 E 4 1 1 a we epi 1 250 250 F hrungssprungantwort 3 F hrungssprungantwort 4 1 utque Keren Ve Klee quec pc 1 T 1 i p R r Socks 1 du ruere uper 200 200 Abb 5 Abb 6 4 2052535 B Em ia MR E wn 150 150 Mp4 Pan D E 1 1 bier is eg 1 4 4 wile sa 1 1 KE E gester Y 1 sda 100 100 Lt A turin lt DE ss 1 1 formes H 1 1 1 7 7 rm o mailers 1 1 H 1 4 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 4 1 H 1 1 1 1 50 D rege Tree ee TE I as pr D mpera 272 Losungsteil Teilaufgabe 1 Regelkreisgr en 6 6 Aufgabenbeispiel 6 Brennofente
6. Strombelastung des In 12 1 Il 2 tegrierers Ideale und reale Eigen 13 schaften eines Operati At 1 1 C II 7 onsverst rkers Funktionserweiterung des 14 S gezahn Rechteck C II 6 D Ill 1 Generators Generatoren in der Elekt 15 D 1 rotechnik C 3 Verteilung der Teilaufgaben nach Aufgabenschwierigkeit 100 70 4 lt o 4 50 4 2 4 8 1 o 3 T 10 967 4444444444 123456 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Teilaufgaben 4 Eingesetzte Aufgabenarten Basisformen Technische Problemstellung ohne mit Anwendungsbezug experiment material bezogen gebunden ohne L sungsweg TA1 6 15 8 E mit L sungswe 3 4 5 8 2 gsweg 9 10 12 14 TA2 13 5 9 ergbnisoffen TA7 5 ESCH l sungswegoffen TA 11 1175 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele C 5 Kommentare zu den Teilaufgaben Teilaufgabe 1 Frequenz der Ausgangsspannungen Kompetenzbereiche e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompetenzen e A11 3 Kennwerte von Grundbauelementen und Signalen Niveau berechnen TEN e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST3 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung ohne L sungsweg Bearbeitungszeit 2 Minuten Teilaufgabe 2 Messung mit dem Oszilloskop Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen e 2 Teilschritte der
7. v7 PIN d lee nn nn nn ml e m m m m m m m m m m T PIN3 QA PIN 11 LOAD Z hlwert 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 230 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 3 Reset Tages Z hler Zeichnen Sie das zugeh rige Schaltnetz f r den Funktionsblock Digitalschaltung 1 aus An hang 1 L sungsaspekte AFB Punkte Logiksymbol NOT f r jeden Eingang Il 5 Je Minterm der in eine UND Verkn pfung entsprechend der Funkti 7 onstabelle umgewandelt wurde 1P Oder Verkn pfung der Ausg nge der UND Bausteine Il 1 Musterl sung 231 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 4 Multiplexer durch zwei 74298N ersetzen Entwickeln Sie auf der folgenden Seite in Abb 9 eine Multiplexerschaltung mit der Funktion des in der Kalenderschaltung verwendeten Multiplexers aus zwei 74153N L sungsaspekte AFB Punkte Eingangsvariablen E1 E3 auf Steuereing nge gesetzt je 1P 3 Signalgebende Leitungen E4 E7 auf Multiplexereing nge je Il 4 Nichtben tigte Eing nge auf GND II 1 Auswahl f r Signal von erstem MUX auf VCC V2 PIN1 I 1 Kaskadierung 1 Enable auf GND Il 1 Wahl eines Signals f r den unm glichen Fall dass d
8. eene 265 6 6 Aufgabenbeispiel 6 268 A Auga e E e e ie eti ui it e 268 sio qeu ERE 273 C Pr fungsdidaktischer enne 276 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahttregler uote 2er 278 Pe FUNG ADOC gx uestes Seiten Week a ea eibi tu 278 6 Inhaltsverzeichnis lte EE 291 C Pr fungsdidaktischer 297 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung 301 Lee TEE 301 B L s ngst il ee 311 Pr fungsdidaktischer kommentar enne 318 Anhang ee sic a es faepe tedio ta a 321 ee EE 321 By Technik EEN E 322 C Elektrotechnik eek 323 D Verwaltungsvorgaben ep a eer a an 324 E Intereses ce din deo e MA M MA EE 324 KAPITEL 1 EINF HRUNG 1 1 Aufgaben sind die entscheidenden Elemente einer Pr fung Mit der Umstellung von der dezentralen zur zentralen Abiturpr fung sind die Abitur pr fungsaufgaben in den Fokus der Aufmerksamkeit ger ckt Sch ler wie Lehrer erwarten die zentral gestellten Pr fungsaufgaben an den Pr fungsterminen mit gro er Spannung und hof fen dass sich ihre Vorbereitungen auf die Pr fung als erweisen Die zentralen Pr fungen stehen auch deshalb im Fokus der Aufmerksamkeit da mit ihnen der Ansp
9. 5 6k 100 nF 5 6k dee 8 2k Temp Sensor 5 6k ER T 2 Messverst rker Taster 3 ze Reed Taster 2 Taster 1 5 ins ee K BC 547 3 in 100nF 10k 100nF 10k 100nF 10k ER Rprc 8 RR d piu KTY18 2 I 78106 a 150 Mikrocontroller Rx d 32 Pr 5 Drucksensor lw MOSI o Tab Vout 0 5V miso o SCK RESET o o 4 z 5 de 2 10uF 10k 2 ne 10uF ge v im in aa Ui Drucksensor und EK Ry Ry Messverstarker 12V 50mA dfe Vor und Teilerwiderst nde ex Senso CS Re RU T Siemens KPY 14 8 2k 2 2k 1M 8 2k amp 5 mesema toc 1M 6 8 5821282 8 Sk amp by AUT SR t ek 5 o Diese Leitung dient der Temperaturkompensation des Drucksensors NiMH Akku Bei Temp lt 10 C wird der PIN des uC auf Masse gelegt und ein 9VI250mAh zus tzlicher BIAS f r den Sensor wirksam 2 F r guten thermischen Kontakt des Sensors mit dem Al Geh use sorgen 3 LED Dekorechnung l uft Selbstbau Tauchcomputer 2 LED2 Aufstiegsgeschwindigkeit zu hoch Luft amp Mischgas LEDS Dekotiefe verletzt Entwurf Peter Rachow 2003 Ani 4 4 Nullpunktjustierung des Analogsensors EN PERO Un 5 Das L mpchen wirkt als Kaltleiter und stellt einen LCD Kontrast 10k lin konstanten Ladestrom zur Verf gung Abb 1 Schaltplan eines Tauchcompu
10. Abb 7 Messschaltung f r die Sprungantwort des PID Reglers 275 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Regelkreisgr en Kompetenzbereiche A4 Umgang mit Fachwissen Regelungstechnik RT B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen A4 II 1 Regelkreisstrukturen im realen Technologiesche ma ermitteln und Wirkpl ne zeichnen Niveau Fachwissen Regelungstechnik RT Inhalte RT1 Grundbegriffe Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug ohne L Aufgabenart sungsweg Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 2 F hrungssprungantworten Kompetenzbereiche A4 Umgang mit Fachwissen Regelungstechnik RT B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen A4 III 2 Die G te einer Regelung bewerten B II 1 Statische und dynamische Kenngr en aus Dia Niveau grammen grafisch ermitteln Fachwissen Regelungstechnik RT RT4 Einstellen von Reglern Inhalte Methodenbeherrschung B8 Arbeiten mit Diagrammen Aufgabenart Experimentbezogene Aufgabe Bearbeitungszeit 20 Minuten Teilaufgabe 3 Messschaltung f r die Sprungantwort des PID Reglers Kompetenzbereiche A4 Umgang mit Fachwissen Regelungstechnik RT B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen Niveau A4 4 Regeleinrichtungen und Operationsverst rkerschal tungen einander zuordnen
11. 14 nein nein v Ende 237 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 10 Einsatzm glichkeiten des Digitalkalenders Nennen Sie Anwendungsm glichkeiten und Voraussetzungen f r die Nutzung des digitalen Kalenders in anderen Schaltungen L sungsaspekte AFB Punkte Nennt mindestens 3 Einsatzm glichkeiten 3 Musterl sung Radiowecker Videorecorder Kaffeemaschine Waschmaschine 238 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Funktionsbl cke des Kalenders Kompetenzbereiche A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte Kompetenzen 2 4 Schaltnetze Schaltwerke und Blocksymboldarstel lung einander zuordnen Niveau e Fachwissen Digitaltechnik DT DT1 Grundbausteine Inhalte e Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 2 Z hler Kompetenzbereiche A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte Kompetenzen A2 II 1 Das Verhalten von Schaltnetzen oder Schaltwer ken durch verbale Erkl rungen Signal Zeit Verl ufe Werte tabellen Funktionsgleichungen Ausgangszust nde oder Niveau Bitfolgen beschreiben e Fachwissen Digitaltechnik DT DT1 Gr
12. 9V 12V Bedienfeld R1 30k C vo D I GND I Je 3 Ars be 220n x1 t R12 ETUR E 7 z e i MP1 9 t Uv Qr7 amp i m4 i LM393D 5 2 u D i MP3 i X5 LM393D R8 2 MP4 ARRASTIA EEE ER 01 9 BC548 x t L In den Klinkenstecker sind die Widerst nde MP6 R4 und R8 eingel tet R9 Art i 00k 00k 10k 4 4 ov Abb 1 Auswerteschaltung f r einen analogen Schl ssel Analysieren Sie die in Abb 1 dargestellte Auswerteschaltung f r einen analogen Schl ssel 61 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren L sungsaspekte Punkte Auswerteschaltung als Funktionsblock Eingangsgr en Ausgangsgr en bertragungsverhalten Funktionsblock Fensterkomparator Eingangsgr e Ausgangsgr e bertragungsverhalten Funktionsblock UND Verkn pfung Eingangsgr e Ausgangsgr e bertragungsverhalten Funktionsblock Schaltverst rker Eingangsgr e Ausgangsgr e bertragungsverhalten Summe 12 Musterl sung 5V Spannungs 62 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 2 B2 Schaltungsentwurf Beschreibung Schrittweiser Entwurf einer Schaltung Vom Funktionsblock ber Teilfunktionsbl cke zur einer dimensionierung
13. Normierte Regelkreiselemente und Gr en und Betriebsmittel des Technolo gr en gieschemas F hrungsgr engeber Bildung der F h rungsgr e Stelleinrichtung Regelstrecke Messeinrichtung Regelgr e St rgr e Tabelle 1 Zuordnung Normbezeichnungen Teilaufgabe 2 F hrungssprungantworten An das Verhalten der Brennofentemperatur nach einem F hrungssprung werden folgende An forderungen gestellt e maximale Anregelzeit 120min e Abweichung des Beharrungswertes der Temperatur maximal 2 vom eingestellten Temperatursollwert e maximale Ausregelzeit 240min h chster berschwingwert 10 vom Beharrungswert F r verschiedene Reglereinstellungen wurden mit dem Kennlinienschreiber P3 vier F hrungs sprungantworten des geschlossenen Regelkreises aufgenommen Abb 3 6 im Anhang Da bei wurde immer die gleiche Ausgangstemperatur 25 C und der gleiche Temperatursollwert 800 C gew hlt Werten Sie die Sprungantworten in einer tabellarischen Darstellung hinsichtlich der Erf llung der Anforderungen aus 269 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Messschaltung f r die Sprungantwort des PID Reglers Zur Regelung wird der in Abb 2 gezeigte elektronische PID Regler mit Operationsverst rkern eingesetzt Mit einem einstellbaren Signalgenerator und einem 4 Kanal Oszilloskop soll das Sprungantwortverhalten des gezeigten Reglers untersucht werden Hie
14. 211 4 Schaltnetze und Schaltwerke mit Grundbausteinen erstellen 1 Fachmethoden in einem komplexen Kontext ver wenden e CI 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen darstellen e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT MCT3 Programmierung der Mikrocontroller in der Pro grammiersprache C oder e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Inhalte AST2 Grundschaltungen oder Fachwissen Digitaltechnik DT DT1 Grundbauelemente Fachwissen Digitaltechnik DT DT2 Grundschaltungen Methodenbeherrschung B B6 Programmentwurf oder 298 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler B2 Schaltungsentwurf e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 20 Minuten Teilaufgabe 4 Frequenz des PWM Signals Kompetenzbereiche e A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT 5 11 3 Einstellungen von Spezial Funktions Registern des vorgegebenen 8051 Mikrocontrollers anwendungsbezogen Gepr fte im C Programm ermitteln Kompetenzen NI e A5III 2 Unbekannte On Chip Peripherie Datenblatt ge iveau st tzt analysieren und f r diese Peripherie Programme ent werfen e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT MCT1 Hardware des Mikrocontrollers In
15. 93 33 ele TE BEE 96 KAPITEL 4 AUFGABENARTEN ra 99 4 1 Beschreibungen re 99 4 1 1 Aufgabenarten Verkn pfung von Basisformen und Offenheit 99 4 1 2 Basisformen von Pr fungsaufgaben 0000 0 100 4 1 3 Offenheit der Pr fungsaufgaben 02 242 100000 103 4 1 4 Aufgabenarten im berblick reete tenente tnr 105 42 e oa ee 106 Beispiel 1 Technische Problemstellung ohne L sungsweg 107 Beispiel 2 Technische Problemstellung mit L sungsweg 108 Beispiel 3 Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug 110 Beispiel 4 Technische Problemstellung mit L sungsweg und Anwendungsbezug 111 Beispiel 5 Materialgebundene 00242 0000000 114 Beispiel 6 Experimentbezogene 0 118 Beispiel 7 Aufgabe mit offenem L sungsweg l sungswegoffen 120 Beispiel 8 Aufgabe mit offenem Ergebnis ergebnsotten 123 KAPITEL 5 LEITFADEN 125 5 1 Der Prozess der Aufgabengestaltung 125 5 1 1 Umsetzung von Kompetenzen Inhalten Operatoren in Aufgaben 125 5 1 2 Erf llung von a ee E Ta EE 125 5 1 3 Abiturpr fung
16. 2 Technische Prozesse unter Verwendung von Darstellungsformen erl utern gt Erl utern Sie einen m glichen Funktionsablauf f r die Steuerung der Palletiereinrich tung 3 Vorgehensweisen beim Dimensionieren und bei der Fehlersuche in Schaltungen erlau tern gt Erl utern Sie den Prozess der Fehlersuche unter Verwendung geeigneter Darstellungs formen Der Kompetenzbereich umfasst die verst ndliche bersichtliche und strukturierte Darstellung technikwissenschaftlicher Ergebnisse und Erkenntnisse zum Zwecke des Wissens austausches und die Formulierung durch die angemessene Nutzung der Fachsprache 91 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Inhalte 1 K3 92 Grundbegriffe der Technikwissenschaften Applikation Technisches Problem Funktionsblock Modell Technisches System Darstellungsformen in der Elektrotechnik Blockschaltbilder Schaltpl ne Tabellen Signalflusspl ne Impulsdiagramme Kausalketten diagramme Programmablaufplan Protokolle Liniendiagramme Formeln C Programm Datenbl tter Applikationsunterlagen Sachtexte Grundbegriffe des technischen Englischs 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 4 Kompetenzbereich D Reflexion Kompetenzen Bez ge der Elektrotechnik beschreiben und bewerten D Anforderungsbereich I Einfache Bez ge der Elektrotechnik beschreiben Kompetenzen 1 Einsatzm glichkeiten von elektrotechnischen Schaltungen Ger ten oder Programmen in
17. Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang Datenblatt des Operationsverstarkers 741 Coverseite Das vollst ndige Datenblatt 20 Seiten ist zu finden unter datascheet sgs thompson uk 160 SGS THOMSON MICROELECTRONICS a LARGE INPUT VOLTAGE RANGE NOLATCH UP a HIGH GAIN a SHORT CIRCUIT PROTECTION NO FREQUENCY COMPENSATION REQUIRED a SAME PIN CONFIGURATION AS THE UA709 DESCRIPTION The UA741 is a high performance monolithic opera tional amplifier constructed on a single silicon chip It isintentedfor a wide range of analog applications a Summing amplifier Voltage follower a Integrator a Active filter Function generator The high gain and wide range of operating voltages provide superior performances in integrator sum ming amplifier and general feadback applications The internal compensation network BdB octave in sures stability in closed loop circuits PIN CONNECTIONS top view 1 8 2 7 3 6 4 5 October 1887 UA741 GENERAL PURPOSE SINGLE OPERATIONAL AMPLIFIER N D DIPB 508 Plastic Package Plastic Micropackege ORDER CODES Part Number UATA1C UAT41I UATA1M Example Temperature Range 0 C 70 C 40 C 105 C 58 C 125 C UATA1CN Offset null 1 Inverting input Non inverting input Veo Offset null 2 Output Vcc NC D Jo C bk oO A e e o Of 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn
18. Spannungs A 100 u Zeit Y 58 Normierte Strom Drehzahl Kennlinie Normierte Drehmoment Drehzahl Kennlinie 025 05 075 025 05 075 pm 1 n ny Abb 10 Gegen berstellung der Kennlinien f r den Stern Dreieck Anlauf und den Anlauf mit Frequenzumrichter Erl utern Sie die Vorteile des Motoranlaufes mit einem Frequenzumrichter in einem Antriebs system gegen ber dem Stern Dreieck Anlassverfahren 203 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang Erl uterungen zum Typenschild von Frequenzumrichtern Moe ter E T N gt i Amb 50 C 3808 AWB3230 1603 MMX34AA3D3F0 0 input Ue 3 AC 380 480 50 60 Hz 40A Output 3 0 Ue 0 320 Hz 33A Motor 1 1 KW 400 V 1 5 HP 460 V S amp N V 1234567890 1 ACEDO K Rm 04053 S N 1 345610301 Cede 10B310251122W5421538 003 Abb 11 Typenschild des Frequenzumrichters MMX34AA3D3F0 0 Beschriftung Bedeutung MMX34AA3D3F0 0 Typenbezeichnung Frequenzumrichter der Ger tereihe M Max 3 Dreiphasen Netzanschluss 4 Spannungsklasse 400 V AA Auspr gung Software Version A und alphanumerische Anzeige 3D3 3 3 A Bemessungsstrom 3 dezimal 3 F Funk Entst rfilter integriert 0 Schutzart 20 0 keine integrierte Optionsbaugruppe Input Bemessungsdaten des Netzanschlu
19. Z hlwert verringern Anpassung an die Darstellung im Z hlregister Der Wert im Register muss erh ht werden Der Z hlwert muss auf Sekunden umgerechnet werden Summe 11 79 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren C Code L sungsaspekte Punkte Einf hrender Kommentar Aufgabe Programm Autor Datum Version 1 Hardware Deklaration E A PO muss nicht zwingend deklariert werden Funktionsname Deklaration ben tigter Variablen mindestens die Variable zaehlwert Port 0 zum Lesen auf OxFF setzen Abfrage Plustaster nicht Plus und Minus Test ob Obergrenze des Z hlwertes erreicht ist Z hlwert erh hen Anpassung an die Darstellung im Z hlregister Der Wert im Register muss verringert werden Der Z hlwert muss auf Sekunden umgerechnet werden Abfrage Minustaster Plus und nicht Minus Test ob Untergrenze des Z hlwertes erreicht ist Z hlwert verringern Anpassung an die Darstellung im Z hlregister Der Wert im Register muss erh ht werden Der Z hlwert muss auf Sekunden umgerechnet werden Summe 16 Musterl sung Zuordnungsliste Eingang Ausg nge Funktion PIN SFR Adresse non PIN PORT PORT SFR Adresse Taste PO 0 at 0x80 sbit Taste PO 1 at 0x81 sbit Tab 1 Zuordnungsliste 80 3 2 Kompetenzen und Inhalte Programmablaufplan
20. Jede Pr fungsaufgabe umfasst eine Anzahl von Teilaufgaben Zu einer Pr fungsaufgabe ge h ren nicht nur die Teilaufgaben die die Sch lerinnen und Sch ler in der Pr fung bearbeiten sondern auch die L sungen zu den Teilaufgaben Die L sungen der Teilaufgaben sind eine Vorgabe f r die korrigierenden Lehrkr fte ABITURPR FUNG Ausgangssituation PR FUNGSAUFGABE PA 1 PR FUNGSAUFGABE PA 2 PR FUNGSAUFGABE PA 3 Ausgangssituation Ausgangssituation Ausgangssituation L sungen L sungen Abb 18 Anlage der Abiturpr fung 126 5 1 Der Prozess der Aufgabengestaltung Der Prozess der Aufgabengestaltung bezieht sich also auf die Erstellung der Teilaufgaben wie auch auf die Erstellung der L sungen Die drei Pr fungsaufgaben der Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik bilden f r sich jeweils eine thematische Einheit Das Thema einer Pr fungsauf gabe wird insbesondere durch den Bezug zur jeweiligen Ausgangssituation deutlich gemacht 5 1 4 Gleichwertigkeit der Pr fungsaufgaben ABITURPR FUNG PR FUNGS PR FUNGS PR FUNGS AUFGABE 1 AUFGABE2 AUFGABE 3 KRITERIEN F R GLEICHWERTIGKEIT Thematische Einheit Gleiche Anforderungsverteilung Gleiche Bearbeitungszeit Gleiche Bewertungspunkte Abb 19 Gleichwertigkeit der Aufgaben einer Abiturpr fung Die Pr fungsaufgaben sind ann hernd gleich bei der Bearbeitungszeit und den zu verteilen den Bewertungspunkten Jede Aufgabe ber cksichtigt in gleicher We
21. Kr R2 Teilaufgabe 10 Leerlaufverst rkung eines Operationsverst rkers OPV Berechnen Sie die minimale Leerlaufverst rkung Vomin die der Operationsverst rker N1 besit zen muss damit die Fehlergrenze 0 1 bei der Verst rkung V Uaus Uein der Schaltung eingehalten wird L sungsaspekte AFB Punkte Ansatz V Usi Vo Uein R2 Ri Re2 Vein Kr R2 R R V V 1 Kr V 2 Vmin V 0 196 10 0 1 9 99 Il 1 Vmin 1 Kr Vmin Hl 1 Vomin 9 99 1 0 1 9 99 9990 Il 1 Musterl sung Siehe L sungsaspekte 168 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 11 Frequenz einer astabilen Kippschaltung Weisen Sie nach dass die astabile Kippschaltung in Abb 6 eine Rechteckspannung Uaus mit der Frequenz f 300Hz erzeugt L sungsaspekte AFB Punkte a Mathematische L sung b Zeichnerische L sung c Mischform aus a und b al b1 Zeitdiagramm f r die astabile Kippstufe Il 2 a2 b2 Nachweisauftrag 11 1 a3 b3 Triggerspannung Ur II 2 a4 b4 Zeitkonstante II 1 a5 Uc t U 1 e h 1 Uc t Ususmax 1 1 T 1 a7 F r t T 2 Ue 5 Wee 17 1 a 2 1 2 a 2 10 3 2 1 5 5 10 3 331ms a8 f 1 T 303Hz 1 a9 Mathematisch ist na
22. Musterl sung Allgemeine Fehlersuche Beim Bet tigen von S1 zieht das Sch tz Q2 an Damit ist die Aufw rtsoewegung m glich Der linke Zweig der Steuerung ist somit in Ordnung Das Festsitzen Kleben von Q2 kann als Fehlerursache ausgeschlossen werden Laut Fehlerbeschreibung wird w hrend des Hochfah rens der Taster S2 bet tigt Q2 f llt ab damit ist das Sch tz Q2 nicht dauerhaft angezogen und blockiert auch nicht ber die Kontakte 21 und 22 den rechten Zweig abw rts des Steuer stromkreises Das Sch tz Q3 zieht aber nicht an Die Fehlerursache muss sich im rechten Zweig des Steuerstromkreises befinden Folgende relevante Bauelemente befinden sich im rechten Zweig S2 B2 Q2 21 22 S1 K21_22 und S2 scheidet als Fehlerquelle aus da mit den Kontakte S2 K21_22 der Stromfluss zu Q2 unter brochen werden kann Q2 K21_22 scheidet ebenfalls als Fehlerquelle aus da das Sch tz sowohl anzieht als auch abf llt S1 funktioniert sonst w rde bei der Stellung Tor_unten und keinem gedr ckten Taster das Tor sofort hochfahren M gliche Fehlerursache Nr 1 Das Sch tz Q3 zieht nicht an weil es einen elektrischen oder mechanischen Defekt hat M gliche Fehlerursache Nr 2 Der Nockenschalter B2 hat einen elektrischen oder mechanischen Defekt und befindet sich dauerhaft in ge ffneter Position 260 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Teilaufgabe 7 Mikrocontrollersteuerung als Alternative zur Kontaktsteuerung
23. Q P 59 e x SS ef G9 OF jS A AX I Reproduktion d Inhaltsbereiche Umgang Methodenbeherrschung Kommunikation Reflexion Kompetenzbereiche Abb 21 Kompetenzmodell f r das Fach Elektrotechnik 129 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung Jede Pr fungsaufgabe ber cksichtigt Kompetenzen aus allen vier Kompetenzbereichen Eine ausgew hlte Kompetenz und der dazugeh rige Inhalt werden in der Abiturpr fung nur einmal berpr ft Bei jeder Pr fungsaufgabe werden die Anforderungsbereiche entsprechend den An forderungen der Abiturvorgaben verteilt Die Kompetenzbereiche werden in einem unterschiedlichen Umfang ber cksichtigt Der Kom petenzbereich Umgang mit Fachwissen besitzt den gr ten Anteil an der Abiturpr fung ge folgt von dem Bereich Methodenbeherrschung und den Bereichen Kommunikation und Re flexion Dabei hat der Inhaltsbereich Analoge Schaltungstechnik im Vergleich zu den ande ren Inhaltsbereichen deutlich den gr ten Anteil an der Pr fung 5 2 3 2 Abstimmung der Ausgangssituationen Die zu berpr fenden Kompetenzen einer Pr fungsaufgabe beziehen sich auf eine Ausgangs situation die einen problemhaltigen technologischen Kontext repr sentiert Bei den Ausgangs situationen handelt es sich in der Regel um Technologieschemata die ein komplexes techni sches System darstellen Bei der Erstellung der Abitu
24. 10 Q 10 To N oO sf sf oO N N a wer ez e Abb Ermittlung der Schnittpunkte 4 Drehzahl Drehmoment Diagramm Schnittpunkt 1 Drehmoment Rolltor 1 Motordrehmoment 22 Nm Schnittpunkt 2 Drehmoment Rolltor 2 Motordrehmoment 25 Nm Schnittpunkt 3 Drehmoment Rolltor 3 Motordrehmoment 61 Nm 255 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Nenndrehmoment des Motors P 9549 AkW 9549 n 26 62Nm n 1435min Folgende Bedingung gilt f r den Zusammenhang zwischen Lastdrehmoment des Rolltors und Nenndrehmoment des Motors Bedingung Musee lt Rolltor 1 22Nm My Bedingung erf llt Rolltor 2 25 Nm My Bedingung erf llt Rolltor 1 61 Nm gt My Bedingung nicht erf llt Die Rolltore 1 und 2 sind einsetzbar da die ben tigten Nenndrehmomente der Rolltore kleiner sind als das vom Motor zur Verf gung gestellte Bei dem 3 Rolltor ist das ben tigte Nenndrehmoment von 61 Nm gr Ber als das Nenndreh moment des Antriebsmotors er kann daher nicht eingesetzt werden 256 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Teilaufgabe 4 Funktionsdiagramm der Rolltorsteuerung Zeichnen Sie in Abb 5 die Verl ufe f r Q2 und Q3 passend zu den Signalverl ufen von SO S4 und B1 B2ein L sungsaspekte AFB Punkte Jeder Einschalt und Abschaltpunkt der S
25. 234 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 7 Kalender mit Mikrocontroller Er rtern Sie Vor und Nachteile der Realisierung als Mikrocontrollerschaltung gegen ber der Digitalschaltung aus Anhang 2 L sungsaspekte AFB Punkte Nennt wenigstens einen Vorteil 1 Nennt wenigstens einen Nachteil 1 Schlussfolgerung 1 Musterl sung Vorteile e weniger Bauteile weniger Planung o weniger Einkauf o weniger Platzierung o weniger Verdrahtung Fertigungsaufwand sinkt Preis sinkt e Schaltung ist durch Umprogrammierung flexibel in der Funktion Nachteile e andere Arbeitsumgebung als zur Schaltungsentwicklung e PC mit Software zur Programmierung n tig zus tzliche Hardware Verbindungskabel Programmierger t adapter n tig e Besondere zus tzliche Qualifizierung der Entwickler n tig Insgesamt scheint aus den genannten Gr nden die Umsetzung des digitalen Kalenders mit ei nem Mikrocontroller attraktiver 1235 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 8 RS FlipFlop als Speicher f r die Monats Zehnerstelle Beschreiben Sie die Funktion des RS Flipflops im Zusammenhang mit den abgebildeten Kom ponenten L sungsaspekte AFB Punkte Je richtig zugeordnetem Signal 1Punkt des RS Flipflop II 3 Je richtig zugeordnetem Signal der Inverter 1 Punkt II 2 Interpretation der Signale je 1 Punkt I b 2 Benennung der
26. 3 ICA R15 x5 gt gt LM393D Bedienfeld MP2 MP4 9 BC548 N x3 2 L L xe F9 4 An 9 MRS y Ris 100k i 100k 10k Ow ov P1 P2 Abb 6 Messschaltung 192 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Teilaufgabe 6 Schaltungs nderung Entwickeln Sie eine Schaltung f r die geforderte nderung in Abb 4 L sungsaspekte Punkte VCC auf verbunden GND auf verbunden X6 und X7 mit Eing ngen eines NAND Gatters verbunden Ausgang des ersten NAND Gatters auf Eingang eines zweiten NAND Gatters verbunden Offenen Eingang des zweiten NAND Gatters auf definiertes Potenti al verbunden Ausgang des zweiten NAND als Ansteuerleitung f r die Basis ge zeichnet Basisvorwiderstand eingef gt R1 30k CH 9V 12V 00k R6 10M CH 9 4 5 7 LM393D X6 J ca 4 i LM393D x7 MP2 Abb 7 Schaltung mit 7400 1193 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Schaltungsschutz mit Dioden Kompetenzbereiche A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompeten A1 II 4 Schaltungen unter Verwendung von Grundbau zen Niveau elementen und Grundschaltungen funktions und anwen dungsorientiert skizzieren Inhalte e Fa
27. AT89C5132 20 44 2 7 to 5 5 2 2 1 1 6 40 to P83C552EFx 16 48 4 5 to 5 5 Ge 2 8 1 1 2 2 Tabelle 1 Eigenschaften der Mikrocontroller Begr nden Sie Ihre Auswahlentscheidung eines geeigneten Mikrocontrollers 303 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Peripherie am Mikrocontroller In Anhang 2 ist der Schaltplan der Mikrocontrollerschaltung mit der zu verschaltenden Peripherie vgl Abb 2 angegeben Eingesetzt wird der Mikrocontroller 800552 dessen Pin Beschreibung in dem Anhang 3 zur Verf gung steht Zeichnen Sie in den Schaltplan in Anhang 2 die Verbindungen zum Anschluss der Peripherie an den Mikrocontroller Teilaufgabe 4 Korrektur von Fehlern im C Programm Abb 3 zeigt den Testprogramm C Code zum Einlesen und Auswerten der Ofentemperatur Nach dem Programmdurchlauf des Compilers ergaben sich folgende Fehlermeldungen ME lt reg552 h gt 02 03 void adc void 04 05 define ADEX 0x00 ADU Start nur via Software m glich 06 define ADCI 0x10 Namenszuweisung der Bitposition des ADCI 0 define ADCS 0x08 Namenszuweisung der Bitposition des ADCS 08 09 10 float istwert solltenp maxtemp 11 12 13 void main void 14 15 16 17 adc 5 Aufruf der Funktion adc 18 18 20 2 22 void void 23 24 maxtemp 300 Maximaltemperatur in C entspricht 5V 25 solltemp 260 Temperatursollwert in C 26 ADCON 0x00
28. Bewerten Sie den angedachten Mikrocontrollereinsatz unter konomischen und technischen Gesichtspunkten L sungsaspekte AFB Punkte Richtige Bewertung bzw Einsch tzung von Schnelle Programm nderung 1 Miniaturisierung Il 1 Verschlei 1 ben tigte zus tzliche Bauteile Il 1 Installationsaufwand II 1 Programmieraufwand II 1 Hardwareausstattung f r die Programmierung erweitertes Fachwissen f r MC II 1 Kostenvergleich beider Systeme II 1 Anlagengr e in Bezug zum Aufwand II 1 Musterl sung Die Vorteile eines Steuerstromkreises realisiert mit einer Mikrocontrollerschaltung gegen ber einer Kontaktsteuerung liegen in der Minimierung des Verschlei es der Miniaturisierung schnellen Ver nderung der Programmierung Die Nachteile eines Steuerstromkreises realisiert mit einer Mikrocontrollerschaltung gegen ber einer Kontaktsteuerung liegen in einer extra notwendigen Gleichspannungsversorgung Koppelschaltungen f r die weiter benutzten Lastsch tze Q2 und Hardwareausstattung f r die Programmierung Laptop Schnittstellen usw ben tigtem erweitertem Fachwissen der installierenden Person Bewertung Die M glichkeit der schnellen Programm nderung spielt in diesem Fall eine untergeordnete Rolle da Ver nderungen an dieser Anlage selten sein d rften Die Miniaturisierung der Steuerung ist i
29. Informationsteil In der Schaltung des S gezahn Rechteck Generators Abb 1 sind die Dioden D und D in bestimmten Zeitabschnitten der Spannungen U4 und vgl Abb 2 entweder leitend oder gesperrt Auftragsteil Bestimmen Sie die Zeitabschnitte in Abb 2 in denen die Diode D leitend und die Zeit abschnitte in denen die Diode D gesperrt ist Teilaufgabe 4 Programmablaufplan f r den S gezahn Rechteck Generator Informationsteil Mit der Symbolik der Programmablaufplane kann die Funktionsweise des Sagezahn Rechteck Generators aus Abb 1 dargestellt werden Auftragsteil Beschreiben Sie die Funktionsweise des S gezahn Rechteck Generators aus Abb 1 mit ei nem Programmablaufplan Teilaufgabe 5 bertragungsverhalten des Schmitt Triggers Informationsteil Das bertragungsverhalten des Schmitt Triggers bestimmt den Verlauf der Rechteck spannung und S gezahnspannung des Funktionsgenerators Abb 1 Auftragsteil Zeichnen Sie in Abb 4 die bertragungskennlinie des Schmitt Triggers so ein dass sich die Signalverl ufe der Spannungen Ua und Abb 2 ergeben Bearbeitungsteil 1153 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele UA1 V Abb 4 bertragungskennlinie des Schmitt Triggers Teilaufgabe 6 Funktionsblock des Integrierers Informationsteil Um f r den S gezahn Rechteck Generator aus Abb 1 ei
30. Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Methodenbeherrschung B4 Messen Kommunikation C K2 Darstellungsformen der Elektrotechnik Aufgabenart Experimentbezogene Aufgabe mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 6 Minuten Teilaufgabe 6 Schaltungs nderung Kompetenzbereiche A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT C Kommunikation Gepr fte Kompeten A2 II 4 Schaltnetze und Schaltwerke mit Grundbausteinen erstellen zen Niveau e CI 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen dar stellen e Fachwissen Digitaltechnik DT DT1 Grundbausteine Inhalte e Kommunikation C K2 Darstellungsformen der Elektrotechnik Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs Aufgabenart weg Bearbeitungszeit 12 Minuten 196 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Funktion des Kondensators Teilaufgabe 2 Brummspannung Teilaufgabe 3 Gesteuerter Gleichrichter Teilaufgabe 4 Ausgangsspannungen des Wechselrichters Teilaufgabe 5 Typenschild eines Frequenzumrichters Teilaufgabe 6 Vorteile beim Einsatz von Frequenzumrichtern Anhang Erl uterungen zum Typenschild von Frequenzumrichtern Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Ein
31. L schen von ADCI and ADCS 27 ADCON 0x01 Bitweise ODER Analog Eingang ADC1 P5 1 und Startmodus via software 28 ADCON ADCS Bitweise ODER Start ADC 29 30 while ADCON amp ADCI 0 Marten auf Ende der D Wandlung 31 ADCT 1 wird vom Controller bei Wandlungsende gesetzt 3 dann gilt 0001 0000 amp 0001 0000 0 33 istwert ADCH 0 0192 Umrechnung ADC Ergebnis in Spannungswert 34 isttemp istwert maxtemp 5 Berechnung der Isttemperatur 3 36 4 Build Output Rebuild target Target 1 compiling ofen c M07 AD Wandler C Codes ADC Simulation ofen c 17 error C207 adc declared with void parameter list M07 AD Wandler C Codes ADC SimulationVofen c 30 error C141 syntax error near expected M07 AD Wandler C Codes ADC SimulationVofen c 30 error C141 syntax error near M07 AD Wandler C Codes ADC SimulationVofen c 34 error C141 syntax error near isttemp M07 AD Wandler C Codes ADC Simulation ofen c 34 error C202 isttemp undefined identifier 07 AD Wandler C Codes ADC Simulation ofen c 35 error C141 syntax error near Target not created Abb 3 Testprogramm mit Fehlermeldung 304 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung In Tabelle 2 ist beispielhaft ein Fehler beschrieben und korrigiert Stellen Sie die weiteren vom Compiler ausgeworfenen Fehler in Tabelle 2 entsprechend dar Fehler Fehlerbeschreibung Korrekter C P
32. gt Berechnen Sie die Schalthysterese und die Schaltfrequenz des Reglers gt Zeichnen Sie das Diagramm f r den zeitlichen Verlauf der Regelgr e und der Stell gr e in Abb 3 6 Wirkzusammenh nge Regelkreisen beschreiben gt Beschreiben Sie den Regelvorgang wenn der Wasserablauf pl tzlich weiter ge ffnet wird gt Erstellen Sie eine Kausalkette f r die Signale w e x y und 2 der Temperaturrege lung f r den Fall eines Anstieges der Raumtemperatur 47 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren A4 Anforderungsbereich Ill Komplexe Regelungen analysieren Regelungen modellieren entwerfen und bewerten Kompetenzen 1 Regler mit OPV anwendungsbezogen entwerfen und dimensionieren gt Entwerfen Sie f r jeden Block der Regeleinrichtung eine Operationsverst rkerschal tung 2 Die G te einer Regelung bewerten gt Werten Sie die F hrungssprungantworten hinsichtlich der Anforderungen an die An und Ausregelzeit die Regeldifferenz und die berschwingweite aus Inhalte RT1 Grundbegriffe e Einfacher Regelkreis e Gr en der Regelungstechnik z B F hrungsgr Be St rgr e RT2 Regelstrecken Blockdarstellung Regelstrecke als bertragungsglied e Sprungantwortverhalten e Streckenarten P I P T1 P T2 P Tn P Tt P Tn Tt Stabilit t von Regelkreisen RT3 Regler e stetige Regler P D l Regler und Kombinationen aus diesen e unstetige Regler Zwei Dreipunk
33. Drehzahl Drehmoment Diagramm Motordrenmoment Drehmoment Rolltor 1 90 0 Drehmoment Rolltor 2 Drehmoment Rolltor 3 80 0 70 0 Tt ke 60 0 gt r gt 50 0 st 5 40 0 J 30 0 Get wwe _ RS 20 0 De CG T zs e eed TT I dd t UL de ee 10 0 I t r a er ed d EE E i d E L L 0 0 O Val Hal Hi Val Val Hal e Val Hi e Hi e Val e wo e Val y N N e 9 e N N oo oo T N N wo Val n in 1 min Abb 4 Drehzahl Drehmoment Diagramm Bewerten Sie die Eignung der drei Rolltore anhand des Drehmomentverlaufs f r den Betrieb mit dem Motor 246 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Teilaufgabe 4 Impuls Zeit Diagramme des Steuerstromkreises Die Arbeitsweise des Steuerstromkreises der Rolltorsteuerung soll mit Hilfe eines Impulsdia gramms beschrieben werden Zeichnen Sie in Abb 5 die Verl ufe f r Q2 und Q3 passend zu den Signalverl ufen von SO 54 und B1 B2ein 4 50 bet tig nicht bet tigt 4 S1 aufw rts bet tigt nicht bet tigt 4 52 abw rts bet tigt nicht bet tigt 4 B1 oben bet tigt nicht bet tigt 4 B2 unten bet tigt nicht bet tigt 4 Q2 aufw rts bet tigt nicht bet tigt 4 abw rts
34. Experimentbezogene Aufgaben oder Aufgaben mit Experimenten beziehen sich im Fach Elektrotechnik auf Problemstellungen der Pr f und Messtechnik Pr fen und Messen sind grundlegende Methoden die in allen Bereichen der Elektrotechnik zur Anwendung kommen Der Gegenstand experimentbezogener Aufgaben bezieht sich auf die Messung und Pr fung elektrischer und nichtelektrischer Gr en Experimentgebundene Aufgaben bestehen e aus der Planung und dem Entwurf von Pr f und Messschaltungen e aus der Erstellung von Versuchsunterlagen 102 4 1 Beschreibung e aus der Auswertung von durchgef hrten oder dokumentierten Experimenten und Mes sungen und e aus der messtechnischen Fehlersuche in elektrischen Schaltungen 4 1 3 Offenheit der Pr fungsaufgaben Im Sinne der Kompetenzorientierung der Abiturpr fungen fordert die EPA Technik ausdr ck lich offene Aufgabenstellungen vgl KMK 2006 S 14 Durch die Gestaltung der Offenheit der Aufgaben besteht die M glichkeit die Bandbreite der Aufgabenarten zu erweitern Aufgaben sind inhaltsbezogene Denk und Handlungsaufforderungen Sie lassen sich durch drei Komponenten strukturieren vgl W Reisse 2008 R Sell R Schimweg 2002 Die Ausgangssituation IST Das Ziel SOLL Der Weg TRANSFORMATION von Ausgangssituation IST zum Ziel SOLL Weg Ziel Methoden L sung Ergebnis Ausgangssituation Informationen Ar
35. gelungsverhalten zeigen 46 3 2 Kompetenzen und Inhalte 4 Anforderungsbereich II Regelungstechnische Zusammenh nge im Anwendungskontext erkl ren beschreiben und darstellen und geeignete Regler ermitteln und berechnen Kompetenzen 1 Regelkreisstrukturen im realen Technologieschema ermitteln und Wirkpl ne zeichnen gt Zeichnen Sie den Wirkungsplan f r die technologisch realisierte Drehzahlregelung in Abb 1 2 Parameter Kennwerte Gr en f r Regelungen mit Diagrammen oder Tabellen ermit teln gt Ermitteln Sie mit Hilfe der angegebenen Tabelle die Regelbarkeit der Strecke gt Ermitteln Sie anhand der gegebenen Sprungantwort die Schwellspannungswerte des Zweipunktreglers und die Schalthysterese 3 Parameter Kennwerte Gr en f r Regelungen mit OPV ermitteln gt Berechnen Sie mit den Werten der Operationsverst rkerschaltung die Parameter des PI Reglers gt Untersuchen Sie ob mit den vorgeschlagenen Bauteilwerten die optimierten Parame tereinstellungen und Kpr realisiert werden k nnen 4 Geeignete Regler f r Regelungsaufgaben bestimmen gt Bestimmen Sie f r die in Abb 1 dargestellte Regelungsaufgabe einen geeigneten Reg ler 5 Signalverl ufe im geschlossenen Regelkreis mit unstetigen Reglern zeichnen und ana lysieren gt Ermitteln Sie mithilfe des gezeigten Temperaturverlaufes die Verzugszeit der Regel strecke und die Einschalt und Ausschaltzeit des Zweipunktreglers
36. vorhanden ist L sungsaspekte AFB Punkte Formel f r die ideelle Gleichspannung angegeben Il 1 Ideelle Gleichspannung berechnet 1 Formel f r die Brummspannung angegeben II 1 Brummspannung berechnet II 1 Musterl sung Es handelt sich um eine B6U Gleichrichterschaltung Ideelle Gleichspannung Uai_x1x2 Uvo 1 35 0 12 1 35 400V 1 35 540V Brummspannung Ugiy 4 0 04 400V 21 6V 205 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Gesteuerter Gleichrichter Ermitteln Sie aus der Kennlinie den notwendigen Einstellbereich f r den Z ndverz gerungs winkel a L sungsaspekte AFB Punkte U dia Verh ltnis 1 2 f r beide F lle ermittelt 2 Zugeh riger Steuerwinkel f r beide F lle abgelesen 2 Angabe des Einstellbereichs 1 Musterl sung U dia Rechnerische Ermittlung des Verh ltnisses Usio f r beide F lle und Ablesen der zugeh rigen Winkel aus der Steuerkennlinie 3 Udia _ 400V _ F r Uaia 400V IT 0 74 gt Qq242 Udi 500V dia 0 92 Udio 540V F r Ha 500V gt 22 Der notwendige Einstellbereich des Z ndverz gerungswinkels a liegt zwischen 22 und 42 Teilaufgabe 4 Ausgangsspannungen des Wechselrichters Zeichnen Sie die Spannungsverl ufe der Au enleiterspannung U23 und der Spannung zum Neutralleiter U2N in die vorbereiteten Diagramme in Abb
37. zur Verf gung Der Kondensator kann im Bereich von 1uF bis 1000F gew hlt werden Dimensionieren Sie die Widerst nde R1 R2 und den Kondensator C1 221 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 7 Segment Ansteuerung mit FET Die Siebensegmentanzeige f r die Zehnerstelle der Monatsanzeige zeigt entweder eine 0 oder eine 1 an Daher ist der Codeumsetzer 74LS48N IC6 nicht n tig und kann durch einen Feld effekttransistor FET ersetzt werden Es steht ein PMOS FET zur Verf gung Dieser soll daf r sorgen dass die ben tigten Widerst nde vor LED2 entsprechend der anzuzeigenden Ziffer mit Spannung versorgt werden Einige der Widerst nde vor LED2 k nnen permanent mit Span nung versorgt werden Das Signal zur Ansteuerung des FET kommt von PIN3 des ICs V2 Die Segmente sind wie in Abb 12 gezeigt angeschlossen Abb 12 7 Segment Anzeige Zeichnen Sie die Schaltung des FET in Abb 13 ein V2 CTRDIV10 2 0 26 3 CT 9 Z6 74190N Abb 13 Ansteuerung LED2 222 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 7 Kalender mit Mikrocontroller Der Digitalkalender soll durch eine Mikrocontrollerschaltung ersetzt werden Er rtern Sie Vor und Nachteile der Realisierung als Mikrocontrollerschaltung gegen ber der Digitalschaltung aus Anhang 2 Teilaufgabe 8 RS FlipFlop als Speicher f r die Monats Zehnerstelle In der Schaltung in Abb 14 ist de
38. 270 74190N 58 4 be GND etteig 4euuez Auer 8 4 ayer 226 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Anhang 3 Datenblattauszug des Z hlers 74190N 190 1 5190 DECADE COUNTERS typical load count and inhibit sequences Illustrated below is the following sequence 1 Load preset to BCD seven 2 Count up to eight nine maximum zero one and two 3 Inhibit 4 Count down to one zero minimum nine eight and seven gt B l DATA INPUTS cH 8 9 0 1 2 2 2 1 9 8 7 LOAD 227 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 4 Datenblattauszug des Multiplexers 74153N Pin Arrangement Strobe 1G Select B 1C3 Data Wa Inputs 1C1 1Co Output 1Y GND Function Table Top view Vec 2G Strobe Select A 2C3 2 Data Inputs ac 2 2Y Output H high level L low level X irrelevant 228 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Losungsteil Teilaufgabe 1 Funktionsbl cke des Kalenders Ordnen Sie in der Tabelle 1 die Funktionsbl cke und Bauelemente einander zu L sungsaspekte AFB Punkte Name des ICs nennen V5 1 Funktionsblock zeichnen f r Reset bei 13 1 und Ausgangssignale von Reset bezeichnen 2 Bezeichnung des ICs nennen 7488N 1 Funktionsblock zeichnen f r Schaltjahr 1 Ein und Ausgangssignale von
39. B II 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden 276 6 6 Aufgabenbeispiel 6 Brennofentemperaturregelung Fachwissen Regelungstechnik RT RT2 Regelstrecken Fachwissen Regelungstechnik RT RT3 Regler Methodenbeherrschung B4 Messen Aufgabenart Experimentbezogene Aufgabe Bearbeitungszeit 10 Minuten 277 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 6 7 A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Teilaufgabe 2 Teilaufgabe 3 Teilaufgabe 4 Teilaufgabe 5 Teilaufgabe 6 Teilaufgabe 7 Anhang 1 Anhang 2 Anhang 3 Anhang 4 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Einsatz des Treiberbausteins 74245N Programmablaufplan f r Teilfunktion Entprellen des Tasters Schneller Frequenz des PWM Signals Kontrolle des PWM Signals Anzeige der Fahrgeschwindigkeit Einsatz der Optokoppler Schaltplan der Interfaceplatine Datenblatt des Treiberbausteins 74245N C Programm f r den PWM Fahrtregler Capture Compare Einheit des Mikrocontrollers Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Abb 1 zeigt das Blockschaltbild eines PWM Fahrtreglers mit Mikrocontroller f r einen Gleichstrommotor von einer Modelleisenbahn Tastenfeld Rechts O Links stopp Langsamer Schneller Mikrocontroller Interfaceplatine DC Motor Logikteil und Leistungsendstufe Abb 1 Blockschaltbild eines PWM Fahrtreglers Zur Steuerung des
40. Bei IF 10mA betr gt ca 2 09V Abb 2b 5 L sungsschritt Die Verlustleistung betr gt Py Up Ip 2 09V 10mA 20 9mW 1109 Kapitel 4 Aufgabenarten Beispiel 3 A Aufgabenteil Aufgabe Spannungsversorgung im Tauchcomputer Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Der Schaltplan in Abb 1 zeigt einen Tauchcomputer Es soll die Versorgungsspannung an Pin 2 des Displays und an Pin 10 des Mikrocontrollers berpr ft werden 5 6k a n u N Temp Sensor 4 m I Messverst rker aster 3 Taster 1 Reed Taster 2 500 100nF 1 N Rete KTY18 2 ltr Si Diode 1N4001 78106 Hih o Mikrocontroller Rx 22 o AT Mega 32 S SZ SL E ef 196 T Tab Vout 0 5V miso o o7 o S Dr SCK Io o8 RESET o og 20H A 10uH SR cno 010 310 a Am 011 300 Xtal Gi 10uF 10k 2 o 29oH H 32768 kHz o 08 88 E 9 280 D 10uF 55 014 270 Bei LM 358 Su om h 8 0 15 260 Drucksensor und 5 250 Ry 7 R Messverst rker 240 47pF 018 230 a A a IS A A A 12V 50mA 019 220 7 Vor und Teilerwiderst nde Vis 020 210 8 ensi R Re BW v o 5 aps Fe bes e Siemens KPY 14 8 2k 2 2k 1 8 2k a Si ex sok im amp J Sal am Im em 80 Diese Leitung dient d
41. D Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren C Code Unterfunktion zur Abfrage der Tasten und eieruhr c C Toeller 25 11 2012 1 at 0x80 sfr at 0x80 sbit Plus at 0x81 sbit Minus PO 0xFF PortO zum Lesen vorbereiten Pull Up Widerstaende void abfrage unsigned int zaehlwert if Plus amp amp Minus if 65535 zaehlwert lt 99 Pruefen ob maximaler Zaehlwert erreicht ist zaehlwert zaehlwert 60 Da der Zaehler Sekunden zaehlt muessen pro 60s hinzugefuegt werden else if Plus amp amp Minus if 65535 zaehlwert gt 0 Pruefen ob minimaler Zaehlwert erreicht ist zaehlwert zaehlwert 60 Da der Zaehler Sekunden zaehlt muessen pro min 605 abgezogen werden 82 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 7 B7 Programmanalyse Beschreibung Unter der Methode Programmanalyse wird im Fach Elektrotechnik die systematische und nachvollziehbare Beschreibung der Ablaufstruktur eines Programmes verstanden Die Analyse erfolgt in diesen Schritten 1 Zuordnungsliste aus der Deklaration der SFR ableiten C Code kommentieren bersetzen des C Codes in einen PAP ggf mit weiteren Programmablaufpl nen zu Un terprogrammen 4 Gof Teilfunktionen zu Modulen zusammenfassen 83 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Aufgabenbeispiel Aufgabe Abfrage der Taster UP und DOWN Die folgende Abb 1 zeigt das Technol
42. Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Fachwissen Regelungstechnik RT RT1 Grundbegriffe Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 4 Minuten Teilaufgabe 10 Leerlauf Verst rkung eines Operationsverst rkers OPV A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 3 Gr en f r Anwendungsschaltungen berechnen Niveau Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung ohne Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 11 Frequenz einer astabilen Kippschaltung A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e B Methodenbeherrschung e A1 III 6 Funktionale Zusammenh nge von Schaltungen Gepr fte Kompetenzen Niveau nachweisen B III 1 Fachmethoden in einem komplexen Kontext an wenden 1179 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Inhalte Methodenbeherrschung B8 Arbeiten mit Diagrammen Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug L sungsweg Aufgabenart en offene Aufgaben Bearbeitungszeit 12 Minuten Teilaufgabe 12 Strombelastung des Integrierers A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungste
43. Geben Sie in den Programmzeilen 177 bis 181 des C Programms in Anhang 3 die entspre chenden Zahlenwerte Wert 1 bis Wert 5 f r die Abfragen des CCL1 Registers hexadezimal an Teilaufgabe 7 Einsatz der Optokoppler In der Schaltung in Anlage 1 wurde Wert auf den Schutz des Mikrocontrollers vor Fremdeinfl ssen gelegt Dabei wurden auch die ausgangsseitigen Grenzwerte von IC1 40V 5A ber cksichtigt Begr nden Sie den Einsatz der Optokoppler in dieser Schaltung 281 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele NSrerl 01 2X d 6X Ord xx 1031 78 X ex 9031 ki L 2X pvo x SQ31 9X Erd xx T K S 2X rd e xy ECO er 7X td x 2031 sa EX xx 1431 ONG ONG NZELVZ NSPZOHrZ 2000 7 AO ANS 5 AND 5i 1 av zN3 ea 99 55 val nae DOA FT SOA 02 Jo OJ UO9O DJI AI IA ZA obuebuig AG AG ZA 9 Jop BunBiosieAsBunuueds ONS NC Ww NZe les if ALAN a 1 5 s ano VTA po 9 2 6026 11 2 N FX va B FEX e E Ap ane i T 10 LX Ag o 3 DIO yog9 S 2 1 amp p AS 2 an Y 0 ONG ONG ONG I ONS ALAND JO J
44. Inhalte Operatoren gt Weisen Sie nach dass der eingesetzte Baustein 7400 die Anforderungen hinsichtlich des geforderten zeitlichen Verhaltens des Ein und Ausgangspegels und der Strombe lastbarkeit erf llt A2 Anforderungsbereich Ill Komplexe digitaltechnische Steuerungseinheiten problem und anwendungsorientiert entwi ckeln beurteilen und analysieren Kompetenzen 1 Anwendungsbezogen eine digitaltechnische Steuerung unter Verwendung von Schalt netzen und Schaltwerken entwickeln gt Entwickeln Sie eine digitaltechnische L sung f r den Transistortester gt Entwickeln Sie einen Schaltplan f r die Z hlerschaltung 2 Mit unbekannten Bausteinen datenblattgest tzt Schaltungen entwerfen gt Entwickeln Sie eine Multiplexerschaltung aus zwei 74153N Bausteinen mit der gleichen Funktion wie die gezeigte Schaltung 3 Einsatz von Bauelementen in Schaltungen auf der Basis von Datenbl ttern beurteilen gt Bewerten Sie den Einsatz des IC74190 in der gezeigten Schaltung 4 Schaltungstechnische L sungen f r eine gegebene Problemstellung vergleichen gt Vergleichen Sie das elektrische Verhalten des gezeigten Schaltnetzes Pulsformerstufe mit dem Monoflop IC 74121 5 Analysieren von komplexen digitaltechnischen Steuerungen unter Anwendung der Fachmethode Schaltungsanalyse gt Analysieren Sie die digitale Steuerschaltung des Rolltores 40 3 2 Kompetenzen und Inhalte Inhalte DT1 Grundbausteine
45. SRG b Zeichnerische L sung b1 wie a1 b2 wie a2 b3 wie a3 ohne Festlegung von b4 wie a4 b5 Der Verlauf der Spannung am Kondensator wird in das Liniendiagramm f r die Aus gangsspannung eingetragen Zeichnerische Fixpunkte Uc 0s 7V 0 71 Uc 1 05ms 7V 14V 7V 0 5 3 5V Uc t Uc 1 5ms 7V 0 63 21V 5V Uc 2 Uc 3ms 7V 0 86 21V 12V Uc 3 Uc 4 5ms 7V 0 95 21V 13 02V Uc 4t Uc 6ms 7V 0 98 21V 13 96V Uc 5t Uc 7 5ms 14V b6 Uc Fixpunkte eintragen b7 Uc Verlauf zeichnen CoG b8 Uc T 2 Uc 1 62ms 7V Ur Zeichnerisch konnte nachgewiesen werden dass die Spannung Uc t bei t T 2 1 62ms kippt Demzufolge ist die Frequenz f 1 T 300Hz c L sung aus a und b 1171 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 12 Strombelastung des Integrierers berpr fen Sie die Dimensionierung des Integrierers hinsichtlich der Strombelastbarkeit des OPV L sungsaspekte AFB Punkte UA 10V lA Io Igi 0 6V Ro 4 8mA I 1 UA 10V lA Io Ir2 0 6V Ri 4 8mA I 1 gt lama 182 lt lamax SMA II 1 Die Strombelastung des OV liegt ber dem zul ssigen Wert linas 5mA Musterlosung Siehe L sungsaspekte Teilaufgabe 13 Ideale und reale Eigenschaften des OPV 741 Benennen Sie in Tabelle 1 f r f nf Ken
46. Sanft anhalten Das C Programm f r den PWM Fahrtregler steht in Anhang 3 zur Verf gung Die Teilfunktionen Langsamer fahren und Sanft anhalten dienen zur Verringerung der Motordrehzahl und werden im C Programm in den Zeilen 80 bis 90 realisiert Erstellen Sie f r die Teilfunktionen Langsamer fahren und Sanft anhalten Programmzeilen 80 90 den Programmablaufplan 279 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Entprellen des Tasters Schneller In Abb 2 ist der Anschluss des Tasters S1 Schneller an den Mikrocontroller gezeigt 5V R1 Port 5 3 Abb 2 Taster S1 Schneller Bei der Signalauswertung des Tasters durch den Mikrocontroller kommt es zu Fehlfunktionen die durch ein Prellen des Tasters verursacht werden Statt des sofortigen elektrischen Kontaktes ruft die Bet tigung des Tasters kurzzeitig ein mehrfaches Schlie en und ffnen des Kontakts hervor Abb 3 zeigt das Prell Signal des Tasters das mit einem Oszilloskop aufgezeichnet wurde Taste gedr ckt donne HHH pee Abb 3 Zeitlicher Signalverlauf eines ca 250us prellenden Tasters Um das Prellen des Tasters zu vermeiden muss sichergestellt werden dass der Zustand Taster gedr ckt w hrend einer bestimmten Zeitdauer 300 ansteht bevor er als Tastendruck registriert wird Diese Zeitverz gerung zum Ausblenden der Impulse zwischen der er
47. Wiesbaden H Bernstein 2012 Regelungstechnik Elektor Aachen Elektor 2012 First step Erste Schritte mit dem Mikrocontroller Elektor Aachen Elektor 2012 Second step Weitere Schritte mit dem Mikrocontroller Elektor Aachen P Horowitz W Hill 2008 The Art of Electronics University Press Cambridge K D Tieste O Romberg 2011 Keine Panik vor Regelungstechnik Vieweg Teubner W Tietze T Schenk 2010 Halbleiterschaltungstechnik Springer Berlin J Kahlert 2010 Crashkurs Regelungstechnk VDE Verlag Berlin B Lichtenberger 1994 Praktische Digitaltechnik H thig Heidelberg Lernpaket Arduino 2010 Franzis M nchen Lernpaket MSR mit dem PC 2011 Franzis M nchen P Pernards 2001 Digitaltechnik H thig Heidelberg P Pernards 2002 Digitaltechnik Il H thig Heidelberg Charles Patt 2010 MAKE Elektronik O Reilly K ln ISBN 978 3 89721 601 3 H Gassmann 2001 Regelungstechnik Harri Deutsch Frankfurt J Walter 2008 Mikrokontrollertechnik mit der 8051 Controllerfamilie Springer Berlin D Zastrow 2012 Elekronik Wiesbaden Springer Vieweg R Felderhoff U Busch 2006 Leistungselektronik Hanser M nchen R J ger E Stein 2004 Leistungselektronik VDE Berlin W Seinsch 2000 Grundlagen elektrischer Maschinen Hanser M nchen J Vogel 2000 Grundlagen der elektr Antriebstechnik Verlag Technik Leipzig 323 Anhang Literatur D Verwaltun
48. ber elektrische Maschinen darstellen erl utern und einordnen Anforderungsbereich 1 Basisanwendungen von elektrischen Maschinen benennen und darstellen Kompetenzen 1 Last und Steuerstromkreise f r elektrische Motoren zeichnen gt Zeichnen Sie den Laststromkreis des Motors f r Stern Dreieck Betrieb 2 Arbeitspunkte in Drehzahl Drenmoment Schrittfrequenz Drehmoment und Belas tungskennlinien kennzeichnen gt Bestimmen Sie f r die gegebene Schrittfrequenz das Drehmoment des Schrittmotors 3 Kenngr en von elektrischen Maschinen benennen gt Bestimmen Sie aus dem Typenschild des angegebenen Motors die Nenndrehzahl und die Nennleistung 4 Einfache Steuerungen mit Wirkschaltpl nen beschreiben gt Beschreiben Sie mit Hilfe eines Wirkschaltplanes die Rolltorsteuerung Anforderungsbereich II Arbeitsverhalten elektrischer Maschinen in einfachen Anwendungskontexten beschreiben Kompetenzen 1 Kenngr en Stromaufnahme Drehzahl Drehmoment Leistungsaufnahme Wirkungs grad von elektrischen Maschinen berechnen gt Berechnen Sie die Leistung die der Motor bei Antrieb der Schwungscheibe mit Nenn drehzahl aufnimmt 2 Geeignete Maschinen nach Leistung Drehmoment und Drehzahlverhalten anwen dungsbezogen ermitteln gt Ermitteln Sie aus der Liste Anhang 2 einen geeigneten Motor f r den Pumpenantrieb 43 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Anforderungsbereich Il
49. berwachung 4 Grundschaltungen anwendungsbezogen mit unbekannten Bauelementen dimensio nieren gt Dimensionieren Sie die gezeigte Schaltung zum Zuschalten des Relais mit dem MOS FET IRF530 siehe Datenblatt 5 Einsatz von Bauelementen in Schaltungen auf der Basis von Datenbl ttern beurteilen gt Pr fen Sie den Einsatz des Leistungs MOS FET in der Schaltung zur Drehzahleinstel lung des Gleichstrommotors 6 Funktionale Zusammenhange von Schaltungen nachweisen gt Zeigen Sie dass die Ausgangsspannung des Rechteckgenerators eine Frequenz von 123Hz besitzt gt Vergleichen Sie die Funktion und Leistungsf higkeit der beiden angegebenen Schal tungen zur Temperatur berwachung gt Weisen Sie nach dass die Verst rkung des gezeigten Instrumentenverst rkers nur mit dem Potentiometer eingestellt werden kann 1 Als unbekannt werden Elemente bezeichnet die nicht in der Liste der Grundbauelemente aufgef hrt sind Vgl Inhalte AST1 36 3 2 Kompetenzen und Inhalte Inhalte AST1 Grundbauelemente e Widerst nde Kondensatoren Induktivit ten e LDR z B LDRO3 VDR z B VAR200V04W Relais z B OMRON G5V 2 e Diode z B 1N4007 Leuchtdioden Photodiode z B BPW34 Br ckengleichrichter z B B40C1500 Z Diode z B ZD5 6 e Thyristor TIC126D Diac DB3 Triac TIC226D e Transistoren o Bipolare Transistoren BC548B BC558B BD139C BD140C o Unipolare Transistoren DEN 150N I
50. kann die Ausgangssituation f r die entsprechende Teilaufgabe erg nzt werden In einer Pr fungsaufgabe kann ein Informationsteil auch f r mehrere Teilaufgaben ausgewiesen werden dies bedarf jedoch einer deutlichen Kennzeichnung Auftragsteil Im Auftragsteil wird das zu l sende Problem die eigentliche Aufgabe beschrieben Hier er fahren die zu Pr fenden was von ihnen erwartet wird Nur im Auftragsteil werden Operatoren zur Formulierung der Aufgaben verwendet Der Auftragsteil wird gegen ber den anderen Tei len der Teilaufgaben optisch hervorgehoben siehe Beispiel 1 In der Abiturpr fung f r das Fach Elektrotechnik wird jeder Auftragsteil einer Teilaufgabe mit einem Rahmen versehen Bearbeitungsteil Der Bearbeitungsteil ist optionaler Bestandteil des Aufgabenteils Er enth lt Vorgaben bzw Hilfen f r die Darstellung der L sung vgl Beispiel 1 Anhang Der Anhang geh rt zum Informationsteil Umfangreiche Materialien die die bersichtlichkeit des Informationsteils der vor dem Auftragsteil liegt beeintr chtigen w rden werden in dem Anhang aufgenommen Umfangreiche Materialien sind z B Schaltpl ne Datenbl tter etc 134 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren 5 3 3 Losungsteil einer Teilaufgabe Thema Auftragsteil L sungsaspekte Musterl sung Die L sung einer Teilaufgabe besteht aus dem Aufgaben Thema dem Auftragsteil den L sungsaspekten und der Musterl sung siehe Abb 24 Teilaufgab
51. schwellen im C Programm Berechnung der oberen und unteren Schaltschwelle des program 2 mierten Zweipunktreglers Eintragen der oberen und unteren Schaltschwelle in die Abb 6 II 2 316 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Musterl sung Relevante Programmzeilen 40 if ofentemperatur_ist lt ofentemperatur_soll 1 0 0385 4 42 Heizung 1 43 44 45 if ofentemperatur_ist lt ofentemperatur_soll 1 0 0385 46 47 Heizung 0 48 Untere Schaltschwelle 260 C 260 C 0 0385 249 99 C Obere Schaltschwelle 260 C 260 C 0 0385 269 99 C 5 gt E al sech v in 250 C 270 C 317 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Funktionsbeschreibung der Brennofenanlage Kompetenzbereiche C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen CI 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen dar Teer stellen e Kommunikation C Inhalte K1 Grundbegriffe der Technikwissenschaft K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 2 Auswahl eines Mikrocontrollers Kompetenzbereiche A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Gepr fte Kompetenzen A5 II 5 Einen Mikrocontroller anforderungsgerecht ermit Niveau SE W I Fachwissen Mikrocontrollertec
52. st ndlich sind und die Aussagekraft der Information verst rken 1141 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung b Bilder Gut gestaltete Bilder Technologieschemata Blockschaltbilder Schaltbilder Di agramme usw sind unmittelbar ansprechend Sie stellen einen technischen Sachver halt pr zise da Der Einsatz von Bildern verlangt daher auch eine passgerechte Aus wahl um Missverst ndnissen und Fehldeutungen vorzubeugen Diagramme In Diagrammen lassen sich Informationen bersichtlich und strukturiert aufbereiten Zu beachten ist dabei Nicht jeder Diagrammtyp eignet sich f r jede Infor mationsaufbereitung gleich gut Stimmigkeit von Text und Bild Die Stimmigkeit zwischen Text und grafischer Darstel lung ist die Voraussetzung f r eine korrekte Aufgabenerschlie ung In Textpassagen sind die Bez ge auf grafische Elemente der Aufgaben nachvollziehbar zu gestalten damit deren Relevanz im Kontext der Aufgabe korrekt und unmittelbar erkannt werden kann Widerspr che und Unstimmigkeiten zwischen Text und Bildanteilen sind unbe dingt zu vermeiden Es muss eine logische Zuordnung erkennbar sein Technische Gr en sind in Text und Bild einheitlich zu bezeichnen Merkmal Gliederung und bersicht Eine gute Gliederung der Aufgaben und eine bersichtliche Ordnung der Informationen ist eine wichtige Grundvoraussetzung f r die Verst ndlichkeit einer Aufgabe Folgende Kriterien m s sen bei der Umsetzung des Merkma
53. 1 August 8 0 1 0 0 0 1 September 9 0 1 0 0 1 0 10 0 1 0 1 0 0 11 0 1 0 1 1 0 12 0 1 1 0 0 0 13 0 1 1 0 1 0 14 0 1 1 1 0 0 15 0 1 1 1 1 0 Oktober 16 1 0 0 0 0 1 November 17 1 0 0 0 1 0 Dezember 18 1 0 0 1 0 1 0 31 1 1 1 1 1 0 Abb 6 Funktionstabelle Reset Tages Z hler 217 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 4 Einsatz des Multiplexers 74153 In Abb 7 ist der Multiplexer aus der Schaltung Digitalkalender Anhang 2 dargestellt Abb 7 Multiplexer aus dem Digitalkalender Er bekommt folgende Eingangssignale Februar Monat mit 31 Tagen Schaltjahr 29 30 31 32 und produziert das Signal Monatsende Reset Aus den Eingangssignalen berechnet der Multiplexer das Reset Signal Monatsende Reset f r die Tagesz hler Wenn zum Beispiel kein Schaltjahr vorliegt und der aktuelle Monat Febru ar ist dann wird beim Z hlerstand 29 ein Reset erzeugt Der Reset wird unmittelbar erzeugt sodass der 29 nicht als Tag angezeigt wird Nach dem 28 Februar kommt der 1 M rz Dieses Signal wird auch dazu verwendet die Monate hochzuz hlen Im Fehlerfall wenn Monat mit 31 Tagen und Februar 1 sind soll sofort ein Reset erfolgen Die Funktionstabelle in Abb 8 stellt diesen Zusammenhang bersichtlich dar 218 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Monat mit Monatsende Schaltjahr Februar 31 Tagen
54. 1 Punktschritte 3 Die Musterl sung ber cksichtigt alle L sungsaspekte 4 Die Musterl sung hat den Charakter einer Sch lerl sung Ll 1147 KAPITEL 6 AUFGABENBEISPIELE Vorbemerkung Dieses Kapitel enth lt acht Aufgabenbeispiele Die Aufgabenbeispiele orientieren sich an dem Konzept einer kompetenzorientierten Aufga benkultur f r das Fach Elektrotechnik Die Aufgabenbeispiele bestehen jeweils aus drei Teilen A Aufgabenteil B L sungsteil C Pr fungsdidaktischer Kommentar 149 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG A Aufgabenteil bersich t Ausgangssituation fur alle Teilaufgaben Schaltung eines S gezahn Rechteck Generators Teilaufgabe 1 Teilaufgabe 2 Teilaufgabe 3 Teilaufgabe 4 Teilaufgabe 5 Teilaufgabe 6 Teilaufgabe 7 Teilaufgabe 8 Frequenz der Ausgangsspannung Messung mit dem Oszilloskop Schaltzust nde der Diode D Programmablaufplan f r den S gezahn Rechteck Generator bertragungskennlinie des Schmitt Triggers Integrierers als Funktionsblock Schaltung des Schmitt Triggers Werte f r R Re und C des Integrierers Erg nzende Ausgangssituation f r die Teilaufgaben 9 und 10 Nichtinvertierende Operationsverst rker Schaltung Teilaufgabe 9 Teilaufgabe 10 Teilaufgabe 11 Teilaufgabe 12 Teilaufgabe 13 Teilaufgabe 14 Teilaufgabe 15 Anhang Nichtinvertierende
55. 2012 Soest im Juli 2013 Arbeitsgruppe WAKE Inhaltsverzeichnis ER 3 ele WEE TE 4 KAPITEL 1 EINF HRUNG see 9 1 1 Aufgaben sind die entscheidenden Elemente einer Pr fung 9 12 Pr fungsaufgaben brauchen 10 1 3 Die Entwicklung von Aufgaben ist anspruchsvoll 12 1 4 WAKE Arbeitshilfen f r die Aufgabenentwicklung 20 4 13 KAPITEL 2 Res 15 21 Die Leitfrage der 15 2 2 Kompetenzbeschreiburig o e ie eid ide ete eee 16 2 2 11 KompelenzDe nlil en enee ex cr pe vetu iran sees 16 2 2 2 KonpetenzDelel6li8 chc io EVO SEV ma qe VE MEM 18 22 3 Antarderungsberelclie c coe een Let ee 19 22 4 QOperaltoren ee ede ee gio a lec gd p a ug Rp E eu ea 19 2 2 5 pee Ue RE te eee te Ra hora ae Rd tue 20 2 2 6 Kompetenzfundierende 21 2 2 7 KOmpetenzmodell 22 2 3 Arbeitsfeld Elektrotechnik sense ee 22 PEE HEN ele E EE 23 2 32 Technkwerstanguls uiii een a RR 23 2 4 Pr f ngsqualllat oi een tay eden up du ede mt qui ted 24 2 421 E 24 2 4 2
56. 4 7 L sungstell erstellen Heike P RR ee aes eee 145 5 5 Pr fungsaufgaben pr fen 00000 146 5 5 1 Checkliste Pr fungsvorschlag Nr gesamt 146 5 5 2 Checkliste Aufgabenteil von Teilaufgabe __ 147 5 5 3 Checkliste L sungsteil Teilaufgabe Nr _ 147 KAPITEL 6 AUFGABENBEISPIELE xt rere ree rre teda er me EUER UR 149 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator 150 Stee TEE 150 BELSSHNOSTE sn es ae 161 C Pr fungsdidaktischer kommentar A 174 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung 2 2222 182 Ir ETE 182 B L s ngsteil cT 188 Pr fungsdidaktischer en 194 6 3 Aufgabenbeispiel 3 197 A tree TEE 197 suoi en u Ren 205 Pr fungsdidaktischer Kommentar 4 00 209 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler 212 hw tris reset 212 B L s ngsteil 229 C Pr fungsdidaktischer kommentar A 239 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung 243 tree ET EE 243 B L slngstell MSS 253 C Pr fungsdidaktischer
57. 8a und 8b L sungsaspekte AFB Punkte Je richtig eingezeichnetem Spannungswert der Spannung Uz f r ein i 7 10ms Intervall 1 Punkt Je richtig eingezeichnetem Spannungswert der Spannung U f r j gt ein 10ms Intervall 1 Punkt 206 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Musterl sung Us A 600 V 0 10 20 30 40 150 60 ms 600 V4 Un 400 V 200 V o 0 10 20 30 40 50 60 t ms 200 V pee SS 400 V4 Abb 13 Ausgangsspannungen des Wechselrichters Teilaufgabe 5 Typenschild eines Frequenzumrichters Zeichnen Sie zu den Angaben des Typenschildes ein Blockschaltbild mit zugeordneten Wer ten L sungsaspekte AFB Punkte Blocksymbol Umrichter 1 Blocksymbol Motor 1 Jeweils 3 Eingangs und Ausgangsleiter Angaben 380 480V 50 60Hz und 11 5A auf Eingangsseite Angaben 0 Ue 0 320Hz und 9A auf Ausgangsseite N Motorleistung 4kW Musterl sung 4 kW 400 V Abb 14 Blockschaltbild zum Typenschild 207 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 Vorteile beim Einsatz von Frequenzumrichtern Erl utern Sie die Vorteile des Motoranlaufes mit einem Frequenzumrichter in einem Antriebs system gegen ber dem Stern Dreieck Anlassverfahren L sungsaspekte AFB Punkte Kontinuierliche lineare Spannungssteigerung
58. AST2 Grundschaltungen Inhalte Methodenbeherrschung B B2 Schaltungsentwurf Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Ergebnisoffe Aufgabenart ne Aufgabe 3 Musterl sungen Bearbeitungszeit 8 Minuten Teilaufgabe 8 Werte von und C des Integrators A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e B Methodenbeherrschung 4 Schaltungen unter Verwendung von Grundbauele Gepr fte menten und Grundschaltungen funktions und anwendungs Kompetenzen orientiert skizzieren Niveau e BIO Fachmethoden in einem komplexen Kontext an wenden e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST NR AST2 Grundschaltungen Methodenbeherrschung B3 Dimensionieren Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten 178 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 9 Nichtinvertierende OPV Schaltung als Regelkreis A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e A4 Umgang mit Fachwissen Regelungstechnik RT e A1 II 2 Verhalten von Grundschaltungen und Anwen dungsschaltungen durch Wirkpl ne Signal Zeit Diagramme Gepr fte Kompetenzen Niveau Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln darstellen 4 4 Regeleinrichtungen und Operationsverst rker schaltungen einander zuordnen Inhalte
59. Aufgaben sind sinnvoll und fair zu stellen sie GER e gt Kompetenzorientierung sollten motivierend sein gt L sungserwartungen mit Musterl sung gt L sungserwartungen mit kleinschrittigen Pr fungsaufgaben sind mehr als nur die Aufga f RM L sungsaspekten benstellung Zu einer Pr fungsaufgabe geh rt die eigentliche Aufgabe wie auch die L sungserwar tungen mit einer Musterl sung und der Angabe von kleinschrittigen L sungsaspekten Die L sungserwartungen sollen eine objektive Bewertung der L sungen erm glichen Der Prozess der Aufgabenentwicklung erweist sich als zeitaufw ndig und m hsam Eine kon tinuierliche Qualit tssicherung erfordert eine fortlaufende berarbeitung der entwickelten Auf gaben Insbesondere der Pretest bei dem Lehrkr fte die Pr fungsvorschl ge unter Klausur bedingungen bearbeiten ist qualit tssichernd Pr fungsaufgaben sind absolut verst ndlich zu Pr fungsaufgaben m ssen zu 100 ver formulieren Die Schwierigkeit der Pr fungs st ndlich sein aufgaben soll bei der Bearbeitung liegen und nicht im Verst ndnis der Aufgabenstellung 12 1 4 WAKE Arbeitshilfen f r die Aufgabenentwicklung 1 4 Arbeitshilfen f r die Aufgabenentwicklung Mit WAKE wird die Entwicklung kompetenzorientierter Aufgaben f r die Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik unterst tzt Auf der Basis des Konzepts der Aufga benkultur wurden in dem Projekt WAKE Ar
60. Ein weiterer Aspekt von Aufgabenkultur ist die 4 Kulturaspekt 3 Aufgabenvielfalt Keine Aufgabenart eignet sich ii Eine Pr fung sollte sich durch eine Aufga zur Uberpr fung aller Kompetenzen insbesonde benvielfalt auszeichnen re bei Ber cksichtigung der unterschiedlichen In haltsbereiche und der zu ber cksichtigenden Anforderungsniveaus Der Einsatz von nur einer Aufgabenart w rde bestimmte Sch ler bevorzugen deshalb sollte in einer Pr fung zwischen unterschiedlichen Aufgabenarten variiert werden In KAPITEL 4 AUFGABENARTEN werden die f r die Abiturpr fung in Frage kommenden Aufgabenarten vorgestellt Dabei werden die Vorgaben der EPA Technik in besonderer Weise ber cksichtigt Im KAPITEL 6 kommen die Aufgabenarten in den jeweiligen AUFGABENBEISPIELEN zum Einsatz Die Pr fungsqualit t wird bestimmt durch textpsychologische G tekriterien Es wird unter schieden zwischen Hauptg tekriterien und Ne beng tekriterien Zu den Hauptg tekriterien ge REES tat h ren die G ltigkeit Validit t die Zuverlassig Hauptg tekriterien keit Reliabilitat und die Objektivit t Zu den D G ltigkeit Nebeng tekriterien geh ren die Akzeptanz die gt Zuverl ssigkeit konomie und die Zumutbarkeit und N tzlich gt Objektivit t keit der Pr fung Nebeng tekriterien Die Kriterien von Pr fungsqualit t werden im gt Akzeptanz KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR beschrieben 2 konomie Inhaltlich fli
61. Elektrotechnische Funktionseinheiten Ger te Schal tungen und Programme in den Teilsystemen eines techni schen Systems Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 8 Minuten Teilaufgabe 15 Generatoren in der Elektrotechnik Kompetenzbereiche e D Reflexion Gepr fte DI 1 Einsatzm glichkeiten von elektrotechnischen Schal Kompetenzen tungen Ger ten oder Programmen in technischen Teilsys Niveau temen beschreiben e Reflexion D Inhalte RB3 Durch Elektrotechnik beeinflusste Technisierungspro zesse in Industrie und Gesellschaft Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 3 Minuten 1181 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Schaltungsschutz mit Dioden Teilaufgabe 2 Spannungspegel bei unterschiedlichen Widerstandskombinationen Teilaufgabe 3 Analoger Schl ssel Teilaufgabe 4 Fehlersuche Teilaufgabe 5 Bauelemente messtechnisch berpr fen Teilaufgabe 6 Schaltungs nderung Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Die Bedien und Anzeigeeinheit in einer Steuerung kann nur durch das Einstecken eines Klin kensteckers in die zugeh rige Buchse X der Auswerteschaltung freigeschaltet werden Abb 1 Der Klinkenstecker mit den eingel teten Widerst nde R4 und R8 dient als elektronischer analoger Schl ssel In den
62. Endlagenschalter B2 an Port 4 2 Betriebsanzeige LED1 an Port 1 0 Stoermeldung LED2 an Port 1 1 Betriebsanzeige aus low active Stoermeldung aus low active Anlage eingeschaltet Betriebsanzeige an low active beide Endschalter B1 und B2 sind bet tigt Stoermeldung an low active 315 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele else Stoerung_LED2 1 Stoermeldung aus low active L sungsm glichkeit 3 include lt REG 552 h gt sbit S1 sbit Signal B1 sbit Signal B2 sbit Betrieb LED1 sbit Stoerung LED2 void main while 1 Betrieb LED1 1 Stoerung_LED2 1 while S1 1 Betrieb LED1 0 0xCO0 0xC1 0xC2 0x90 0x91 Schalter S1 an Port 4 0 Endlagenschalter B1 an Port 4 1 Endlagenschalter B2 an Port 4 2 Betriebsanzeige LED1 an Port 1 0 Stoermeldung LED2 an Port 1 1 Betriebsanzeige aus low active Stoermeldung aus low active Anlage eingeschaltet Betriebsanzeige an low active Stoerung_LED2 ISignal B1 amp amp Signal B2 beide Endschalter B1 und B2 sind bet tigt Teilaufgabe 6 Parametrierung der Schaltschwellen eines 2 Punkt Reglers Tragen Sie die Werte f r die programmierte obere und untere Schaltschwelle des 2 Punkt Reglers in das Diagramm in Abb 6 ein L sungsaspekte AFB Punkte Erkennen der Berechnungsvorschrift zur Einstellung der Schalt i i
63. Inverter Musterl sung Das FlipFlop hat zwei Eing nge Der Setzen Eingang ist verbunden mit dem Ausgang von V1 1 Bei V1 1 handelt es sich um einen Inverter Der Inverter bekommt sein Signal vom Aus gang PIN 13 von V3 Es handelt sich dabei um RCO des Z hlers Dieser Ausgang wird Null bei einem bertrag Diese Null wandelt der Inverter in eine Eins um Somit wird das FlipFlop bei einem bertrag gesetzt Der R cksetz Eingang ist an den Ausgang von V2 1 angeschlossen V2 1 ist ein Inverter Der Eingang des Inverters ist an V12 1 angeschlossen V12 1 ist ein NAND Gatter Das Aus gangssignal des Gatters tr gt den Namen Reset bei 13 Der IC gibt nur dann eine Null am Ausgang aus wenn der Z hlwert 13 ist Die Zehnerstelle muss somit vom Ausgang des RS FlipFlop abgelesen werden Somit erf llen die beiden Inverter zusammen mit dem RS Flipflop die Funktion des ersetzten Z hlers V2 236 Teilaufgabe 9 Ablauf Tage Z hler 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Beschreiben Sie den Ablauf des Zahlens der Tage mit einem Programmablaufplan L sungsaspekte AFB Punkte Startzustand Tage 01 1 Hochz hlen Il 1 bertrag bei 9 T 1 Zehner hochz hlen Il 1 Reset Il 2 Musterl sung Hauptprogramm 1 Start _ gt v Tage Einer 1 v Tage Zehner 0 Tage Einer ja M bertrag nid MM Z hler Zehner Y Tage Einer 0 L
64. Maschinen e Sch tzsteuerung einfacher Last und Steuerstromkreis f r Ein Aus Stern Dreieck Drehrichtungs nderung e Motorvollbr cke bei Gleichstrommaschinen e z B L298 e Motorschutzschalter 45 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 2 1 4 A4 Regelungstechnik Kompetenzen Grundwissen ber Regelkreise darstellen beschreiben einordnen und anwenden 4 Anforderungsbereich Grundbegriffe der Regelungstechnik wiedergeben und in einem vertrauten Kontext verwenden Kompetenzen 1 Regelkreisglieder normgerecht DIN 19226 19227 darstellen gt Zeichnen Sie das Normsymbol der P T1 Strecke 2 Elemente oder Gr Ben in einem Regelkreis nennen gt Nennen Sie drei m gliche St rgr en die in dem gegebenen Regelkreis auftreten k n nen 3 Statische und dynamische Kenngr en aus Sprungantworten ermitteln gt Bestimmen Sie den Typ und die Kennwerte der Regelstrecke gt Ermitteln Sie aus der Kennlinie in Abb 1 die Zeitkonstanten T und Tg gt Bestimmen Sie mithilfe des in den Oszillogrammen gezeigten Zeitverhaltens die Kenn gr en Kpr und T des PI Reglers 4 Regeleinrichtungen und Operationsverst rkerschaltungen einander zuordnen gt Ordnen Sie die Operationsverst rkerschaltungen den Elementen der Regeleinrichtung ZU 5 Stabilit t von Regelkreisen mithilfe von Sprungantworten bestimmen gt Bestimmen Sie aus den angegebenen Sprungantworten diejenigen die ein stabiles Re
65. Minuten Einer ein Start Sto PO 6 Sekunden Zehner ein 1Hz P 3_4 T0 PO 7 Sekunden Einer ein Legende Pieper Steuerfuss Datenfluss 99559599 Abb 1 Technologieschema K chentimer Nach Start des Programmes oder einem Reset steht die Anzeige auf 00 Minuten und 00 Sekunden Wird die Taste gedr ckt erh ht sich der Wert um eine Minute pro Tasten druck Das Maximum sind 99 Minuten Wird die Taste gedr ckt verringert sich der Wert um eine Minute pro Tastendruck Das Minimum sind 00 Minuten Das SFR f r Port 0 hat die Adresse 0x80 Entwerfen Sie ein Unterprogramm das die Funktion der Tasten und des K chentimers erf llt 78 Zuordnungsliste 3 2 Kompetenzen und Inhalte L sungsaspekte Punkte Die ben tigten Ein und Ausg nge werden vollst ndig aufgelistet Die Zuordnung PIN PORT zu den Namen stimmt Die Zuordnung PIN PORT zur SFR Adresse ist richtig Summe 2 2 2 6 Programmablaufplan PAP L sungsaspekte Punkte Symbol Start und Ende Bedingung Plustaste bet tigt nicht Plus und Minus Test ob Obergrenze des Z hlwertes erreicht ist Z hlwert erh hen Anpassung an die Darstellung im Z hlregister Der Wert im Register muss verringert werden Der Z hlwert muss auf Sekunden umgerechnet werden Bedingung Minustaste bet tigt Plus und nicht Minus Test ob Untergrenze des Z hlwertes erreicht ist
66. O Temperatur sollwert 11 55 gt S f r E1 istwert SE f r Mi Abb 2 Blockschaltbild der Mikrocontrollerschaltung f r Brennofensteuerung 302 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Teilaufgabe 1 Funktionsbeschreibung der Brennofenanlage Anhang 1 zeigt einen Programmablaufplan der die Funktionsabl ufe in der Brennofenanlage beschreibt Der Programmablaufplan enth lt Symbole in denen die jeweiligen Schritte des Funktionsablaufs in der Brennofenanlage nicht dokumentiert sind Stellen Sie die fehlenden Schritte im Programmablaufplan in Anhang 1 dar Teilaufgabe 2 Auswahl eines Mikrocontrollers F r den Einsatz in dieser Brennofenanlage soll ein geeigneter Mikrocontroller ausgew hlt werden Dabei soll ber cksichtigt werden dass der Motors 1 sp ter ber eine Interfaceplatine angeschlossen und dessen Drehzahl dann vom Mikrocontroller gesteuert werden kann Au erdem soll eine NOT AUS Funktion eingeplant werden In Tabelle 1 sind die wichtigsten Eigenschaften der zur Verf gung stehenden Mikrocontroller dargestellt Max Opera Max Operating Temp ting Fre TWI Ext Inter Device UO Voltage Range Timer ADC UART PWM quency A2C rupt Pins Vcc C MHz AT89LP214 20 12 2 4 to 5 0 2 1 40 to AT32UC3A3128 66 110 3 0 to 3 6 BE 6 8 4 2 12 110 AT89S51 24 32 4 0 to 5 5 2 1 AT89C5115 40 20 3 0 to 5 5 4 8 1
67. R5 LED2 1 5k 4 1 X244 Bt 2 1 42 2 5 16 3 e 4 3 X2 6 15 LEDA S 3 END P44 14 LEDS ZE 7 LED6 ax PAS X2 82 9 LED7 27 4 6 x2 9 74245 gt 091 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 2 Programmablaufplan f r Teilfunktion Erstellen Sie f r die Teilfunktionen Langsamer fahren und Sanft anhalten Programmzeilen 80 90 den Programmablaufplan L sungsaspekte AFB Punkte Abfrage Taste Langsamer 1 Abfrage ob Geschwindigkeit gt 0 Aufruf der Funktion Zeitverz gerung Aufruf der Funktion Geschwindigkeitsanzeige Abfrage der Stopptaste al sch Aufruf der Funktion die die Geschwindigkeit auf 0 reduziert Musterl sung Langsamer fahren saufruf Weber 292 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Teilaufgabe 3 Entprellen des Tasters Schneller Entwickeln Sie eine Hardware oder Softwarel sung zum Entprellen des Tasters L sungsaspekte AFB Punkte Ber cksichtigt wird dass der Taster low aktive arbeitet 1 Realisiert wird eine Zeitverz gerung 5 Musterl sung M glichkeit 1 Hardwarel sung ber RC Tiefpass 5V Ri R2 entprellter Tasterabgriff N S1 E C1 GND GND M glichkeit 2 Hardwarel sung mit RS FlipFlop 5V N zl entprellter_Tasterabgrif
68. Rechteck Generator SRG Losungsteil Teilaufgabe 1 Frequenz der Ausgangsspannung U Berechnen Sie die Frequenz der Ausgangsspannung L sungsaspekte AFB Punkte T 100us 1 fua 1 T 1 100us 10kHz 1 Musterl sung identisch mit L sungsaspekten Teilaufgabe 2 Messung mit dem Oszilloskop Zeichnen Sie in Abb 1 die Messleitungen f r das Oszilloskop 1 so ein dass auf Channel die Spannung UA1 und auf Channel II die Spannung UA2 angezeigt wird L sungsaspekte AFB Punkte Verbindung Chn A1 zeichnen 1 Verbindung Chn II 2 zeichnen 1 Verbindung Oszk Gnd mit Schaltungs Gnd zeichnen 1 Musterl sung identisch mit L sungsaspekten Teilaufgabe 3 Schaltzust nde der Diode D2 Bestimmen Sie die Zeitabschnitte in Abb 2 in denen die Diode D leitend und die Zeitab schnitte in denen sie gesperrt ist L sungsaspekte AFB Punkte 0 lt t lt 90us D leitend 1 90us lt t lt 10us D gesperrt 1 100us lt t lt 190us D leitend 1 190 us lt t lt 200us D gesperrt 1 Musterl sung identisch mit L sungsaspekten 1161 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 4 Programmablaufplan f r den S gezahn Rechteck Generator Beschreiben Sie die Funktionsweise des S gezahn Rechteck Generators in Abb 1 mit einem Programmablaufplan Los
69. S 4 t K lt 5 R4 ds R5 LM393D sl 5 mei 1 EM 156 MP3 4 o N R15 LM393D X7 E Bedienfeld MP4 HA o sin N LO x3 sl R9 R10 RM MP6 00k AR Lee 0 40k V ms Ow ov Abb 5 Schaltung mit Schutzdioden 188 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Teilaufgabe 2 Spannungspegel bei unterschiedlichen Widerstandskombinationen Ermitteln Sie die in der Tabelle 1 fehlenden zu erwartenden Spannungspegel gegen Masse an den ausgew hlten Messpunkten 1 bis MP6 L sungsaspekte Punkte Spannungspegel ermittelt Spannungspegel ermittelt Spannungspegel Uyps ermittelt Spannungspegel Uu ermittelt Spannungspegel Uyes ermittelt Spannungspegel Umre ermittelt m M i rnm Musterlosung Uxe V 1 Ump2 V Umps V Umpa V Umps V Umpe V Zustand Relais 1 5 2 62 2 38 5 0 0 7 0 53 Nicht angezogen 2 5 2 62 238 5 5 4 2 1 4 Angezogen 3 5 2 62 2 38 0 5 0 7 0 53 Nicht angezogen Tabelle 2 Spannungspegel und Schaltzustand des Relais 189 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Analoger Schl ssel Dimensionieren Sie die Widerst nde R4 und R8 E 24 Reihe um das Bedienfeld freizuschal ten L sungsaspekte AFB Punkte Reihenschaltung R1 und R4 1 Parallelschaltung R8
70. Schaltjahr bezeichnen 2 Musterl sung Funktionsblock Name des ICs Bezeichnung des ICs Monatsende nese Signal von XOR CLock V7 74190N Z hler f r Tage Einerstelle Monatsende Reset Monatsende a S e V5 em ittlung 74151 12 1 7420 Schattjahr alle I 4 Zehner algnal Schaltjahr V8 1 7488N 1229 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 2 Z hler Zeichnen Sie die Signalverl ufe von Qs und CLOCK des Z hlers V4 und RCO bertrag von V7 in das untenstehende Signal Zeit Diagramm Abb 4 L sungsaspekte AFB Punkte Zehnerstelle korrekt hochz hlen von V4 Il 1 Zehnerstelle bei Load auf 00 gesetzt von V4 lI 1 RCO zeigt eine neg Flanke beim Zahlenwert 9 wenn am Clock 4 Eingang des Z hlers eine negative Flanke ist bei V7 RCO zeigt eine pos Flanke mit der n chsten positiven Flanke am Clock Eingang bei V7 Clock an V4 zeigt denselben Verlauf wie RCO an V7 1 Musterl sung PIN3 OTT 4 MESS PROCNL Mee atl ee ler al el PIN 14 CLOCK 1153 El PINi3 RCO LJ LL LL EIN
71. Signal Zeit Diagramme Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln Niveau darstellen Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 6 Funktionsblock des Integrierers e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e B Methodenbeherrschung e A1 II 2 Verhalten von Grundschaltungen und Anwen Gepr fte dungsschaltungen durch Wirkpl ne Signal Zeit Diagramme Kompetenzen Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln Niveau darstellen 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Inhalte e Methodenbeherrschung B B1 Schaltungsanalyse 1177 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Technische Problemstellung ohne Anwendungsbezug ohne L Aufgabenart sungsweg Bearbeitungszeit 3 Minuten Teilaufgabe 7 Schaltung des Schmitt Triggers A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e B Methodenbeherrschung Gepr fte e AT III 1 Elektronische Schaltungen anwendungsbezogen Kompetenzen mit der Fachmethode Schaltungsentwurf entwickeln Niveau 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST
72. Technologieschema der Brennofenanlage bei ge ffneter T r 301 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Funktionsbeschreibung Die Brennofenanlage wird ber die Bedien und Anzeigeeinheit gesteuert Mit S1 wird die Anlage eingeschaltet was durch LED 1 angezeigt wird Ist die Anlage betriebsbereit kann die T r ber den Taster 52 mithilfe des Motors 1 aufgefahren werden Der Brennofen muss dann von Hand beschickt und anschlie end muss die T r ber S3 geschlossen werden Jetzt wird die Ofentemperatur mit S5 eingestellt und der Heizvorgang durch Schalter S4 gestartet Nur bei betriebsbereiter Anlage und geschlossener T r wird geheizt LED 3 signalisiert den Heiz Brennvorgang Die Endlagenschalter B1 und B2 berwachen die T rfunktion Eine ge ffnete T r vor und oder w hrend des Heizens stoppt den Brennvorgang und f hrt zu einer St rmeldung die mit LED 2 gemeldet wird Sensor B3 erfasst die Ofentemperatur und gibt ein entsprechendes Analogsignal zur Auswertung an den Mikrocontroller Zur Steuerung der Anlage werden bisher Sch tze eingesetzt die jetzt durch einen Mikrocontroller abgel st werden sollen In Abb 2 wird der Anschluss der einzelnen Peripherieeinheiten an den Mikrocontroller Spannungs 5V VDD Versorgung OV VSS dargestellt Anlage EIN hA s T r Auf LED 1 Heizung EIN WM S4 5 Y LED 2 Endschalter 4 Y LED 3 Endschalter 4 B2 m EN
73. WAKE beitshilfen f r die Aufgabenentwicklung erar beitet Im KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR wird das grundlegende Konzept f r die entwickelten Konzept Aufgabenkultur Arbeitshilfen tenden Bildungspl ne wurden die Kompetenzen und die Inhalte beschrieben die von den Materialien dargestellt Auf der Basis der gel Sch lern in der Abiturpr fung erwartet werden Im Zusammenhang mit den Kompetenzen und Inhalten wurde eine Liste der Operatorverben f r die Formulierung der Auftr ge in den Aufga ben erstellt Das KAPITEL 3 beschreibt KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN konkret f r die Auf gabenentwicklung Im KAPITEL 4 AUFGABENARTEN werden konkret und beispielhaft f r das Fach Elektro technik die m glichen Aufgabenarten f r die Gestaltung von Pr fungsaufgaben dargestellt KAPITEL 5 AUFGABENGESTALTUNG enth lt einen Leitfaden f r die Konstruktion und For mulierung von Pr fungsaufgaben Mit KAPITEL 6 AUFGABENBEISPIELE sollen die beschriebenen Kompetenzen die Aufga benarten und die Hinweise zur Aufgabengestaltung beispielhaft verdeutlicht werden KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN AUFGABEN BEISPIELE AUFGABEN AUFGABEN ARTEN GESTALTUNG Abb 2 bersicht WAKE 13 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 1 Die Leitfrage der Aufgabenkultur Wie sind welche Aufgaben zu gestalten damit die im Fach Elektrotechnik erworbenen Kompe tenzen erfasst und bewertet werden k nnen Mit dieser Frage besch ftigt sich die Aufga
74. bet tigt nicht F bet tigt Abb 5 Impuls Zeit Diagramme des Steuerstromkreises 247 F Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 5 Steuerstromkreis als Digitalschaltung Der Steuerstromkreis aus dem Anhang 1 soll als Digitalschaltung dargestellt werden Die Lastsch tze Q2 und Q3 sowie deren kontaktgesteuerte Sch tzverriegelungen m ssen be stehen bleiben Die Schalter und Taster werden ebenfalls nicht ver ndert Alle Bauelemente au er Q2 und Q3 werden an eine Spannung von 5V gelegt Ein Verst rker gibt bei einer Ein gangsspannung von 5V die ben tigten 24V f r die Sch tze aus Entwickeln Sie in Abb 6 eine Digitalschaltung die die Funktionen des Steuerstromkreises er f llt gt m ci N G G x x N N N N d e G e SI N N gt i v us a ps 4 B gt CN te Re R1 R7 1 Abb 6 Steuerung mit Digitalbausteinen 248 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Teilaufgabe 6 St rung in der Rolltorsteuerung Nach jahrelanger h ufiger Benutzung des Rolltors mit der angegebenen Steuerung tritt eine St rung auf Das Rolltor wurde von innen mit dem Taster 51 ge ffnet und fuhr bis in seine obere Endstellung Es l sst sich aber weder mit dem
75. bzw Entfallen des schlagartigen Umschaltens Vermeidung des sprunghaften Stromanstiegs 1 Vermeidung des sprunghaften Drehmomentanstiegs 1 Reduzierung der mechanischen Belastung des Antriebs I 1 Konstanter Stromfluss I 1 Vermeidung hoher Anlaufstr me 1 Reduzierung der Netzbelastung 1 Konstantes Drehmoment ber dem gesamten Drehzahlbereich 1 Musterl sung Die Spannung l sst sich kontinuierlich linear steigern Dadurch entf llt das schlagartige Umschalten wie bei der Stern Dreieck Schaltung Hierdurch wird der sprunghafte Anstieg des Stromes und des Drehmomentes vermieden so dass die mechanische Belastung des gesamten Antriebs auf ein Minimum reduziert wird Durch den konstanten Stromfluss ber dem gesamten Drehzahlbereich werden hohe Anlaufstr me vermieden und das Netz deutlich weniger belastet Auch bei gegen ber dem Stern Dreieck Anlauf deutlich geringeren Str men ist schon im Anlauf ein hohes Drehmoment vorhanden Dieses Drehmoment ist konstant ber dem gesamten Drehzahlbereich 208 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Funktion des Kondensators Kompetenzbereiche e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 7 Die Verwendung von Grundbauelementen in Schaltungen begr nden Niveau e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grund
76. des Bedienfeldes wird eine Verbindung zwischen den Klemmen X1 X2 und X3 hergestellt siehe Abb 2 Bei einer stimmigen Widerstandskombination von R4 und R8 zieht das Relais K2 an und schaltet das Bedienfeld frei In einem Test wurden drei verschiedene Widerstands kombinationen ausprobiert Es ergaben sich die in Tabelle 1 aufgef hrten Spannungspegel an der Klemme X2 Es zeigte sich in diesem Test dass das Relais bei einer Spannung von 2 5V an Klemme X2 anzieht und somit das Bedienfeld freischaltet Die Dioden besitzen eine Durchlassspannung von 0 7V Ermitteln Sie die in der Tabelle 1 fehlenden zu erwartenden Spannungspegel gegen Masse an den ausgew hlten Messpunkten MP1 bis MP6 Uu Ump2 V Uues V Umpa V Uwe Umpe V Schaltzustand Relais 1 5 Nicht angezogen 2 5 2 62 2 38 5 5 4 2 1 4 Angezogen 3 5 Nicht angezogen Tabelle 1 Spannungspegel und Schaltzustand des Relais 184 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Teilaufgabe 3 Analoger Schl ssel Die Widerst nde R4 und R8 m ssen so gew hlt werden dass eine Spannung von 2 5V an Klemme X2 liegt um das Bedienfeld freizuschalten Hinweis Die Dioden R13 und R14 haben ideale Eigenschaften Dimensionieren Sie die Widerst nde R4 und R8 E 24 Reihe um das Bedienfeld freizuschal ten Teilaufgabe 4 Fehlersuche Nach L tarbeiten an der Platine der Schaltung zieht das Relais nicht me
77. gt R11 LED 1 5V gt x R3 1 02 5V R16 LED 3 Taster 53 T r ZU 2 NO f r Temperaturregler gt Ka e Jo 2 ms 7 Q2 Lg R14 ow f r Motor M1 309 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 3 Pin Beschreibung des Mikrocontroller 800552 Fe Terme NAME AND FUNCTION Digital Power r Supply 5 V power supply pin during normal operation idie and power down mode Start ADC Operation Input starting analog to digital conversion ADC operation can also be started by software This pin must not float Pulse Width Modulation Output 0 Pulse Width Modulation Output 1 Enable Watchdog Timer Enable for T3 watchdog timer and disable power down mode This pin must not float Port 0 Port 0 is an 8 bit open drain bidirectional UO port Port 0 pins that have 1s written to them float and can be used as high impedance inputs Port 0 is also the multiplexed bw order address and data bus during accesses to external program and data memory In this application it uses strong internal pull ups when emitting 15 Port 1 8 bit I O port Alternate functions include P1 0 P1 5 Quasi bidirectional port pins P1 6 P1 7 Open drain port pins P1 0 P1 3 Capture timer input signals for timer T2 T2 P1 4 T2 event input RT2 P1 5 T2 timer reset signal Rising edge triggered SCL P1 6 Serial port clock line I C bus SDA P1 7
78. nicht berschritten wird 6 speed wird speed inkrementiert FTU 8 9 else if UP amp amp IDOWN Nenn nur DOWN gedr ckt wird 10 if Speed gt 0 und wenn der min Wert von 0 nach dem Runterzihlen berschritten wird 11 speed wird speed dekrementiert 12 13 85 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Programmablaufplan L sungsaspekte Punkte Reset 1 e Abfrage UP und DOWN 4 e Wert von speed R cksetzen UP Taste nicht UP und DOWN e Abfrage 1 e Test ob Obergrenze erreicht ist 1 e Wert von speed erh hen 1 DOWN Taste Nicht DOWN und UP 1 e Abfragen 4 e Test ob Untergrenze erreicht ist 1 e Wert von speed vermindern Summe 8 Musterl sung UP DOWN Abfrage Stat speed speed D Ende 86 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 8 B8 Arbeiten mit Diagrammen Beschreibung Bei dieser Methode wird die Arbeit mit s mtlichen grafischen Darstellungen in Diagrammen zusammengefasst Dies umfasst zum einen das quantitative Ermitteln von statischen oder dynamischen Kennwerten von Arbeitspunkten des Steigungsverhaltens mithilfe von Diagrammen Zum anderen umfasst diese Methode auch das quantitative Darstellen von Kennlinien Arbeitspunkten Wendetangenten Verlustleistungshyperbeln Signal Zeit Verlaufen Arbeitsgeraden Wid
79. technischen Teilsystemen beschreiben gt Sie drei Anwendungsm glichkeiten f r die Schaltung zur Drehzahlmessung gt Beschreiben Sie drei m gliche Einsatzm glichkeiten des C Programms BLINK INT c 2 Die Verwendung von elektrotechnischen Schaltungen Ger ten oder Programmen in der Alltagswelt Haushalt darstellen gt Beschreiben Sie zwei Regelungen die in einem blichen Haushalt zur Anwendung kommen gt Beschreiben Sie zwei Steuerungen die in Wohnh usern zum Einsatz kommen D Anforderungsbereich II Einfache Bez ge erl utern und Bewertungsans tze wiedergeben Kompetenzen 1 Gegebene Bewertungskriterien erl utern gt Sie am Beispiel der Schaltung zur Tastenverriegelung die Bewertungskrite rien Funktionalit t Bauelementeaufwand Bediensicherheit Erstellungsaufwand gt Erl utern Sie das Kriterium Messgenauigkeit am Beispiel der Messschaltung zur Auf nahme der Drehmoment Drehzahl Kennlinie des Drehstrommotors 2 Bewertungskriterien f r elektrotechnische Schaltungen Ger te oder Programme ermit teln gt Beschreiben Sie vier relevante Kriterien zur Bewertung der Treppenhaus beleuchtungsschaltung 93 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 Vorgegebene Bewertungen beurteilen gt Beschreiben Sie das Ph nomen des overengineering am Beispiel der beschriebenen Schaltung zur Drehrichtungserkennung D Anforderungsbereich Ill Bez ge herstellen und Sachv
80. und Offenheit dargestellt ohne L sungsweg mit L sungsweg ergbnisoffen Offenheit der Aufgabe l sungswegoffen ohne mit Anwendungsbezug experiment material bezogen gebunden Abb 15 Aufgabenarten im berblick vgl KAPITEL 6 Aufgabenbeispiel 1 S 27 Zur Einsch tzung der Aufgaben kann die Aufgabenschwierigkeit herangezogen werden Die Schwierigkeit einer Aufgabe ergibt sich aus dem Produkt von Komplexit t der Ausgangssi tuation Offenheit der Aufgabe und Bearbeitungszeit Aufgaben schwierigkeit Komplexit t der Ausgangssituation Offenheit der Aufgaben Bearbeitungs x zeit Abb 16 Aufgabenschwierigkeit Die Komplexit t der Ausgangssituation ergibt sich aus der Un berschaubarkeit der bereitge stellten Informationen insbesondere dann wenn eine anwendungsorientierte Ausgangssitua tion vorliegt Es m ssen dann f r die Bearbeitung der Aufgabe geeignete Informationen er schlossen werden Die Offenheit einer Aufgabe bestimmt entscheidend die Problemorientie rung und damit die Schwierigkeit einer Aufgabe Eine hohe Aufgabenschwierigkeit kann auch durch eine hohe Anzahl von zeitintensiven L6 sungsschritten erreicht werden Eine geringe Schwierigkeit weisen Aufgaben auf deren Bear beitung keinen L sungsweg erfordern 1105 Kapitel 4 Aufgabenarten 4 2 Beispiele bersicht Beispiel 1 T
81. von Ue mit T1 bertragungsverhalten 2 neg Sprung Ua gt gt linearer Anstieg von Uns mit T2 T1 T2 1 Musterl sung Teilaufgabe 7 Schaltung des Schmitt Triggers Entwerfen Sie eine elektronische Schaltung f r den Schmitt Trigger in der durch ein Potenti ometer der Mittelpunkt des Hysteresebereichs verschoben werden kann L sungsaspekte AFB Punkte Nichtinvertierender Schmitt Trigger Funktion I 1 Hysterese 2 Potentialverschiebung mit Poti am nichtinvertierenden Eingang Il 3 Gesamtzeichnung II 1 Drei m gliche Musterl sungen f r die ergebnisoffene Aufgabenstellung 164 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG L sungsm glichkeit 1 Ua1 L sungsm glichkeit 2 2 Ua1 L sungsm glichkeit 3 Ua1 Ua2 1165 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 8 Werte f r 1 R2 und des Integrierers Dimensionieren Sie die Kapazit t C und die Widerst nde und R2 des Integrierers so dass sich der Verlauf der Ausgangsspannung Uap Abb 2 ergibt L sungsaspekte AFB Punkte Ansatz II 1 Ansatz auf Anwendungsfall bertragen Uno steigend f r t 90us T RoC II 2 fallend f r t 10us T RC 2 Dimensionierungsformel Il 1 Wahl von II 1 Berechnung von 11 1 Berechnung von R2 1 1 Musterl sung E UE GND GND GN
82. weitere Fehlersuche zu bekommen wurden folgende Fehlersuchschritte durchgef hrt e Alle Bauteile wurden bereits einzeln getestet und funktionieren e Das Potentiometer wurde in Mittelstellung gebracht und der LDR abgedeckt e Mit einem Digitalmultimeter Abb 3 wurden die Spannungspotentiale an den Mess punkten MP1 bis MP5 gegen Masse gemessen Die gemessenen Spannungspotentiale wurden den bei einer funktionst chtigen Schal tung zu erwartenden Spannungssollwerten in Tab 1 gegen bergestellt V V Umra V Umra V Uups V Sollwerte 1 57 0 7 12 2 2 0 1 Gemessene Werte 11 88 11 87 12 12 12 Fehlerfall Tab 1 Gegen berstellung der Sollwerte und der gemessenen Werte Teilaufgabe 1 Fachmethode Fehlersuche Beschreiben Sie die Fachmethode Fehlersuche Teilaufgabe 2 Fehlersuchschritte Pr fschritte Beschreiben Sie das Vorgehen bei der Fehlersuche 74 3 2 Kompetenzen und Inhalte Teilaufgabe 1 Fachmethode Fehlersuche L sungsaspekte Punkte Aufzeichnen der Blockstruktur aus Abb 1 1 Punkt je Block Summe 12 Punkte Teilaufgabe 2 Fehlersuchschritte L sungsaspekte Punkte Sinnvolle Fehlerhypothesen aufstellen 2 Weitere Pr fschritte festlegen 2 Pr f Messmittel festlegen 1 M gliche Pr f Messergebnisse beschreiben 2 Fehlerursachen beschreiben 2 MaBnahmen zur Behebung
83. zu pr fenden Kompetenzen fu t auf dem Kompetenzbegriff wie er im Teil II der Bildungspl ne Didaktische Organisation der Bildungsg nge im Fachbereich Tech nik MSW 2006 S 11 verwendet wird Dieser Kompetenzbegriff ist f cher bergreifend und bildungsgangbezogen angelegt F r die schriftliche Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik ist dieser Kompetenzbegriff daher zu konkretisieren 16 2 2 Kompetenzbeschreibung Auf der Grundlage des in den Bildungspl nen definierten Kompetenzbegriffs sind zu pr fende Kompetenzen im Fach Elektrotechnik e kognitive Leistungsdispositionen F higkeiten und Fertigkeiten e um Probleme e variablen Anforderungssituationen des Arbeitsfeldes Elektrotechnik e erfolgreich l sen zu k nnen Kompetenzen ergeben sich aus der Verkn pfung von Wissen und K nnen Kompetenz Wissen K nnen Aus der Definition von Kompetenz ergeben sich Konsequenzen f r die Gestaltung von Pr fungsaufgaben Kompetenzen sind Dispositionen oder Verhaltensm glichkeiten Kompetenzen k nnen nicht direkt beobachtet oder erfasst werden sie zeigen sich indirekt in einer Pr fungssituation durch ein L sungsverhalten das als Performanz bezeichnet wird Nur durch die gezeigte Performanz kann auf die zugrunde liegende Kompetenz geschlossen werden Pr fungsaufgaben m ssen daher so angelegt sein dass der R ckschluss von dem gezeigten L sungsverhalten auf die zu pr fende Kompetenz m glich ist Derartig
84. 2 Schmitt Trigger Integrierer Abb 1 Schaltung eines S gezahn Rechteck Generators UN UA2 Abb 2 Ausgangsspannungen Ua und des S gezahn Rechteck Generators 136 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren Teilaufgabe 5 bertragungsverhalten des Schmitt Triggers Informationsteil Das bertragungsverhalten des Schmitt Triggers bestimmt den Verlauf der Rechteckspan nung und S gezahnspannung des Funktionsgenerators Abb 1 Auftragsteil Zeichnen Sie in Abb 3 die bertragungskennlinie des Schmitt Triggers so ein dass sich Signalverlaufe der Spannungen und Abb 2 ergeben Bearbeitungsteil Abb 3 Diagramm f r die bertragungskennlinie des Schmitt Triggers L sungsteil Teilaufgabe 5 bertragungsverhalten des Schmitt Triggers Zeichnen Sie in Abb 3 die bertragungskennlinie des Schmitt Triggers so dass sich Signalverlaufe der Spannungen Ua und Uap Abb 2 ergeben 1137 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung L sungsaspekte AFB Punkte Oberer Triggerpunkt 5V Unterer Triggerpunkt OV max 10V Ua min 10V Gesamtverlauf Musterl sung 138 5 4 5 4 Teilaufgab
85. 6 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 6 B6 Programmentwurf Beschreibung Unter der Methode Programmentwurf wird im Fach Elektrotechnik die systematische und nachvollziehbare Beschreibung der Ablaufstruktur eines Programmes verstanden Das Ergeb nis eines Programmentwurfes ist eine Tabelle mit allen verwendeten Ein und Ausg ngen des Mikrocontrollers Zuordnungsliste ein Programmablaufplan sowie ein Mikrocontroller gerech ter C Code Der Entwurf erfolgt in diesen Schritten 1 Zuordnungsliste des Mikrocontrollers Portbelegung anlegen 2 Programmablaufplan ggf mit weiteren Programmablaufplanen zu Unterprogrammen zeichnen 3 Verfeinerung des Programmablaufplanes bis alle Unterprogramme Unterfunktionen aus differenziert sind sodass sie in C Code umgewandelt werden k nnen Erg nzung des PAP mit Initialisierung ben tigter Mikrocontroller Hardware bersetzung des PAP in C Code mit Kommentierung Erg nzung der Variablen Deklaration m SEDE SONG OP Deklaration der SFR oder Einbindung einer geeigneten Bibliothek 77 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Aufgabenbeispiel Aufgabe K chentimer mit einem Mikrocontroller Es handelt sich um einen K chentimer mit dem Zeiten gemessen werden k nnen Siebensegmentanzeigen Minuten Sekunden 8 Codeumsetzer 8 wf fans Treiber Minuten Zehner ein Taste Mikrocontroller N PO 0 Pl N mel lp PO_1 PO 4 gt Po 2 5
86. C Code Abb 3 programmierte Unterfunktion P Regler einen Programmablaufplan B Anforderungsbereich Ill Fachmethoden auf komplexe elektrotechnische Sachverhalte problemorientiert anwenden Kompetenzen 56 1 Fachmethoden in einem komplexen Kontext anwenden Entwerfen Sie unter Anwendung der angegebenen Blockstruktur das verfeinerte Block schaltbild des analogen Schl ssels Entwickeln Sie eine Digitalschaltung f r die Garagentorsteuerung die die beschriebe nen Funktionen erf llt Dimensionieren Sie die dargestellte Verst rkerschaltung unter Beachtung der elektri schen Eigenschaften des Mikrocontrollers Entwickeln Sie eine Messschaltung zur Aufnahme der bertragungskennlinie des Ope rationsverst rkers Entwerfen Sie einen Ablaufplan zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen der Leis tung an der Last und dem Z ndverz gerungswinkel des Thyristors in der dargestellten Schaltung 3 2 Kompetenzen und Inhalte gt Entwickeln Sie eine logisch stimmige und nachvollziehbare Suchstrategie zur Identifizie rung des beschriebenen Fehlers gt Entwerfen Sie einen Programmablaufplan der die beschriebene Anlagenfunktion erf llt 2 Den Einsatz von Bauelementen Schaltungen und Maschinen auf der Basis ihrer Be schreibung durch Diagramme Kennlinien bewerten gt Bewerten Sie anhand der dargestellten Messergebnisse Kennlinien die Eignung des Operationsverst rkers f r die Temperatursensorschaltung In
87. D L sungsschritt 1 Ansatz 1 AU Ug At T R C Ug AU 10411 022 L sungsschritt 2 Ansatz bertragen Uno steigend 10V At 90us D leitend AUg U41 021 9 4V T y C AU 0 5V 166 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Uaz fallend 10V Alz 10us D leitend AUg 10411 10211 9 4V T Ri C AU AU 5V L sungsschritt 3 Formeln zur Dimensionierung _ _ _ c we L sungsschritt 4 Berechnung Ro C 5V Rz C C 227 905 169 215 gew hlt 1nF gt 169 2kO 10 lt R lt 10MO Berechnen von 5V 1 10us RC C 10us 18845 5V gew hlt C 1nF gt 18 8kO lt lt 10MO Teilaufgabe 9 Nichtinvertierende OPV Schaltung als Regelkreis Zeichnen Sie einen regelungstechnischen Wirkungsplan f r die nichtinvertierende OPV Schaltung in Abb 5 L sungsaspekte Punkte F hrungsgr e Uc 1 Regelgr e LU 1 Vergleicher e w r lt Ug Usi R2 Ri R2 UA 1 Messwertumformer Kr Re Verst rker als Strecke Vo Geschlossener Wirkungsablauf 1167 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Musterl sung Vergleicher und Regler Ud Vein Uaus R2 R1 R2 N Strecke Uein gt O Uaus Messwertumformer
88. DC Motors dienen 5 Drucktaster siehe Tastenfeld Sie werden an Port P5 des Mikrocontrollers angeschlossen Mit den Tastern Rechts Links kann die Drehrichtung des Motors bestimmt werden Durch Bet tigen der Taster Langsamer bzw Schneller wird 278 Aufgabenbeispiel 7 E die Motordrehzahl verringert bzw erh ht Einmaliges Bet tigen des Stopp Tasters senkt die Fahrgeschwindigkeit linear bis auf Null ab Auf einer Interfaceplatine werden ber einen Treiberbaustein sieben LEDs angesteuert F nf LEDs dienen als Balkenanzeige f r die erzeugte Motordrehzahl und zwei LEDs zeigen die Drehrichtung des Motors an Zus tzlich befinden sich auf der Interfaceplatine ein Logikteil und eine Leistungsendstufe die an Port 1 des Mikrocontrollers angeschlossen sind Diese werten die Signale des Mikrocontrol lers Rechts Linkslauf und das PWM Signal aus und bertragen sie an den Motor Teilaufgabe 1 Einsatz des Treiberbausteins 74245N Anhang 1 zeigt den Schaltplan der Interfaceplatine Da der Mikrocontroller an Port 4 einen maximalen Strom von 8 liefert wird auf der Zusatzplatine f r den Betrieb der LEDs ein Treiberbaustein vom Typ 74245N Datenblatt in Anhang 2 eingesetzt Zeichnen Sie in Anhang 1 die Verbindungen zur Beschaltung der Dateneing nge der Daten ausg nge und der Steuereing nge des Bausteins 74245N Teilaufgabe 2 Programmablaufplan f r Teilfunktionen Langsamer fahren und
89. Datumsanzeige EN MS Cx feo as EEE NEN gi EE ge l1 Jahr 11 I i HP Sia TTT TTT DU EN m F li i bertrag 5 i 2 T Jahr Zaher f i 4 Jahr H Hi sero E LA i Zehnerstelle 225 SR T ie B 1 S li I Schaltjahr H li 1 lI li T Monat 13 is _ Reset i I q Reset Om bei d um OTS 13 l H 5 Monate 1 S2E n li SE Tasty t XOR Z hler f r Monate delta 7A i 221 Einersele Einergelle i Co 3 5 I H 1 TROUROSK ot Monat act 1 27 7 1 T Pasta rstelle e Ka E T I l I T 1 Digtal Digital li 1 1 schaltung 2 schatung 1 I T li t Februar A 7 Monatsende ii i Reset Wlonatsencle Monat mit 31 Tagen II enn ittlunc 1 11 tl 1 l E i A t ji 969 Tage 1 S Signal 11 7 i Taster amp 3 Zaner tir Tage JA sh m hay en EE f d XOR E inerstelle 1 li Pass ra feit EE Ubertrag N N gt d Tag I En i i 4 gt l Z hler f r Tage d d 1 b Externer ed DISCUS RU Ze EM li i E ebe EEE E Clock Legende i RER Steuerfluss extern Danses 225 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 2 Schaltplan des Digitalk
90. Die Pr fungsaufgaben sollten sich auf funktionale Anwendungen in komplexen techni schen Systemen beziehen um die Leitideen des Faches zu ber cksichtigen 23 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 4 Pr fungsqualit t 2 4 1 G tekriterien Ziel der Entwicklung von Pr fungsaufgaben ist eine faire akzeptable und aussagef hige Pr fung Um dieses Ziel zu erreichen sind testpsychologische G tekriterien zu beachten Jede Pr fung hat sich den testpsychologischen G tekriterien zu unterwerfen siehe Abb 6 und Tab 2 Es wird zwischen Haupt und Nebeng tekriterien unterschieden Reliabili t t konomie Abb 6 G tekriterien f r Pr fungen G TEKRITERIEN Hauptkriterien Nebenkriterien Validit t G ltigkeit Aussagekraft Akzeptanz Zustimmung bei Es wird das erfasst was erfasst werden soll Sch lern und Lehrkr ften Reliabilit t Zuverl ssigkeit konomie Erstellung Durchf h Genauigkeit und Sicherheit mit der Kompe rung und Auswertung der Pr fung sind tenzen erfasst und bewertet werden leistbar Objektivit t Personenunabhangigkeit N tzlichkeit und Zumutbarkeit Pr fungsergebnisse sind unabh ngig von die Aufgaben sind interessant und Schule und korrigierenden Lehrkr ften entsprechen dem vorausgegangenen Unterricht Tab 2 G tekriterien im berblick 24 2 4 Pr fungsqualit t Die Hauptg tekri
91. Ds dunkel 1289 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 4 Capture Compare Einheit des Mikrocontrollers Die Capture Compare Einheit vgl Abb 4 besteht aus einem 16 Bit Z hlregister Timer 2 Register einem 16 Bit Vergleichsregistern CC1 und einem 16 Bit Register CRC f r einen Reload Wert Startwert Alle Register sind unterteilt in ein High Byte und ein Low Byte Das Timer 2 Register wird durch den internen Takt 1 MHz von einem Startwert Reload Wert aus der aus dem CRC Register geladen wird hochgez hlt In das Vergleichsregister CC1 wird eine 16 Bit Hex Zahl geschrieben die mit dem Z hlstand des Timer 2 Registers im 16 Bit Komparator verglichen wird Der zugeh rige Port Pin P1 1 PWM Ausgang hat in dieser Zeit LOW Pegel Sobald das Timer 2 Register und das Vergleichsregister CC1 den gleichen Inhalt aufweisen wird von der Kontrolleinheit der Ausgabe Port Pin P1 1 auf HIGH Pegel gesetzt Das Timer 2 Register z hlt weiter bis zu seinem berlauf Beim berlauf werden der Ausgabe Port Pin P1 1 wieder auf LOW Pegel und das Timerflag TF2 auf 1 gesetzt Gleichzeitig wird der Startwert erneut in das Timer 2 Register kopiert und der gesamte Vorgang wiederholt sich Mit dem Reload Wert im CRC Register legt man also die Frequenz des PWM Signals fest w hrend durch den Inhalt des CC1 Registers die Pulsweite ge ndert werden kann Input Clock Timer 2 Register Overflow 1 MHz gt TL2 TH2
92. Fachmethode in einfachen Aus gangssituationen ausf hren Niveau Methodenbeherrschung B Inhalte B4 Messen Aufgabenart Experimentbezogene Aufgabe Bearbeitungszeit 2 Minuten Teilaufgabe 3 Schaltzust nde der Diode D2 Kompetenzbereiche e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 5 Die Funktion von Schaltungen die aus einer Ver kn pfung von Grundschaltungen und Grundbauelementen Niveau bestehen analysieren istis e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 2 Minuten 176 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 4 Ablaufdiagramm f r den S gezahn Rechteck Generator Kompetenzbereiche e C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen e C Il 1 Technische Prozesse und Schaltungen mit Ablauf pl nen beschreiben Niveau e Kommunikation C Inhalte K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 5 bertragungsverhalten des Schmitt Triggers Kompetenzbereiche e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 2 Verhalten von Grundschaltungen und Anwen dungsschaltungen durch Wirkpl ne
93. Frequenzumrichter ist ein Stromrichter der aus einer in Frequenz und Spannungsh he konstanten Eingangswechselspannung eine sowohl in der Spannungsh he als auch in der Frequenz steuerbare Ausgangswechselspannung generiert Bei dieser Aufgabe werden nur dreiphasige Frequenzumrichter betrachtet siehe Abb 1 Durch die Ver nderung der Frequenz und der Spannungsh he der dreiphasigen Ausgangswechselspannung des Frequenzumrichters k nnen die Drehzahl und das Drehmoment von Drehstromasynchronmotoren gezielt beeinflusst werden Abb 1 vereinfachtes Blockschaltbild eines Frequenzumrichters Abb 2 zeigt das vereinfachte Funktionsprinzip eines Frequenzumrichters Die Netzspannung mit der Frequenz 50Hz wird zun chst gleichgerichtet Diese gleichgerichtete Spannung wird mit Kondensatoren gegl ttet und anschlie end mithilfe eines Wechselrichters in die gew nschte Spannung mit der gew nschten Frequenz umgeformt Dieser Prozess kann durch eine Steuerung beeinflusst werden 1197 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Frequenzumrichter i Gleichrichter zwischenkreis Wechselrichter 400 V 50 Hz Gleichspannungs U und f variabel L1 L2 L3 EN Ve Steuereinheit Steuereinheit Sesam Steuerung Abb 2 Blockschaltbild eines Frequenzumrichters mit Motor Ausgangssituation f r die Teilaufgaben 1 und 2 Abb 3 zeigt die Eingangs
94. Input Port Pin TF2 16 Bit ce ae Reload Comparator CRC Register CC1 Register CRCL CRCH CCL1 CCL1 Abb 4 Capture Compare Einheit vereinfacht 290 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Losungsteil Teilaufgabe 1 Einsatz des Treiberbausteins 74245N Zeichnen Sie die Anhang 1 die Verbindungen zur Beschaltung der Dateneingange Daten ausg nge und der Steuereing nge des Bausteins 74245N Punkte AFB L sungsaspekte Verbindungen Dateneing nge mit Klemme X2 Verbindungen Datenausg nge mit LEDs Richtige Wahl der Anschluss Pins des uC Verbindung Steuereingang G3 mit Vcc Verbindung Steuereingang EN1 mit GND Musterlosung UB 8V 20V le R3 1C2 Eing nge vom 1k RE Be ov Mikrocontroller CNYATF 1 ES GND GN EA 1 0 Z SND ap A K 5 680R ESV x1 1 5 X32 Ausg nge f r usg nge m ae J DC Motor R4 14 x1 4 T Ro OK1 EH 6ER 4 d END 74132N Spannungsversorgung der IC Bausteine 5V 5V Eing nge vom ER v2 e v1 Mikrocontroller 5V DEC vec ci vec Ba r 3 EN1 BA C4 AB S NB 1 7 onp X2 2 100nF 74HC245N 74132N GND GND LED1 ze P40 2 3 S
95. Klinkenstecker sind die Widerst nde R4 und R8 eingel tet Auswerte Bedien schaltung und Anzeige ax Freischaltung einheit Buchse fir Klinkenstecker Abb 1 Freischaltung der Bedien und Anzeigeeinheit einer Steuerung 182 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Abb 2 zeigt die Auswerteschaltung f r den analogen Schl ssel Klinkenstecker z 3 o E 2 9 o a Vf gt 3 wo a Leg a 2 10 Tu 2 amp gx 4 EOS z el 4 7 4 a D x oO a o 3 x 5 N c o t L e 2 x El e al E re One 2 X 0 H e o x 0 xes 8 5 23 555 25 53 so Abb 2 Auswerteschaltung f r den analogen elektronischen Schl ssel 183 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 1 Schaltungsschutz mit Dioden Die Schaltung in Abb 2 soll vor Verpolung der Betriebsspannung und vor zu hohen Indukti onsspannungen durch das Abschalten des Relais K2 gesch tzt werden Dies soll durch Dio den geschehen Zeichnen Sie die Dioden so in die Schaltung Abb 2 ein dass die geforderten Schutz funktionen erf llt werden Teilaufgabe 2 Spannungspegel bei unterschiedlichen Widerstandskombinationen Durch das Einstecken des Klinkensteckers in die vorgesehene Buchse
96. Ministerium f r P Schule und Weiterbildung 4 BERUFSKOLLEG des Landes Nordrhein Westfalen Berufliches Gymnasium Erg nzende Handreichung zum Fachlehrplan Elektrotechnik WAKE Weiterentwicklung der AufgabenKultur Elektrotechnik Herausgegeben vom Ministerium f r Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein Westfalen Referat 312 M rz 2014 Erstellt von der Arbeitsgruppe WAKE Otto Allendorff Burkhard H ger Carsten Irmer Andreas Knuhr Christoph T ller M rz 2014 Bezirksregierung K ln B rde Berufskolleg Soest B rde Berufskolleg Soest Carl Miele Berufskolleg des Kreises G tersloh Berufskolleg f r Technik und Informatik Neuss Vorwort Die vorliegende Handreichung WAKE Weiterentwicklung der AufgabenKultur in Elektrotech nik erg nzt den Fachlehrplan f r den Profil bildenden Leistungskurs Elektrotechnik des Beruf lichen Gymnasiums der Berufskollegs Mit Blick auf die zentrale Abiturpr fung werden die zu berpr fenden Kompetenzen die sie fundierenden Inhalte und die zur berpr fung geeigne ten Aufgabenarten beschrieben Weiter enth lt die Handreichung einen Leitfaden zur kompe tenzorientierten Entwicklung von Pr fungsaufgaben und mit Aufgabenbeispielen wird die Um setzung von Kompetenzen in Pr fungsaufgaben exemplarisch verdeutlicht In jedem Jahr werden vom Schulministerium Berufskollegs mit der Erstellung von Abiturpr fungsvorschl gen im Fach Elektrotechnik beauftra
97. Multiplexer Abb 1 zeigt die Schaltung eines Schaltnetzes mit dem Dual four input multiplexer 7415153 Der Anhang der Aufgabe enth lt einen Auszug aus dem Datenblatt des Bausteins B D 5V GND 7404N 4 v3 1 Out 1Y 2 1 1 2 7432 9 Out 2Y 74153N Abb 1 Schaltnetz mit dem Multiplexer Baustein 74LS153 Beschreiben Sie die Funktion der Schaltung in Abb 1 mit der Funktionstabelle in Tab 1 114 D Out 1Y Out 2Y O CH eo O O D eo k O O O o oo el o o gt o O O olol o Tab 1 Funktionstabelle f r das Schaltnetz in Abb 1 4 2 Beispiele 1115 Kapitel 4 Aufgabenarten Auszug aus dem Datenblatt 116 EE FAIRCHILD as SEMICONDUCTOR m DM74LS153 Dual 1 of 4 Line Data Selectors Multiplexers General Description Each of these data selectors multiplexers contains invert Ordering Code Features Permits multipiexing N lines to 1 line m Performs st parallel to serial conversion Strobe enable line provided for csecsding N Ines to n lines Wi High fan out low mpedance totem pole outputs Typical average propagation delay times From data 14 ne From strobe 19 From select 22ns Typical power dissipati
98. N CL RL IM D4 D3 A 1N4004 A 1N4004 Abb 1 Gleichrichterschaltung Teilaufgabe 1 Versuchsplanung Zur Einstellung der Brummspannung soll ein Ladekondensator CL mit m glichst geringer Ka pazitat aus Ihrem Standardlabor messtechnisch bestimmt und ausgew hlt werden Entwickeln Sie einen Versuch zur experimentellen Ermittlung des geeigneten Ladekondensa tors CL Teilaufgabe 2 Messschritte Zur Erstellung eines vollst ndigen Versuchsprotokolls sollen Sie die Vorgehensweise bei der Messung dokumentieren Beschreiben Sie die Arbeitsschritte zur Durchf hrung der Messung 118 4 2 Beispiele Losungsteil Teilaufgabe 1 Versuchsplanung Siehe folgende Abb 2 Abb 2 Messaufbau Teilaufgabe 2 Messschritte e Aufbau der Schaltung mit gr tem Ladekondensator Cx zwischen den Anschlussklem men X1 und X2 sowie den Messger ten an den markierten Messpunkten Einstellung des Lastwiderstandes auf den maximalen Widerstandswert R 10K Einstellen des Oszilloskops AC Ankopplung zur Messung des Wechselspannungs anteils des Ausgangssignals Einstellung und Anschluss der Versorgungsspannung U 12V 50Hz messtechnisch berpr fen e Messen der Ausgangsgleichspannung mit dem Oszilloskop und Messen des Stroms durch die Last mit dem Multimeter Ver ndern des Lastwiderstandes bis ein Laststrom von 100mA flie t Messen der Brummspannung mit dem Osz
99. OIJUOOOIMIY a snooze so ML eBueBur3 a AO 201 Ed er ONS o m oz g 90 fO N 90184 ast D lt N 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Anhang 2 Datenblatt des Treiberbausteins 74245N General Description The 74 245 74HCT245 is a high speed Si gate CMOS device and is pin compatible with Low Power Schottky LSTTL The 74 245 74HCT245 15 an octal transceiver featuring non inverting 3 state bus compatible outputs in both send and receive directions The 74HC245 74HCT245 features an output enable input OE for easy cascading and a send receive input DIR for direction control OE controls the outputs so that the buses are effectively isolated 74HC245 74HCT245 is similar to the 74HC640 74HCT640 but has true non inverting outputs Functional Diagram Dy P C TE dat UE I gr jeas IL a AT Logic symbol Fig2 IEC logic symbol 283 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Pin Description mme O DESCRIPTION DR direetion control O O O data inputs outputs output enable input active LOW po m gros QV po e suppty vottage O Functional Description L L A B input L H input B A H x H HIGH voltage level L LOW voltage level X don t care Z 7 high impedance OFF state 284 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Anhang 3 C Programm f r den PWM Fahrtregler 001
100. OP 210 0 TH2 0xFF TL2 0x00 CCL1 0x00 LEDre 0 LEDli 1 DIR 1 210 1 void changeright void STOP 210 0 TH2 0xFF TL2 0x0 CCL1 0x00 LEDre 1 LEDIi 0 DIR 0 210 1 void vLEDs void char Werti 2 char Wert2 char Wert3 char Wert4 s char Wert5 if CCL1 gt Wert Stopp Funktion Solange Pulsbreite noch nicht Null Dekrementiere CCH1 Register ANarte 7 Millisekunden LED Anzeige aktualisieren Timer 2 stoppen und in Startstellung Null Volt Fahrspannung vorsehen Rechts LED aus Links LED an Richtungsbit auf Links setzen Timer 2 lauft wieder Timer 2 stoppen und in Startstellung Null Volt Fahrspannung vorsehen Rechts LED an Links LED aus Richtungsbit auf Rechts setzen Timer 2 lauft wieder Grenzwerte fur Geschwindigkeitsanzeige 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler alle f nf LED f r die Geschwindigkeit leuchten die unteren vier LED f r die Geschwindigkeit lleuchten die unteren drei LED f r die Geschwindigkeit lleuchten Beide unteren LED leuchten Unterste Geschwindigkeits LED Neuchtet Alle Geschwindigkeits LE
101. OPV Schaltung als Regelkreis Leerlauf Verst rkung eines Operationsverst rkers in Arbeit Frequenz einer astabilen Kippschaltung Rechteck Generator Strombelastung des Integrierers Ideale und reale Kenndaten eines Operationsverst rkers Funktionserweiterung des S gezahn Rechteck Generators Generatoren in der Elektrotechnik Datenblatt des Operationsverstarkers OV 741 Coverseite In diesem Beispiel werden die Bestandteile einer Aufgabe Informationsteil Auftragsteil Bearbeitungsteil explizit ausgewiesen und benannt Hierdurch sollen die Ausf hrungen im KAPITEL 5 AUFGABENGESTALTUNG veran schaulicht werden 150 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Informationsteil Aufgabe gesamt Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben In Abb 1 wird durch Zusammenschalten eines nichtinvertierenden Schmitt Triggers und eines Integrierers ein einfacher und selbstanlaufender S gezahn Rechteck Generator realisiert Der Generator erzeugt eine Rechteckspannung und eine S gezahnspannung siehe Abb 2 Schmitt Trigger Integrierer Abb 2 Ausgangsspannungen und des S gezahn Rechteck Generators Funktionsbeschreibung Ist die Ausgangsspannung Ua des Schmitt Triggers positiv so erzeugt der Integrierer eine ab fallende Rampenspannung die auf den Eingang des Schmitt Trigge
102. Objektivit t Personenunabb nooakert 26 24 3 Reliabilit t Zuverl ssigkeit aussen ee ea 26 244 G ltigkeit een 27 2 45 7 2 uet idm tcd d eti 29 24 6 DEE eeler te 29 2 4 7 N tzlichkeit und 30 E ut Ee EE 30 2 5 1 cscs He ee er 30 2 5 2 Offenheit der Aufgaben E sonet p 31 2 5 3 Auftgabenschwierlgkelt rcge e e ee ere dur DUM euer uin neces 31 2 6 Anforderungen an kultivierte Pr fungen und Pr fungsaufgaben 31 2 6 1 Gesamtanlage der 24 0441 enne 31 2 6 2 Entwicklung des Aufgabenteils der Teilaufgaben 32 2 6 3 Entwicklung des L sungs und 32 4 Inhaltsverzeichnis KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN 33 3 1 Vorbemerk ngeh oe pa eR E 33 3 2 Kompetenzen und Inhalte Riesen 34 3 2 1 Kompetenzbereich A Umgang mit 34 3 2 2 Kompetenzbereich B Methodenbeherrschung 55 3 2 3 Kompetenzbereich C Kommunikation 0 90 3 2 4 Kompetenzbereich D 0
103. PPM E dass T MU AHRENS ST E A EM 1 i 1 1 1 1 1 1 1 T H 1 1 H t 1 L H H H 1 1 1 H 1 1 H H 1 1 H H 1 H H 1 1 1 H itin Minuten x Ze 550 600 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 F hrungssprungantwort 1 Abb 3 ago Sete edil 4 41 ee 4 1 1 Ap 1 1 4 F 4 FR 4 sqecsen E aaa porem cromo xd usse 1 4 L iik WISE felted Vie 1 H 1 MGS Me he sere Pee i 0 FE 4 4 F 4 R eae Sa 56 a SS Rip ae an an Se pose pes eas Seales ape Lose E E EES 4 itin Minuten x Ze 550 600 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 F hrungssprungantwort 2 Abb 4 271 ispiele Aufgabenbe Kapitel 6 Minuten x Sr R L 600 Minuten x 600 itin itin Ze 550 Ze 550 1 4 fL 1 1 1 1 1 1 Q2 2 2 pR 1 1 1 1 1 1 41 1 1 1 1 1 4 f 1 1 1 4
104. Programmablaufpl nen bzw in der Programmiersprache C f r anwen dungsbezogene Aufgaben entwickeln gt Erstellen Sie f r die Teilfunktion Anhalten den Programmablaufplan 2 Unbekanntes On Chip Peripherie Datenblatt gest tzt analysieren und f r diese Peri pherie Programme entwerfen gt Bestimmen Sie die Frequenz des PWM Signals anhand der Einstellungen von Timer 2 der im Capture Compare Modus betrieben wird 3 Schaltungen von unbekannter externer Peripherie Datenblatt gest tzt an den Mikrocon troller skizzieren und dazu Programme entwickeln gt Entwerfen Sie einen Schaltplan zum Anschluss des Digital Analog Wandlers an den Mikrocontroller 50 3 2 Kompetenzen und Inhalte Inhalte MCT1 Hardware des Mikrocontrollers e Grunds tzliche Bestandteile eines Mikrocontrollers CPU Programm und Datenspei cher Takterzeugung e Ausgew hlte On Chip Peripherie o Digitale Ein Ausgaberegister Ports o Timer Analog Digital Wandlereinheit mit 8 bzw 10 Bit Aufl sung o Interrupt System e Datenblatt Blockschaltbilder von Funktionseinheiten des Mikrocontrollers MCT2 Einfache Grundschaltungen mit uC Eingabe o Schalter Taster o Potentiometer o Analoge Signalgeber e Ausgabe LED und 7 Segment Anzeigen o Relais o Summer DC Motoren o Transistor als Schalter MCT3 Programmierung der Mikrocontroller in der Programmiersprache C e Grundsatzlicher Aufbau eines C Programms e E
105. RF9540 o Fototransistor BP103 e Integrierte Bauelemente Operationsverstarker LM324 555 Integrierte Spannungsregler LM 317 78 79xx o Temperatursensoren 81 110 Optokoppler LTV 825 Herstellerunterlagen deutsch englisch o Datenbl tter o Applikationshinweise AST2 Grundschaltungen e Einfache zusammengesetzte Schaltungen aus Bauelementen z B Spannungsteiler e Transistor als Schalter e Transistor in Emitterschaltung e Operationsverst rkerschaltungen invertierender und nicht invertierender Verst rker Integrator Differenzierer Spannungsfolger Differenzverst rker Summierverst rker Addierer Schmitt Trigger Komparator Rechteckoszillator NE555 als Oszillator und Timer e Phasenanschnittssteuerung e Gleichrichterschaltungen B2U C B6U C M1U C B1U C e Stromkonstantschaltung e Spannungskonstantschaltung Spannungsreglerschaltungen mit Z Diode L ngstran sistor und Festspannungsregler 37 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 2 1 2 A2 Digitaltechnik Kompetenzen Grundwissen ber Digitaltechnik darstellen erl utern beurteilen und anwenden A2 Anforderungsbereich Digitaltechnische Grundbausteine und einfache Schaltnetze und Schaltwerke darstellen und beschreiben Kompetenzen 38 1 Grundbausteine normgerecht darstellen Zeichnen Sie das Schaltzeichen eines getakteten JK Flipflops 2 Die Funktion der einzelnen Anschl sse u
106. Rahmen von WAKE wird die Offenheit in vier Stufen eingeteilt Stufe 1 Aufgaben ohne L sungsweg Aufgaben bei denen der L sungsweg mit dem Ergebnis bereinstimmt machen kei nen L sungsweg erforderlich Stufe 2 Aufgaben mit L sungsweg Bei Aufgaben die einen L sungsweg erforderlich machen besteht der Weg mindes tens aus zwei Arbeitsschritten Bei diesen Aufgaben wird die L sungsstrategie durch die Aufgabenstellung implizit oder explizit vorgegeben vgl KAPITEL 4 2 Beispiel 6 Aufgaben mit L sungsweg sind die dominierende Aufgabenart bei Abiturpr fungen Stufe 3 Aufgaben mit offenem L sungsweg Bei l sungswegoffenen Aufgaben kann die Aufgabe durch verschiedene Wege und Strategien bearbeitet werden Bei diesen Aufgaben soll i d R ein Sachverhalt ber pr ft oder nachgewiesen werden Das Ziel ist gegeben und der Weg muss gesucht o der begr ndet werden Beispiel Weisen Sie nach dass mit NAND Verkn pfungen je des beliebige Schaltnetz realisiert werden kann Vgl KAPITEL 4 2 Beispiel 7 Stufe 4 Aufgaben mit offenem Ergebnis Bei ergebnisoffenen Aufgaben sind mehrere Ergebnisse m glich und richtig Im Fach Elektrotechnik sind es i d R Entwicklungs oder Konstruktionsaufgaben vgl KAPITEL 4 2 Beispiel 8 104 4 1 4 Aufgabenarten im berblick 4 1 Beschreibung Abschlie end werden die m glichen Aufgabenarten als eine Verkn pfung von Basisformen Basisformen gt Technische Problemstellung
107. Reset E2 Abb 8 Funktionstabelle Multiplexer Der Multiplexer V5 74151N soll durch zwei Multiplexer des Typs 74153N ersetzt werden Im Anhang 4 ist ein Auszug aus dem Datenblatt des Multiplexers ICs 74153N gegeben Entwickeln Sie auf der folgenden Seite in Abb 9 eine Multiplexerschaltung mit der Funktion des in der Kalenderschaltung verwendeten Multiplexers aus zwei 74153N 219 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele oM Monatsende Reset 74153N OON Abb 9 Schaltung mit zwei 74153 220 74153N GND 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 5 Taktsignal mit NE555 Die Schaltung Digitalkalender ben tigt ein externes Taktsignal mit der Periodendauer T 24h bzw f 1 16uHz Bei jedem Takt wird ein Tag hochgez hlt Das Signal wird erzeugt wie in Abb 10 dargestellt f 1 164Hz Abb 10 Blockschaltbild Taktgenerator Zun chst wird mit Hilfe eines NE555 ein 1Hz Signal erzeugt das mit Frequenzteilern auf 1 16uHz heruntergeteilt wird Die Schaltung in Abb 11 soll das 1Hz Signal erzeugen VCC TRE VCC IRES DIS OUT Takt 1 Hz CON TRI GND GND GND Abb 11 Schaltung NE555 Die Frequenz des Signals an OUT des NE555 in Abb 11 berechnet sich wie folgt tein R 0 693 taus 0 693 F r die Schaltung stehen Widerst nde der E24 Normreihe von 1 bis 100
108. Serial port data line I C bus Port 1 is also used to input the lower order address byte during EPROM programming and varification 0 is on P1 0 etc Port 2 8 bit quasi bidirectional UO port Alternate function High order address byte for extemal memory 08 15 Port 3 8 bit quasi bidirectional O port Alternate functions include PIN DESCRIPTION RxD P3 0 Serial input port TxD P3 1 Serial output port INTO P3 2 External interrupt TNT 1 P3 3 External interrupt TO P3 4 Timer 0 external input T1 P3 5 Timer 1 external input WR P3 6 External data memory write strobe RD P3 7 Extemal data memory read strobe Port 4 8 bit quasi bidirectional I O port Alternate functions include 4 0 4 5 Timer 2 compare and set reset outputs on a match with timer T2 0 1 4 6 P4 7 Timer T2 compare and toggle outputs on a match with timer T2 Port 5 8 bit input port 0 P5 0 P5 7 Alternate function Eight input channels to ADC Reset Input to reset the 8XC552 It also provides a reset pulse as output when timer Crystal Input 1 Input to the inverting amplifier that forms the oscillator and input to the clock generator Receives the external clock signalwhen an external oscillator is b Crystal Input 2 Output of the inverting amplifier that forms the oscillator Left open circuit when an external clock is used Two Digital ground pins Progra
109. Taster S2 noch mit dem Schl sselschal ter S3 wieder herunterfahren Nach dem manuellen Herablassen des Rolltores durch den vorhandenen Handantrieb ohne Motorunterst tzung wird die erneute Aufw rtsbewegung durch den Schl sselschalter S4 ge startet Das Tor bewegt sich wieder aufw rts Ungef hr in der Mitte der Aufw rtsbewegung wird der Schl sselschalter S3 bet tigt das Tor f hrt trotzdem weiter nach oben Wird dagegen w hrend der Aufw rtsbewegung der Taster S2 bet tigt bleibt das Tor stehen f hrt aber nicht abw rts Beim erneuten Bet tigen von S4 f hrt es in die obere Endposition und l sst sich nicht mehr abw rts fahren Die St rung soll behoben werden Bei der Sichtkontrolle wird kein Fehler festgestellt Es liegt also ein Defekt in einem Bauelement vor Erl utern Sie zwei m gliche Fehlerursachen f r das nicht mehr m gliche Abw rtssteuern des Rolltors Teilaufgabe 7 Mikrocontrollersteuerung als Alternative zur Kontaktsteuerung Bei einer Reparatur des Steuerstromkreises der Rolltorsteuerung wird berlegt den Steuer stromkreis durch eine Mikrocontrollerschaltung zu ersetzten Im Laststromkreis sollen weiter hin Sch tze zum Einsatz kommen Bewerten Sie den angedachten Mikrocontrollereinsatz unter konomischen und technischen Gesichtspunkten Teilaufgabe 8 Zeitgesteuertes Schlie en des Rolltors Um die Halle im Winter nicht zu stark durch das versehentlich offen gelassene Tor ausk hlen zu las
110. V als Regelkreis beschreiben Auftragsteil Zeichnen Sie einen regelungstechnischen Wirkungsplan f r die nichtinvertierende OPV Schaltung in Abb 5 156 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 10 Leerlaufverst rkung eines Operationsverst rkers OPV Informationsteil Der OPV in der Schaltung des nichtinvertierenden Verst rkers in Abb 5 besitzt eine endliche Leerlaufverst rkung V Vo Die Gesamtverst rkung V Ua Us des Verst rkers soll V 10 0 1 betragen Bei einem bestimmten Wert von V Vomin kann diese Toleranz noch eingehalten werden Es soll der minimale Wert von V ermittelt werden der den angege benen Fehler nicht berschreitet Auftragsteil Berechnen Sie die minimale Leerlaufverst rkung Vomin die der Operationsverst rker N1 be sitzen muss damit die Fehlergrenze 0 1 bei der Verst rkung V Uein der Schaltung eingehalten wird Teilaufgabe 11 Frequenz einer astabilen Kippschaltung Rechteckgenerator Informationsteil Der S gezahn Rechteck Generator Abb 1 erzeugt eine S gezahnspannung und eine unsymmetrische Rechteckspannung U F r den Pr f und Testbetrieb von elektronischen Schaltungen sind in der Regel symmetrische Rechteckspannungen erforderlich In Abb 6 ist eine astabile Kippschaltung mit einem Operationsverst rker dargestellt Die Schaltung ist so dimensioniert dass sie eine symmetrische Rechteck
111. alenders 5 4 2 bei R1 ve CTRDIVIO FEN 5 M2 DOWN we ap T SEG_SA39 11SRWA 7 7415488 RT SEG 250 Y CTRDIVIO 4 2 CT 0 Z6 T is lt E 3 CT 9 26 Q DOWN vec sr Mal 1 1 L m3 UP 6 1 4 P 2 eem 1 2 1 3 sen 64 2 0 26 c5 3 CT 9 Z6 vec D lako Je 74190N GND g g amp E E g E H H v2 e e 2 CT 0 Z6 N 3 CT 9 Z6 2 Hd T4LS48N TSRW 270 CTRDIV1O Vio 81 M2 DOWN a sus eia id gt Hp 1 2 1 3 s2 7486N G4 2 0 26 bei 11 m vec T 3 9 26 5 TE gae gt lt m z 9 NGC 1 E Sf H 2 10 gt 8 5 741908 NT va d CTRDIVIO 270 na 2 H 2 at 4 V2 DOWN 5 4 M3 UP 6 1 4 IP 1 2 1 3 G4 2 0 26 5 3 CT 9 Z6 R30 CTRDIV1O M2 DOWN ECH gt M3 UP 6 14 P lt 8 2 0 26 L L 3 CT 9 Z6 1 1 8 E 74LS48N 7 SEG_SA39 11SRW g
112. alkalenders Anhang 3 Datenblattauszug des Z hlers 74190N Anhang 4 Datenblattauszug des Multiplexers 74153N Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Die Abb 1 zeigt einen digitalen Kalender Abb 1 Digitalkalender Mit Taster S3 kann der Tag mit Taster 52 der Monat und mit Taster 51 das Jahr eingestellt werden Der Schaltung wird ein Taktsignal Clock Signal zugef hrt Der digitale Kalender be n tigt eine externe 5V Spannungsversorgung 212 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 1 Funktionsbl cke des digitalen Kalenders Die Schaltung des digitalen Kalenders ist in Anhang 2 abgebildet Die Funktionsweise der Schaltung zeigt das Blockschaltbild in Anhang 1 Jede Schaltungskomponente in der Schal tung kann eindeutig einem Funktionsblock aus dem Blockschaltbild zugeordnet werden In der Tabelle 1 ist beispielhaft eine Zeile ausgef llt Ordnen Sie in der Tabelle 1 die Funktionsbl cke und Bauelemente einander zu Funktionsblock Name des ICs Bezeichnung des ICs Monatsende bertrag Z hler f r Tage Einerstelle V7 74190N Reset Monatsende emittlung 7420N V8 1 Tabelle 1 Zuordnung von Funktionsblock zu Schaltungskomponenten 1213 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 2 Z hler f r die Tage In Abb 3 ist ein Ausschnitt aus der Schaltung aus Anhang 2 mit den Z hlern f r die Tage zu sehen In Abb 4 ist das Signal Zeit D
113. altungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Methodenbeherrschung B B3 Dimensionieren Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs weg Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 4 Fehlersuche Kompetenzbereiche A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompeten zen Niveau A1 II 5 Die Funktion von Schaltungen die aus einer Ver kn pfung von Grundschaltungen und Grundbauelementen bestehen analysieren BII 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden BII 2 Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Methodenbeherrschung B B5 Fehlersuche Aufgabenart Experimentbezogene Aufgabe mit Anwendungsbezug ergebnisof fen Bearbeitungszeit 12 Minuten 1195 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 5 Bauelemente messtechnisch pr fen Kompetenzbereiche A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST B Methodenbeherrschung C Kommunikation Gepr fte Kompeten zen Niveau A1 II 5 Die Funktion von Schaltungen die aus einer Ver kn pfung von Grundschaltungen und Grundbauelementen bestehen analysieren BII 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen dar stellen
114. ann Benennen Sie Mess und Pr fmittel f r die vorzunehmende Fehlersuche 3 Kennwerte f r Grundbauelemente mithilfe von Diagrammen bestimmen und Kennwerte in Diagrammen darstellen gt Ermitteln Sie die Drain Source Spannung im eingezeichneten Arbeitspunkt des FET 3 Im Anforderungsbereich bezieht sich die Fachmethode Dimensionieren ausschlie lich auf passive Bauelemente R C 55 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren B Anforderungsbereich Il Fachmethoden in vertrauten Kontexten anwenden Kompetenzen 1 Statische und dynamische Kenngr en aus Diagrammen grafisch ermitteln gt Ermitteln Sie den Arbeitspunkt f r den Triac 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden gt v ON ON Erstellen Sie eine Messschaltung zur berpr fung des Verhaltens der Ausgangsspan nung des Bausteins 7400 in Abh ngigkeit vom Belastungsstrom Beschreiben Sie die Messschritte die notwendig sind um das Belastungsverhalten des Bausteins zu erfassen Dimensionieren Sie die Widerst nde des Instrumentenverst rkers Beschreiben Sie Ihr Vorgehen zur Eingrenzung der Fehlerursachen beim astabilen Mul tivibrator mit dem Baustein NE 555 Zeichnen Sie f r den gekennzeichneten Schaltplanbereich ein Blockschaltbild Skizzieren Sie f r den Funktionsblock Differenzierer eine Schaltung mit OPV Erstellen Sie f r den angegebenen PAP einen vollst ndigen C Code Zeichnen Sie f r die im dargestellten
115. anz wird darauf verwiesen dass Pr fungen bereinstimmen mit den verbreiteten Meinungen didaktischen Schwerpunkten und Einstellungen Die Pr fung sollte den schuli schen Lern und Lehrbedingungen entsprechen Die Akzeptanz einer Pr fung steigt wenn Aufgabenstellungen von den Gepr ften als fair empfunden werden 2 4 6 konomie Das G tekriterium wird dann erf llt wenn der Aufwand an Zeit Personal und Material f r die Erstellung Durchf hrung und Auswertung der Pr fung in einem angemessenen Verh ltnis zum Nutzen steht Der Nutzen zeigt sich wiederum in der Qualit t der Pr fung also in dem Ma e wie die G tekriterien verwirklicht werden 29 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 4 7 N tzlichkeit und Zumutbarkeit Die Beanspruchung durch eine Pr fung sollte f r die Schule wie f r den Pr fling in einem an gemessenen Verh ltnis zu ihrer Bedeutung stehen Insbesondere sollte dabei beachtet wer den dass nicht nur in einem Fach gepr ft wird Der Nutzen einer Pr fung besteht zun chst da rin dass sie zu einem aussagef higen Ergebnis f hrt Er besteht auch darin dass die Pr fungsaufgaben Eingang in die Aufgabenkultur des Unterrichts vor der Abiturpr fung finden Dies geschieht wenn die Aufgaben herausfordernd und interessant sind 2 5 Aufgabenvielfalt Die Aufgabenkultur einer Pr fung wird entscheidend gepr gt durch den differenzierten Einsatz unterschiedlicher Aufgabenarten Nur durch die Auswahl geeigneter Aufgabenar
116. arkieren Sie den Stern Dreieck zeichnen Umschaltpunkt durch ein farbiges kennzeich Kreuz in der Hochlaufkennlinie nen nachweisen 11 11 Einen Sachverhalt oder eine Aus Weisen Sie nach dass mit den an sage durch Berechnung mathe gegebenen Reglerkenndaten die ge matischer Herleitung und logischer forderten Stabilit tskriterien f r die Begr ndung nachvollziehbar best Regelung des Wasserstandes erf llt tigen werden nennen be Ohne weitere Erl uterung aufz h Nennen Sie zwei typische Anlassver nennen len fahren Benennen Sie die verschiedenen Komponenten eines Regelkreises ordnen LI quivalenz zwischen verschiede Ordnen Sie den verschiedenen BI nen Darstellungsformen eines cken die Bauelemente der Schaltung zuordnen technischen Sachverhaltes ange ben ZU ber pr fen Sachverhalte oder Aussagen an berpr fen Sie die Dimensionierung 97 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Fakten oder innerer Logik messen oder eventuelle Widerspr che auf decken der Schaltung hinsichtlich der Strom belastung der verwendeten Bauele mente skizzieren Die qualitativen Eigenschaften ei nes Objektes oder Sachverhaltes graphisch darstellen Auch Frei handskizze m glich Skizzieren Sie die Sprungantwort des PI Reglers vergleichen Unterschiede und Gemeinsamkei ten von Sachverhalten gewichtend einander gegen berstellen V
117. as bertragungsverhalten eines 2 Punkt Reglers 03 include REG552 h 05 define ADEX 0x00 06 define ADCI 0x10 07 define ADCS 0x08 08 void delaySOms 09 sbit S1 10 sbit Signal Bl 11 sbit Signal Bi 12 sbit Betrieb LED 1 13 sbit Heizung 0 0 0 1 0 2 0x90 0x92 15 void main 17 float ofentemperatur ist ofentemperatur soll 18 float ofentemperatur max ist hilfe 18 Betrieb LED 1 1 20 ofentemperatur max 300 has Ofentemp 300 C entspricht 5V 21 ofentemperatur soll 260 23 while 1 25 while S1 1 26 1 27 delay5 ms 28 Betrieb LED 1 0 30 ADCON 0 31 ADCON 0x01 32 ADCON ADCS 33 while ADCON amp ADCI 0 36 ist_hilfe ADCH 0 0192 36 ofentemperatur ist ist hilfe ofentemperatur max 5 38 if Signal B1 0 amp Signal B 1 40 if ofentemperatur ist lt ofentemperatur soll 1 0 0385 41 1 42 Heizung 1 43 45 if ofentemperatur ist lt ofentemperatur soll 1 0 0385 47 Heizung 0 50 52 Betrieb_LED_1 1 56 void delay50nst oS 58 THO 59 TLO 60 TFO 0 61 TMOD 0x09 62 TRO 1 63 while TFO 0 x3C xAF Abb 5 Programmauszug 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Tragen Sie die Werte f r die programmierte obere und untere Schaltschwelle des 2 Punkt Reglers in das Diagramm in Abb 6 ein Ua in V v in C untere obere Schalt Schalt schw
118. asis Vop Ung Us gt lbt 941 Der Lastwiderstand wird gr er Rit gt Uat uf UBasis op Ugg Un gt Us Beide Kausaldiagramme zeigen dass die Schaltung der Abb 19 einer Ausgangsspannungs nderung entgegenwirkt Somit ist nachgewiesen dass U f Ri c Beschreibung der Spannungsstabilisierung mit dem Wirkplan einer Regelung E U s Ud s U R2 m UBasis 20 esch Ua Ura 7 R4 Abb 2 Wirkplan der Spannungsstabilisierung Der Wirkplan der Spannungsstabilisierung in Abb 2 zeigt dass die Ausgangsspannung geregelt wird 122 4 2 Beispiele Beispiel8 Aufgabe mit offenem Ergebnis ergebnisoffen A Aufgabenteil Aufgabe Beschreibung einer Spannungsstabilisierung Aus einer nichtstabilisierten Gleichspannung die zwischen 10 V und 14 V schwanken kann soll mithilfe einer in dieser Aufgabe zu entwickelnden Schaltung eine stabilisierte Gleich spannung f r ein Mikrocontrollerboard erzeugt werden vgl Abb 1 Dabei sollen die aufge f hrten Kriterien erf llt werden e erforderliche Ausgangsspannung 5 V 5 e maximale Strombelastung durch das Mikrocontrollerboard 500 mA e eingangsseitiger elektronischer Schutz der Schaltung gegen Verpolung e ausgangsseitiger Kurzschlussschutz der Schaltung 10 V 14 V DC Spannungs 5 V 5 versorgung max 500 mA Kurzschlussschutz V
119. ation ist ohne Fachwissen und Fachmethoden undenkbar wie auch eine Refle xion im Fach Elektrotechnik auf konkrete elektrotechnische Sachverhalte bezogen ist 18 2 2 Kompetenzbeschreibung 2 2 3 Anforderungsbereiche Die Abiturpr fung soll die Kompetenzen der Sch ler differenziert erfassen Dazu werden drei Anforderungsbereiche unterschieden vgl Einheitliche Pr fungsanforderungen in der Abitur pr fung Technik KMK 2006 In den drei Anforderungsbereichen werden folgende Leistun gen erwartet Anforderungsbereich Reproduktion e Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet gelernten Zusam menhang e Beschreibung und Verwendung gelernter und ge bter Arbeitstechniken und Ver fahrensweisen in einem begrenztem Gebiet und einem wiederholenden Zu sammenhang Anforderungsbereich Il Anwendung e Selbstst ndiges Ausw hlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch bung bekannten Zusammenhang Selbststandiges bertragen des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte Anforderungsbereich Il Transfer Planm Biges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel selbstst ndig zu L sungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen Bewusstes und selbstst ndiges Ausw hlen und Anpassen geeigneter gelernter Metho den 2 2 4 Operatoren Bei der Formulierung der zu pr fenden Kompetenzen wie auch bei der Formulier
120. auftrag problemlos erschlossen werden kann sollten Er g nzungen z B in Form von Beobachtungsschwerpunkten Einschr nkungen Aspek tierungen etc nicht eingeschoben sondern nachgeordnet aufgef hrt werden c Substantive S tze mit vielen Substantiven sind weniger leicht verst ndlich Der Hauptwortstil ist zu vermeiden Im so genannten Hauptwortstil germanistisch genau Nominalstil werden Verben zu Hauptw rtern Dieser Stil bewirkt h ufig einen ver meidbar komplexeren Satzbau und erschwert ggf die Identifikation des Arbeitsauftra ges Wo m glich sollten Verben verwendet werden im Auftragsteil die einschl gigen Operatoren Beispiele So lieber nicht Fertigen Sie eine Analyse unter besonderer Ber cksichtigung an in der Sie F hren Sie eine Berechnung durch indem Sie Von der Gesch ftsf hrung wird der Beschluss gefasst die Anschaffung modernerer Maschinen vorzunehmen Eher so Analysieren Sie Ber cksichtigen Sie dabei vor allem Berechnen Sie Die Gesch ftsf hrung beschlie t modernere Maschinen anzuschaffen d L nge der W rter Lange ungel ufige W rter erschweren das Textverst ndnis Lange 140 ungel ufige W rter z B Nominalkomposita sind schwer zu verstehen Wenn Nomi nalkomposita nicht zu vereinfachen sind da es sich dabei z B um Fachtermini handelt empfiehlt sich die Gliederung durch Bindestriche 5 4 Teilaufgaben formulieren Beispiele So li
121. aus dem Informationsteil dem Auftragsteil dem Bearbeitungsteil und dem Anhang Der Bearbeitungsteil und der Anhang sind dabei optionale Bestandteile einer Teilaufgabe Der Anhang einer Teilaufgabe ist i d R Teil des Gesamtanhangs Anh nge der jeweiligen Pr fungsaufgabe vgl Abb 22 Teilaufgabe Nr Thema Informationsteil Technologischer Kontext Information f r die Aufgabenbearbeitung Bezug zur Ausgangssituation der Pr fungsaufgabe Auftragsteil Arbeitsanweisung unter Verwendung eines Operators Bearbeitungsteil optional Vorgaben und Hilfen f r die Darstellung der L sung Anhang Materialien zur Erg nzung des Informationsteils Abb 23 Aufbau des Aufgabenteils einer Teilaufgabe Teilaufgabe Nr Jede Teilaufgabe wird nummeriert Aufgabenthema Jede Aufgabe hat ein Thema Das Thema bezieht sich auf den inhaltlichen Schwerpunkt der Aufgabe Das Thema wird verbfrei formuliert 1133 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung Informationsteil Der Informationsteil enth lt in bersichtlicher Darstellung alle Informationen die die Sch lerin nen und Sch ler f r die L sung der Aufgabe ben tigen Dementsprechend geh rt die Aus gangssituation einer Pr fungsaufgabe zum Informationsteil der Teilaufgaben ber die reine Information hinaus wird mit dem Informationsteil auch in die jeweilige Teilaufgabe eingef hrt um den zu Pr fenden die Orientierung in der Pr fung zu erleichtern Mit dem Informationsteil
122. bauelemente Inhalte e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST2 Grundschaltungen Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug ohne L Aufgabenart sungsweg Bearbeitungszeit 2 Minuten Teilaufgabe 2 Brummspannung e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST Gepr fte Kompetenzen e 1 II 3 Gr en f r Anwendungsschaltungen berechnen Niveau en e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST nhalte AST2 Grundschaltungen Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs Aufgabenart weg Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 3 Gesteuerter Gleichrichter Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen Niveau e BII 1 Statische und dynamische Kenngr en aus Dia grammen grafisch ermitteln Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen 209 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Methodenbeherrschung B8 Arbeit mit Diagrammen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs weg Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 4 Ausgangsspannungen des Wechselrichters e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e C Kommunikation e A1 II 2 Verhalten von Grundschaltungen und A
123. beitsauftrag Abb 14 Bereiche einer Pr fungsaufgabe Aufgaben lassen sich unter der Perspektive der Offenheit dahingehend einordnen ob die Aus gangssituation IST Anfangssituation und das Ziel sowie der dazwischen liegende Weg TRANSFORMATION jeweils eindeutig oder offen sind Bei Pr fungsaufgaben sind die Ausgangssituation und damit der Arbeitsauftrag eindeutig Of fene Pr fungsaufgaben zeichnen sich dadurch aus dass der Weg l sungswegoffene Aufga be und das Ziel ergebnisoffene Aufgabe offen gehalten werden Es k nnen mehrere L sungswege Methoden angewendet werden oder es sind mehrere Ergebnisse m glich und richtig 1103 Kapitel 4 Aufgabenarten Aufgaben bei denen die Darstellung der L sung oder der L sungsschritte nicht vorgegeben werden werden in dem hier verstandenen Sinne nicht als offen bezeichnet es sind so ge nannte halboffene Aufgaben Bei halboffenen Aufgaben hat der Aufgabenersteller eine pr zise Vorstellung vom L sungsweg bzw vom Ergebnis der Bearbeiter hat bei diesen Aufgaben lediglich einen gewissen Spielraum bei der Formulierung von Ergebnis und L sungsweg In soweit werden in den Abiturpr fungen in der Regel halboffene Aufgaben gestellt Wird in ei ner Aufgabenstellung die Form der L sungsdarstellung vorgegeben zum Beispiel Vervoll st ndigung eines Impulsdiagramms f r eine Digitalschaltung spricht man von einer ge schlossenen Aufgabe Im
124. ben kultur Aufgabenkultur bezieht sich auf die Fragen WAS wird gepr ft und WIE wird gepr ft Weiter ausdifferenziert wird hier Aufgabenkultur als das Zusammenwirken der Aspekte Kom petenzbeschreibung Pr fungsqualit t Aufgabenvielfalt und Arbeitsfeld Elektro technik verstanden WAS wird gepr ft Kompetenz beschreibung Arbeitsfeld Elektrotechnik Aufgaben Kultur Pr fungs qualit t Aufgaben vielfalt Abb 3 Aspekte der Aufgabenkultur WIE wird gepr ft Ein geeignetes Messverfahren kann nur ausgew hlt und eingesetzt werden wenn man wei was zu messen ist Um Pr fungsaufgaben als Messinstrumente f r die Erfassung und Be wertung von Kompetenzen zu erstellen ist es daher notwendig die zu pr fenden Kompeten zen zu beschreiben Mit den Kompetenzbeschreibungen wird angegeben was von den zu pr fenden Sch lerinnen und Sch lern in der Abiturpr fung erwartet wird In diesem Kapitel wird das Modell f r eine Kompetenzbeschreibung dargestellt Im KAPITEL 3 KOMPE TENZEN INHALTE OPERATOREN werden die in der Abiturpr fung erwarteten Kompe tenzen Inhalte und Operatoren zur Formulierung von Arbeitsauftr gen konkret angegeben 15 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR Die berpr fung von Kompetenzen bezieht sich immer auf Lern und Handlungsbereiche Dom nen In der Abiturpr fung Elek
125. ben sind fachlich richtig zu formulieren Es sind stabile Aufgaben zu stellen die sich auf Fakten beziehen 2 4 4 G ltigkeit Validit t Eine Pr fung gilt dann als g ltig bzw valide wenn sie wirklich das misst was sie zu beurteilen vorgibt Auf die schriftliche Pr fung im Fach Elektrotechnik bezogen bedeutet dies e Erfasst die Pr fung vor allem die Kompetenzen die f r das Fach Elektrotechnik repr sentativ und den Handlungsanforderungen des Arbeitsfeldes Elektrotechnik entspre chen e konten die Kompetenzen im Unterricht vor der Abiturpr fung erworben werden e Werden durch die Pr fung die relevanten Lerninhalte erfasst e Wird durch die Aufgabenstellungen keine Gruppe von Pr flingen benachteiligt Chan cengleichheit Fairness Die Kompetenzen in der Pr fung im Fach Elektrotechnik k nnen nicht isoliert von anderen F chern erfasst werden So werden Kompetenzen aus dem Fach Informatik dem Fach Deutsch 27 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR wie auch dem Fach Mathematik mit erfasst M gliche Erfassungsfehler sollten bei der Pr fung minimiert werden Zwei Aspekte werden hier bei der G ltigkeit einer Abschlusspr fung unterschieden 1 Inhaltsvalidit t 2 Konstruktvalidit t Zu 1 Inhaltsvalidit t Bei der Bestimmung der Inhaltsvalidit t gibt es zwei Zugangsweisen Zun chst wird gefragt ob die Pr fung mit den curricularen Anforderungen den Zielen der Lehr und Bildungspl ne ber einstimm
126. ch tze Q2 und Q3 gibt ei nen Punkt II 12 Die Punkte sind in der Musterl sung von 1 12 eingezeichnet Richtige H he der Rechteckimpulse von Q2 Punkt 13 1 Richtige H he der Rechteckimpulse von Q3 Punkt 14 Il 1 Musterl sung 450 bet tigt 7 451 aufw rts bet tigt i nicht bet tigt 4 52 abw rts bet tigt nicht bet tigt 4 Bi oben bet tigt nicht bet tigt 4B2unten bet tigt nicht bet tig nicht p E bet tigt 4 Q2 aufw rts betatigt 43 nicht 1 bet tigt 4 abw rts bet tigt 14 nicht TER bet tigt i Abb 5_L Impuls Zeit Diagramme des Steuerstromkreises L sung 257 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 5 Steuerstromkreis als Digitalschaltung Entwickeln Sie in Abb 6 eine Digitalschaltung die die Funktionen des Steuerstromkreises er f llt L sungsaspekte AFB Punkte Speicherfunktion aufw rts 2 Speicherfunktion abw rts R cksetzen Speicher aufw rts R cksetzen Speicher abw rts Setzen aufw rts 51 oder 54 Il Setzen abw rts S2 oder S3 m m PO nm Verriegelung Q2 und Q3 II Hinweis Sollte keine Verriegelung in Digitaltechnik erstellt werden erfolgt kein Punktabzug Musterl sung 1
127. chgewiesen dass die Frequenz der astabi len Kippstufe ca 300Hz betr gt b5 Uc t Werte f r t 0 71 2 5x berechnen 3 b6 Zeitdiagramm erstellen Uaus t Uc t Zeitbereich Oms bis 8ms Spannungsbereich 15V bis 15V 5 b6 Uc t Werte das Zeitdiagramm eintragen II b7 Uc t Verlauf zeichnen II 2 b8 Zeichnerisch ist nachgewiesen dass nach T 2 1 62ms die Ausgangsspannung Ua kippt Demzufolge hat die Ausgangs 1 spannung U us t die Frequenz von f 2 T 300Hz 169 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Musterl sungen a und b a Mathematische L sung a1 Zeitdiagramm f r die astabile Kippstufe 0r Uo e NH a2 Es ist nachzuweisen dass die Umladezeit des Kondensators von Ur auf Urbzw von Ur auf die H lfte der Periodendauer betr gt D h nach jeder Periodenh lfte hat die Kondensa torspannung Uc den Wert von Uc 0 Ur Ue T 2 Ur a3 Up I Ugusmax 9 Uausmax 05 14V 7 1 2 a4 t CQ 100nF 15kQ 1 5ms a5 U t U 1 ei Uc t Uausmax 1 a7 F rt 2 1 1 0 e Gel 1 1 daraus folgt 2 js 2 t In 3 2 1 5ms In 3 3 31ms a8 f 1 T 303Hz a9 Mathematisch ist nachgewiesen dass die Frequenz der astabilen Kippstufe ca 300Hz be tr gt 170 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator
128. chnik Kompetenzbereiche AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 3 Gr en f r Anwendungsschaltungen berechnen Niveau Inhalt Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST nhalte AST2 Grundschaltungen Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug L sungsweg Aufgabenart en offene Aufgaben Bearbeitungszeit 4 Minuten Teilaufgabe 13 Ideale und reale Parameter des OPV 741 A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST e C Kommunikation Gepr fte e 11 1 Den Unterschied zwischen idealen und realen Bau Kompetenzen elementen beschreiben Niveau e CI 3 Einfache Datenbl tter auswerten e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Inhalte e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Technische Problemstellung ohne Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 6 Minuten 180 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 14 Funktionserweiterung des S gezahn Rechteck Generators e C Kommunikation Kompetenzbereiche e D Reflexion e Il 4 Aussagen von technischen Darstellungen beschrei Gepr fte ben Kompetenzen Ni e 1 Funktionalit t von elektrotechnischen Schaltungen iveau Geraten oder Programmen bewerten e Kommunikation C K1 Grundbegriffe der Technikwissenschaften e Reflexion D Inhalte RB2
129. chnik Aufgabenart en Materialgebundene Aufgabe Bearbeitungszeit 15 Minuten Teilaufgabe 2 Programmablaufplan f r Teilfunktionen Langsamer fahren und Sanft anhalten Kompetenzbereiche A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen A5 II 1 Die Funktion programmierter Mikrocontrollersys teme beschreiben 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen Niveau darstellen e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT3 Programmierung der Mikrocontroller in der Pro Inhalte grammiersprache C e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 15 Minuten 297 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Entprellen des Tasters Schneller A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Kompetenzbereiche e A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT e B Methodenbeherrschung e C Kommunikation e 1 Programme in Programmablaufplanen bzw in der Programmiersprache C f r anwendungsbezogene Aufga ben entwickeln oder 111 4 Schaltungen unter Verwendung von Grundbau elementen und Grundschaltungen funktions und anwen Geprifte SES PE K nigstein dungsorientiert skizzieren Niveau
130. chwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug ohne L sungsweg Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 2 Spannungspegel bei unterschiedlichen Widerstandskombinationen Kompetenzbereiche A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompeten zen Niveau A1 II 2 Verhalten von Grundschaltungen und Anwen dungsschaltungen durch Wirkpl ne Signal Zeit Diagramme Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln darstellen A1 II 5 Die Funktion von Schaltungen die aus einer Ver kn pfung von Grundschaltungen und Grundbauelementen bestehen analysieren Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs weg Bearbeitungszeit 20 Minuten 194 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Teilaufgabe 3 Analoger Schl ssel Kompetenzbereiche A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompeten zen Niveau A1 II 1 Elektronische Grundschaltungen dimensionieren B II 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Fachwissen Analoge Sch
131. det 5 2 2 Verteilung von Kompetenzen und Inhalten auf drei gleichwertige Aufgaben Die zu pr fenden Kompetenzen und Inhalte m ssen auf die drei Pr fungsaufgaben verteilt werden Im KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN sind die m glichen Kompetenzen und Inhalte f r das Fach Elektrotechnik dargestellt Im Rahmen der Aufgaben gestaltung gilt es also aus den m glichen Kompetenzen und Inhalten eine geeignete Auswahl zu treffen 128 5 2 Pr fungsaufgaben abstimmen 5 2 3 Drei Abstimmungsaspekte Die Abstimmung der drei Pr fungsaufgaben erfolgt hinsichtlich der 1 zu berpr fenden Kom petenzen Inhalte und Anforderungen 2 den technologischen Ausgangssituationen und den 3 Aufgabenarten siehe Abb 20 PR FUNGS AUFGABE 1 1 Kompetenzen Inhalte Anforderungen 2 Ausgangssituationen 3 Aufgabenarten PR FUNGS PR FUNGS AUFGABE 3 AUFGABE 2 Abb 20 Abstimmung der Pr fungsaufgaben 5 2 3 1 Abstimmung der Kompetenzen Inhalten und Anforderungen Grundlage f r die Abstimmung der Pr fungssaufgaben ist das Modell f r die Kompetenz beschreibung im Fach Elektrotechnik siehe Abb 21 Im KAPITEL 3 KOMPETENZEN IN HALTE OPERATOREN sind alle pr fungsrelevanten Inhalte der Abiturpr fung dargestellt Anforderungsbereiche y S Ill Trap amp fer FM ee 9 uw s a e S xS ae SR RS A Il Anwendung SS SK x SS e
132. die Sprungantwort des PID Reglers Anhang F hrungssprungantworten 1 4 Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Abb 1 zeigt eine geregelte Brennofenanlage Bedien und Anzeigeeinheit Anlage Ein T r Auf T r Zu S1 S2 Betrieb St rung Temperatur anzeige Q m Einsteller SES m Temperatur Abb 1 Technologieschema der Brennofenanlage mit Bedienfeld und Regelmodul Brennofen 53 Regler In dem Ofen k nnen Materialien gebrannt werden Die Anlage wird ber die gezeigten Betriebsmittel in der Bedien und Anzeigeeinheit bedient 51 bis 54 und berwacht P1 und P2 Mit 54 kann die gew nschte Temperatur eingestellt werden Die aktuelle Ofentemperatur wird auf der Temperaturanzeige ausgegeben Der Sensor B1 erfasst die Temperatur und setzt sie in eine Spannung um Der Temperatur verlauf wird mit einem Kennlinienschreiber P3 aufgezeichnet Die Heizung der Brennofenanlage wird ber ein Regelmodul bestehend aus dem Regler und dem Drehstromsteller angesteuert 268 6 6 Aufgabenbeispiel 6 Brennofentemperaturregelung Teilaufgabe 1 Regelkreisgr en Um einen berblick ber die regelungstechnisch relevanten Gr en und Betriebsmittel zu be kommen sollen zun chst anhand des Technologieschemas wichtige Elemente des Regelkrei ses benannt werden Ordnen Sie die technologischen Gr en bzw Betriebsmittel des Technologieschemas den normierten Regelkreisgr en in der Tabelle 1 zu
133. duktion Anwendung Trans m fer 12 Problemhaltige Ausgangssituation f r jede Pr fungsaufgabe ist gegeben m 13 Eine Kompetenz wird in der Pr fung nur einmal gepr ft m 14 Alle Abbildungen sind nummeriert und bezeichnet L1 15 Die Bearbeitungszeit ist angemessen 146 5 5 Pr fungsaufgaben pr fen Checklisten 5 5 2 Checkliste Aufgabenteil von TeilaufgabeNr _ Nr Pr fmerkmal 5 1 Eine Nummerierung liegt vor 2 Das Aufgabenthema ist angegeben LI 3 Der Informationsteil bezieht sich auf die Ausgangssituation der Pr fungs L1 aufgabe 4 Der Informationsteil liegt vor dem Auftragsteil 5 Der Informationsteil ist verst ndlich formuliert Einfachheit K rze amp Pr gnanz Gliederung amp bersicht Bild vor Text 6 Der Auftragsteil ist gerahmt LI Der Auftragsteil wird nur mit einem Operator formuliert m 8 Der Auftragsteil enth lt keine Fragen LI 9 Der Auftragsteil ist einfach und kurz formuliert m 10 Der Bearbeitungsteil bietet Raum f r die Darstellung der L sung 11 Die Teilaufgabe ist unabh ngig von anderen Teilaufgaben bearbeitbar LI 12 Die Teilaufgabe ber cksichtigt eine Aufgabenart LI 5 5 3 Checkliste L sungsteil Teilaufgabe Nr Nr Pr fmerkmal 1 Der Auftragsteil stimmt mit dem des Aufgabenteils berein LI 2 Die L sungsaspekte bestehen aus kleinsten L sungsschritten
134. dung des Bausteins LM317 eine einstellbare Fest spannungsquelle 5 Die Funktion von Schaltungen die aus einer Verkn pfung von Grundschaltungen und Grundbauelementen bestehen analysieren gt Analysieren Sie die Prinzipschaltung des elektronischen Lastrelais 6 Schaltungen mithilfe von Blockschaltbildern beschreiben gt Zeichnen Sie ein Blockschaltbild des in Abb 1 dargestellten Treppenspannungs gt Zeichnen Sie ein Blockschaltbild f r die gezeigte Temperaturanzeige 7 Die Verwendung von Grundbauelementen in Schaltungen begr nden gt Sie den Einsatz der Diode V2 in der gezeigten Schaltung 35 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren A1 Anforderungsbereich Ill Elektronische Anwendungsschaltungen analysieren entwerfen und bewerten Kompetenzen 1 Elektronische Schaltungen anwendungsbezogen mit der Fachmethode Schaltungsent wurf entwickeln gt Entwickeln Sie die durch das Funktionssymbol dargestellte Schmitt Trigger Schaltung 2 Verkn pfungen von erweiterten Grundschaltungen bestehend aus der Kombination von mindestens zwei Grundschaltungen anwendungsbezogen dimensionieren gt Dimensionieren Sie die aus den Schaltungsteilen Signalverst rkung Gleichrichtung und Gl ttung bestehende Messschaltung 3 Elektronische Schaltungen mit der Fachmethode Schaltungsanalyse analysieren gt Analysieren Sie die in Abb 2 dargestellte Schaltung der Temperatur
135. e grammen grafisch ermitteln Kompetenzen Ni e 2 Technische Prozesse unter Verwendung von Dar iveau stellungsformen erl utern e III 1 Funktionalit t von elektrotechnischen Schaltungen Ger ten oder Programmen bewerten e Fachwissen Elektrische Maschinen EM EM2 Betriebsverhalten e Fachwissen Elektrische Maschinen EM EMS Ansteuerung elektrischer Maschinen Methodenbeherrschung B B8 Arbeit mit Diagrammen Inhalte e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik e Reflexion D RB2 Elektrotechnische Funktionseinheiten Ger te Schal tungen und Programme in den Teilsystemen eines techni schen Systems Aufgabenart Materialgebundene Aufgabe mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 20 Minuten 211 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Funktionsbl cke des digitalen Kalenders Teilaufgabe 2 Z hler f r die Tage Teilaufgabe 3 Schaltnetz f r den Funktionsblock Digitalschaltung 1 Teilaufgabe 4 Einsatz desMultiplexer 74153N Teilaufgabe 5 Taktsignal mit NE555 Teilaufgabe 6 7 Segment Ansteuerung mit FET Teilaufgabe 7 Kalender mit Mikrocontroller Teilaufgabe 8 RS FlipFlop als Speicher f r die Monats Zehnerstelle Teilaufgabe 9 Ablauf Tage Z hler Teilaufgabe 10 Einsatzm glichkeiten des Digitalkalenders Anhang 1 Blockschaltbild des Digitalkalenders Anhang 2 Schaltplan des Digit
136. e en die G tekriterien in das Kon N tzlichkeit und Zumutbarkeit zept der AUFGABENGESTALTUNG wie es in KAPITEL 5 dargestellt wird ein 111 KAPITEL 1 EINF HRUNG 1 3 Die Entwicklung von Aufgaben ist anspruchsvoll Pr fungsaufgaben haben eine Vielzahl von Anforderungen zu erf llen Der Prozess der Auf gabenentwicklung ist dementsprechend anspruchsvoll und schwierig der Entwicklungsauf wand ist erheblich Zu ber cksichtigen Die Abiturpr fungen m ssen die Inhalte des der relevante Inhalte o Abiturpr fung vorausgehenden Unterrichts genau SEH En Pi gt Formale Abiturvorgaben so repr sentativ abbilden wie die geltenden Bil S dungspl ne Die Abiturvorschl ge m ssen den allgemeinen Abiturvorgaben hinsichtlich der Bearbeitungs zeiten der zu verteilenden Anspruchsniveaus der Bewertungspunkte und der redaktionellen Form entsprechen Bei der Erstellung der Abiturpr fungen sind die testpsychologischen G te kriterien zu beachten Pr fungsaufgaben sollten das Richtige erfassen die Fehler bei der Er fassung sollten minimal sein und die L sungs und Bewertungsvorgaben sollten zu einer Be wertung f hren die unabh ngig von den korrigierenden Lehrkr ften ist Die Aufgaben sind auf Kompetenzen bzw Kom Anforderungen petenzb ndel in ausreichender Breite zu bezie e gt G terkriterien hen gt anregende Aufgaben angemessene Schwierigkeit Die
137. e A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT 4 e II 7 Die Verwendung von Grundbauelementen in Gepr fte Kompetenzen Schaltungen begr nden A5 1 Die Bestandteile des vorgegebenen 8051 Mikro Niveau controllersystems beschreiben e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT1 Hardware des Mikrocontrollers Inhalte Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten 300 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Teilaufgabe 2 Teilaufgabe 3 Teilaufgabe 4 Teilaufgabe 5 Teilaufgabe 6 Anhang 1 Anhang 2 Anhang 3 Funktionsbeschreibung der Brennofenanlage Auswahl eines Mikrocontrollers Peripherie am Mikrocontroller Fehler im C Programm berwachung der Endlagenschalter mit C Programm Schaltschwellen eines 2 Punkt Reglers Programmablaufplan f r Funktionsabl ufe in der Brennofenanlage Schaltplan der Mikrocontrollerschaltung Pin Beschreibung des Mikrocontroller 80C552 Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Das Technologieschema Abb 1 zeigt eine Brennofenanlage Bedien und Anzeigeeinheit Anlage Ein T rAuf T rZu Heizung Ein cs 54 ES v Betrieb St rung Heizen LED 1 LED 2 LED 3 3 amp ee emperatur Abb 1
138. e Fehlerursache 1 beschrieben 3 M gliche Fehlerursache 2 beschrieben Il 3 Musterl sung Fehlerursache 1 Spannungsversorgung fehlt Die Schaltung wird nicht mit Spannung versorgt da 2 die Betriebsspannung nicht anliegt die als Verpolungsschutz eingef gte Diode defekt ist der Festspannungsregler 7805 defekt ist oder der Widerstand R1 nicht best ckt wurde Fehlerursache 2 Potential an Klemme X2 wird auf Masse gezogen Das Potential an Klemme X2 wird auf Masse gezogen da 2 durch einen L tspritzer eine leitende Verbindung zwischen Pin 3 und 4 des OPs entstanden ist durch einen L tspritzer eine leitende Verbindung zwischen Klemme X2 und X3 entstanden ist oder eines der Bauteile R9 C4 oder D6 mit einem Kurzschluss ausgefallen ist 1191 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 5 Bauelemente messtechnisch pr fen Zeichnen Sie die Verbindungen zu den ben tigten Messger ten und der einstellbaren Gleich spannungsquelle in Abb 3 ein L sungsaspekte AFB Punkte Voltmeter zwischen X6 und GND geschaltet II 2 Voltmeter zwischen X7 und GND geschaltet II 2 Gleichspannungsquelle zwischen X2 und X3 geschaltet II 2 Musterl sung 9V 12V R1_30k C R3 ARS Ip 100k R6_10M tk xi R12 el D E x MP1 ier K2 LM393D X6 MP3 MP5 c 12 44 a 9 10k x2 e 9
139. e Nr Thema Auftragsteil L sungsaspekte AFB Punkte Aspekt 1 Aspekt 2 Aspekt n Musterl sung en Abb 24 Aufbau des L sungsteils einer Teilaufgabe Teilaufgabe Nr Jeder L sungsteil wird nummeriert Auftragsteil Der Auftragsteil der jeweiligen Teilaufgabe wird an dieser Stelle wiederholt L sungsaspekte Mit den L sungsaspekten werden die erwarteten L sungen kleinschrittig m glichst in 1 Punkteschritten angegeben Jeder L sungsaspekt wird einem Anforderungsbereich AFB zugeordnet Bei der Ausformulierung der Teil Aufgaben sollte angestrebt werden einen L sungsschritt mit einem 1 Punkt zu versehen siehe Beispiel 1 Musterl sung Die Musterl sung enth lt die Ausf hrung einer L sung Wenn die L sungsaspekte weitgehend eine Musterl sung beschreiben kann auf die Musterl sung verzichtet werden 135 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung 5 3 4 Beispiel Aufbau und Struktur einer Pr fungsaufgabe Auszug Aufgabe S gezahn Rechteck Generator SRG Informationsteil Aufgabe gesamt Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Schaltung eines S gezahn Rechteck Generators SRG In Abb 1 wird durch Zusammenschalten eines nichtinvertierenden Schmitt Triggers und eines Integrierers ein einfacher und selbstanlaufender S gezahn Rechteck Generator realisiert Der Generator erzeugt eine Rechteckspannung und eine S gezahnspannung siehe Abb
140. e Pr fungsaufgaben zeichnen sich durch differen zierte L sungswege aus Eine kompetenzorientierte Pr fung kann nicht ausschlie lich darin bestehen Fachwissen ab zufragen Kompetenzpr fungen m ssen die K nnens Dimension ber cksichtigen In diesem Sinne sind die zu Pr fenden mit Problemen zu konfrontieren die sich aus problemhaltigen An forderungssituationen ergeben 17 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 2 2 Kompetenzbereiche Die pr fungsrelevanten Kompetenzen werden nach vier Kompetenzbereichen geordnet siehe Abb 4 D Reflexion A B Umgang mit Methoden Kommunikation Fachwissen beherrschung Abb 4 Kompetenzbereiche Die Pr flinge e m ssen ber ein solides Fachwissen verf gen und damit sachgerecht umgehen k nnen Kompetenzbereich A Umgang mit Fachwissen e m ssen das was sie wissen fachmethodisch anwenden k nnen iKompetenzbereich Methodenbeherrschung e m ssen in und ber Elektrotechnik anforderungsgerecht kommunizieren k nnen Kompetenzbereich C Kommunikation und e m ssen das was sie wissen methodisch beherrschen und was sie kommunizieren re flektieren k nnen Kompetenzbereich D Reflexion Die Kompetenzbereiche sind miteinander verkn pft und k nnen nicht isoliert voneinander be trachtet werden Der Umgang mit Fachwissen erfordert immer auch methodisches Handeln Methodenbeherrschung zeigt sich konkret immer in der Verkn pfung mit Fachwissen Fachli che Kommunik
141. e Schleife solange Bedingung erf llt f hre Anweisung aus if Bedingung Anweisung 1 else Anweisung 2 Alternativ Verzweigung wenn Bedingung erf llt f hre Anweisung 1 aus sonst f hre Anweisung 2 aus 52 switch Ausdruck case konstante Anweisung break case konstante2 Anweisung2 break default Anweisung3 3 2 Kompetenzen und Inhalte switch Case Anweisung Mehrfachauswahl Bearbeitung beginnt an dem case Label dessen Bedingung erf llt ist sp testens am optionalen Default Label int summe_aus int int int summe aus int a int b ergebnis summe aus 3 4 Funktionsprototyp Deklaration einer Funktionen Ergebnistyp Name Parameterdeklarationsliste Aufruf der Funktion mit bergabe der Parameter a und b Arithmetische Operationen Operand Bedeutung Anweisung in C positives Vorzeichen negatives Vorzeichen Multiplikation x a b Division x a b Modulo Operation x a b Addition x a b Subtraktion x a b Logische Verkn pfungen Operand Bedeutung Anweisung in C amp amp Logisches UND a amp amp b Logisches ODER a b Logisches NICHT la 153 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Bitmanipulationen Operand Bedeutung Anweisung in C R b
142. e in das zu zeichnende Diagramm gel st werden lg Ic Diagramm zeichnen und Achsen beschriften Diagramm mit geeigneter Achsenskalierung versehen lg lc Wertepaare eintragen Wertepaare durch Linie verbinden Summe Musterl sung lg lc Wertepaare B A Ic mA 50 12 100 27 5 150 38 200 48 250 55 300 58 5 350 61 400 62 Steuerkennlinie 100 150 200 250 300 350 400 450 IB in uA 89 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 2 3 Kompetenzbereich C Kommunikation Kompetenzen Sachverhalte in und ber Elektrotechnik darstellen Anforderungsbereich Darstellungsformen der Elektrotechnik beschreiben und f r einfache Sachverhalte nutzen Kompetenzen 1 Technische Darstellungsformen benennen und beschreiben gt Sie drei verschieden Darstellungsformen in der Elektrotechnik 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen darstellen gt Stellen Sie die Messwerte f r das Belastungsverhalten des CMOS Schmitt Triggers in der Tabelle 1 dar gt Erstellen Sie eine tabellarische Zuordnungsliste f r die in der Ausgangssituation be schriebene digitale Steuerung gt Zeichnen Sie mithilfe der erhobenen Messwerte im vorbereiteten Diagramm Abb 1 den Signalverlauf f r u t 3 Einfache Datenbl tter auswerten C Anforderungsbereich Il Darstellungsformen anwenden Kompetenzen 1 Technisc
143. eben Jede Kompe tenz wird beispielhaft durch einen Arbeitsauftrag kursiv illustriert Danach werden die Inhalte des Kompetenzbereichs angeben Zu den Inhalten der analogen Schaltungstechnik und der Digitaltechnik geh ren jeweils auch die Grundbauelemente und Grundbausteine In der Abiturpr fung werden die beschriebenen 33 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Kompetenzen bei den Pr flingen erwartet Ebenso wird erwartet dass die Sch ler die ange gebenen Inhalte erworben haben In der Abiturpr fung werden die angegebenen Bauelemente als bekannt vorausgesetzt Da tenbl tter bzw Datenblattangaben werden in der Pr fung bereitgestellt Der Umgang mit Da tenbl ttern der angegebenen Bauelemente wird als vertraut vorausgesetzt 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 1 Kompetenzbereich A Umgang mit Fachwissen 3 2 1 1 A1 Analoge Schaltungstechnik Kompetenzen Grundwissen ber Analoge Schaltungstechnik darstellen erl utern beurteilen und anwenden 1 Anforderungsbereich Grundbauelemente und Grundschaltungen der Analogen Schaltungstechnik darstellen be schreiben und berechnen Kompetenzen 1 Den Unterschied zwischen idealen und realen Bauelementen beschreiben gt Sie in Tabelle 1 f r f nf Parameter des Operationsverstarkers LM324 die idealen und realen Kenndaten 2 Das Verhalten der Grundbauelemente durch Wirkpl ne Signal Zeit Diagramme Po tentialangaben und Kennlinien darstelle
144. eber nicht Bei dem durchzuf hrenden Maschinenpr fverfahren hat sich herausgestellt oagezahngenerator Spulenkapseloberteil Eher so Die Pr fung der Maschine hat ergeben Ss gezahn Generator Spulenkapsel Oberteil e Konditionale S tze Konditionale S tze Bedingungss tze f hren h ufig zu Verst nd nisschwierigkeiten f Frages tze Fragestellungen sollten vermieden werden 0 Negationen S tze die Negationen nicht keine usw enthalten sind weniger gut ver st ndlich h Vertrautheit mit den W rtern W rter die aus der Erfahrung der Sch lerinnen und Sch ler und aus dem Unterricht vertraut sind erh hen die Verst ndlichkeit i Abstrakte konkrete Darstellung Informationen Vorgaben Sachverhaltsdarstellungen sollten konkret angegeben werden Auf abstrakte vermeintlich wissenschaftlich gehal tene Aussagen sollte verzichtet werden Merkmal Bild vor Text Symbole Bilder Diagramme sind schneller zu erfassen als Texte Informationen die grafisch illustriert aufbereitet sind entlasten den Textanteil einer Aufgabe und erleichtern die Aufga benerschlieBung Wichtig dabei ist Grafiken m ssen vollst ndig gut lesbar sowie sachlich und fachlich richtig sein Folgende Kriterien m ssen bei der Umsetzung des zweiten Merkmals der Verst ndlichkeit be achtet werden a Symbole Symbole sind ein gutes visuelles Hilfsmittel weil sie meist unmittelbar ver
145. echnik die systematische und nachvollziehbare Vor gehensweise bei der Identifizierung eines Fehlers in einem elektrischen Pr fobjekt Anlage Ger t Schaltung Bauelement verstanden Au erdem umfasst diese Methode die Festlegung der notwendigen Schritte zur Fehlerbehebung und der Ma nahmen zur zuk nftigen Fehler vermeidung Ausgangspunkte f r eine Fehlersuche in der Elektrotechnik k nnen sein e Verbale Fehlerbeschreibungen Dokumentierte Messergebnisse in fehlerhaften Schaltungen e Fehler im Schaltungsdesign 2 B in Stromlaufplanen oder im Layout e Daten zu einem Fehler Verfahren Herangehensweisen zur Eingrenzung des Fehlers k nnen sein e Sichtkontrolle e Spannungs Potential oder Signalverfolgung Durchgangspr fung e Strommessung 71 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Bei der Fehlersuche ergibt sich ausgehend von Fehlerbeschreibungen bzw Daten zu einem Fehler folgende typische Abfolge Abb 1 Fehlerbeschreibung bzw Daten zu einem Fehler gt Y Fehlerhypothesen angeben Pr fschritte Herangehensweisen zur Fehlereingrenzung in logischer Hierarchie festlegen Y Pr f Messmittel festlegen Y M gliche Pr f Messergebnisse beschreiben Y Pr fung Messung durchf hren und Pr f Messergebnisse dokumentieren Ja Fehlerhypothese nicht best tigt Nein Fehlerursachen beschreiben Y Ma nahmen zur Behebung festl
146. echnische Problemstellung ohne L sungsweg Aufgabe Operationsverst rker Ausgangsspannung Beispiel 2 Technische Problemstellung mit L sungsweg Aufgabe Verlustleistung einer Leuchtdiode Beispiel 3 Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Aufgabe Spannungsversorgung im Tauchcomputer Beispiel 4 Technische Problemstellung mit L sungsweg und Anwendungsbezug Aufgabe Messbr cke im Tauchcomputer Beispiel 5 Materialgebundene Aufgabe Aufgabe Schaltnetz mit Multiplexer Beispiel 6 Experimentbezogene Aufgabe Aufgabe Messungen an einer Gleichrichterschaltung Beispiel 7 Technische Probleml sung l sungswegoffen Aufgabe Spannungsstabilisierung Beispiel 8 Technische Problemstellung ergebnisoffen Aufgabe Beschreibung einer Spannungsstabilisierung 106 4 2 Beispiele Beispiel 1 Technische Problemstellung ohne Losungsweg A Aufgabenteil Aufgabe Operationsverst rker Ausgangsspannung Die Abb 1 zeigt eine Operationsverst rkerschaltung Diese Schaltung wird bei einem Mess verst rker eingesetzt Abb 1 Operationsverst rkerschaltung Ermitteln Sie den Wert der Ausgangsspannung Ua Losungsteil Ausgangsspannung Ua U x 1 1107 Kapitel 4 Aufgabenarten Beispiel2 Technische Problemstellung mit L sungsweg A Aufgabenteil Aufgabe Verlustleistung einer Leuchtdiode Die Leuchtdiode P1 soll in der Schaltung Abb 1 mit der Lichtst rke engl luminou
147. egen Ja Schaltung nicht funktionsf hig Nein Fehleranalyse durchf hren Wie ist es zu dem Fehler gekommen Y Ma nahmen zum zuk nftigen Vermeiden des gezeigten Fehlerbildes beschreiben Abb 1 Typische Abfolge bei der Fehlersuche 72 3 2 Kompetenzen und Inhalte Aufgabenbeispiel Aufgabe Fehlersuche in lichtabh ngiger LED Steuerung Bestimmungsgem e Funktion der Schaltung Bei der lichtabh ngigen Steuerung mit LDR in Abb 2 wird die LED P1 bei Dunkelheit ber den Transistor Q1 zugeschaltet Bei berschreiten einer durch das Potentiometer einstellbaren Be leuchtungsst rkeschwelle schaltet der Transistor Q1 ab und die LED P1 aus UB 12V L O Rif 12k 680 MP1 MP4 R204 P1 x MP5 3 1k 2 L MES EN RN Q1 _ GND Abb 2 Lichtabh ngige LED Steuerung mit LDR Fehlerbeschreibung Diese Schaltung wurde auf einem Steckboard Abb 3 mit den angegebenen Werten aufge baut zeigt jedoch bei der ersten Inbetriebnahme nicht das oben beschriebene Verhalten Die LED leuchtet auch bei v lliger Dunkelheit nicht Somit liegt ein Fehler vor Abb 3 Verdrahtete Schaltung auf dem Steckboard 173 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Bereits durchgef hrte Fehlersuchschritte Um die Anzahl m glicher Fehlerhypothesen einschr nken zu k nnen und einen konkreten An haltspunkt f r die
148. ehlerfreien C Code 5 Anforderungsbereich 11 Externe Peripherieeinheiten integrieren und Programme anwendungsorientiert analysieren und erstellen 1 Die Funktion programmierter Mikrocontrollersysteme beschreiben gt Zeichnen Sie auf Grundlage des vorliegenden C Programmes und des Technolo gieschemas in Abb 1 den Verlauf der Ausgangsspannung des mit dem Mikrocontroller programmierten S gezahn Rechteck Generators 49 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 2 Modifikationen bei vorgegebenen Programmablaufpl nen bzw C Programmen erstel len gt Erstellen Sie entsprechend der beschriebenen Anforderungen die ge nderten Pro grammzeilen im C Code gt Erstellen Sie die fehlenden Schritte Programmablaufplan in Anhang 1 3 Einstellungen von Spezial Funktions Registern des vorgegebenen 8051 Mikro controllers anwendungsbezogen im C Programm ermitteln gt Ermitteln Sie die Einstellungen des SFRs von Timer 1 zur Realisierung der geforderten Zeitverz gerung 4 Schaltungen von ausgew hlten externen Peripherieeinheiten an den Mikrocontroller skizzieren gt Skizzieren Sie die Verbindung zum Anschluss des Analogsensors den Mikrocontrol ler 5 Einen Mikrocontroller anforderungsgerecht ermitteln gt Begrtinden Sie Ihre Auswahlentscheidung eines geeigneten Mikrocontrollers A5 Anforderungsbereich Ill Programme problem und anwendungsorientiert entwickeln Kompetenzen 1 Programme in
149. ei offenen Aufgaben sind mehrere L sungswege oder Ergebnisse m glich und richtig Offene Aufgaben korrespondieren in der Regel mit einem erh hten Anforderungsniveau 2 5 3 Aufgabenschwierigkeit Die Schwierigkeit einer Aufgabe ergibt sich aus dem Produkt von Komplexit t der Ausgangs situation Offenheit der Aufgabe und Bearbeitungszeit Abb 9 Aufgaben Komplexit t der Offenheit Bearbeitungs schwierigkeit Ausgangssituation der Aufgaben zeit Abb 9 Schwierigkeit von Pr fungsaufgaben 2 6 Anforderungen an kultivierte Pr fungen und Pr fungsaufgaben Aus den dargestellten Aspekten von Aufgabenkultur ergeben sich Anforderungen an die Gestaltung einer kultivierten Pr fung 2 6 1 Gesamtanlage der Pr fung Eine Abiturpr fung in Elektrotechnik besteht aus drei gleichwertigen Pr fungsaufgaben e Jede Pr fungsaufgabe besteht aus Teilaufgaben e Weniger anspruchsvolle Teilaufgaben Anforderungsbereich 1 sollten am Beginn einer Pr fungsaufgabe stehen e Eine Abiturpr fung unterscheidet sich inhaltlich von der Pr fung des Vorjahres e Die Pr fungsaufgaben ber cksichtigen die relevanten Themen Sachgebiete und Leit ideen des Faches Elektrotechnik e Die m glichen Aufgabenarten kommen in der Pr fung zum Einsatz 31 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 6 2 2 6 3 32 Jede Pr fungsaufgabe ber cksichtigt alle vier Kompetenzbereiche Die gepr ften Kompetenzen sind f r das Fach Elektrotechnik und den Unt
150. eldes Elektrotechnik im Hinblick auf die Entwicklung von Pr fungsauf gaben zusammenfassend dargestellt werden Elektrotechnik ist eine ingenieurwissenschaftliche Querschnittsdisziplin Elektrotechnik ist in al len Teilen von technischen Systemen zu finden Elektrotechnische Systeme k nnen grund 22 2 3 Arbeitsfeld Elektrotechnik s tzlich Bestandteil aller Teile z B Energieteil Bearbeitungsteil Steuerungsteil eines technisches System sein Dabei bezieht sich die Elektrotechnik auf alle Phasen eines elektro technischen Systems von der Planung ber die Konstruktion und die Erstellung bis hin zur Wartung und Entsorgung Als Technikdisziplin ist sie final und zweckorientiert Das hei t es geht im Arbeitsfeld Elektro technik nicht um eine kausalorientierte Betrachtung des Zusammenhangs von Ursachen und Wirkungen wie bei naturwissenschaftlichen Fragestellungen sondern um die Realisierung von Handlungszwecken Demzufolge sind f r das Arbeitsfeld folgende Leitideen bestimmend 2 3 1 Leitideen e Energie bertragen wandeln und stellen e Messen und Pr fen Steuern e Digitale Informationsverarbeitung e Regeln 2 3 2 Technikverstandnis Dem Technikverstandnis folgend soll Elektrotechnik nicht auf die Anwendung physikalischer Prinzipien reduziert werden Ebenso wird man der Technikwissenschaft Elektrotechnik nicht gerecht wenn man elektrotechnische Systeme primar mathematisch beschreibt und analy siert
151. elle schwelle Abb 6 bertragungsverhalten des 2 Punkt Reglers 307 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 1 Programmablaufplan f r Funktionsabl ufe in der Brennofenanlage 308 Brennofen eis A lt gt ja M e ja DH Tor Schie en Anhang 2 Schaltplan der Mikrocontrollerschaltung 102 78105 45V IN oi gt X1 204 R7 I zs ov Spannungsversorgung ow Sollwerteinsteller S5 9 R6 x ov Temperaturmessung Endlagenschalter B1 5V ur B2 42 R10 ov Endlagenschalter B2 R17 OV Schalter 54 Heizung EIN 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Mikrocontroller 800552 VDD RST XTAL1 XTAL2 P3 0 RXD P3 1 TXD P3 2 NTO P3 3 INT1 P3 4 T0 3 5 1 P3 6 WRi P3 7 RDI STADT AVDD AVREF AVREF AVSS P5 0 ADCO P5 1 ADC1 PS 2 ADC2 P5 3 ADC3 P5 4 ADC4 P5 5 ADCS PS 6 ADC6 P5 7 ADC7 P4 0 CMSRO P4 1 CMSR1 P4 2 CMSR2 P4 3 CMSR3 P4 4 CMSR4 P4 5 CMSRS 4 6 0 P4 7 CMT1 VSS vss ADO PO O AD1 PO 1 AD2 PO 2 AD4 PG 4 ADS PO S AD6 PO 6 AD7 PO 7 08 2 0 A09 P2 1 10 22 ATI P2 3 A12 P2 4 13 2 5 A14 P26 A15 P2 7 ALE PROG EANPP PSEN CTOLP1 0 CTIEPI A 2 1 2 CT3I P1 3 T2 P4 4 RT2 P1 5 CSL P1 6 SDA P1 7 PWMO PYM 5V
152. ellungen ohne Anwendungsbezug beziehen sich allein auf einen elektro technischen Zusammenhang Ein bergeordneter Zweck der technischen L sung wird dabei nicht ber cksichtigt siehe auch KAPITEL 4 2 Beispiel 1 und Beispiel 2 1101 Kapitel 4 Aufgabenarten 4 1 2 3 Materialgebundene Aufgaben Eine materialgebundene Aufgabe enth lt technische Unterlagen die bisher im Unterricht nicht verwendet wurden Aufgaben ohne Materialbezug beziehen sich ausschlie lich auf Inhalte die durch den Lehrplan vorgegeben sind Bei materialgebundenen Aufgaben m ssen sich die Pr flinge mit neuen technischen Informa tionen auseinandersetzen Bei der Bearbeitung einer materialgebundenen Aufgabe sollen die Pr flinge mit dem zur Ver f gung gestellten Material arbeiten Die zur Verf gung gestellten Materialien sollen analysiert ausgewertet kommentiert interpretiert oder bewertet werden F r die Materialien gilt Die Materialien sind technische Unterlagen Techn Abbildungen Tabellen Messreihen Datenbl tter Applikations unterlagen wissenschaftliche Texte e Didaktische Materialien Lehrbuchtexte etc sind ausgeschlossen Materialien geh ren zum Informationsteil einer Aufgabe und befinden sich i d R im An hang einer Aufgabe e Die Materialien geh ren nicht zu den Lehrmaterialien des vorangegangenen Unter richts In KAPITEL 4 2 ist Beispiel 5 eine materialgebundene Aufgabe 4 1 2 4 Experimentbezogene Aufgaben
153. em Kon text nutzen Sachverhalte Fachmethoden Darstellungsfor Einfache Bez eines abge der Elektrotech for ge herstellen Be nik situations men situations und Bewer reichs selbst gerecht anwen gerecht ausw h tungsans tze Anwendung st ndig ordnen den len und anwen wiedergeben und auf ver den gleichbare Kon texte bertragen Sachverhalte Fachmethoden Darstellungs Bez ge herstel problembezo problem formen selbst len und Sach gen erarbeiten bezogen aus st ndig ausw h verhalte bewer einordnen nut w hlen und len und prob ten Transfer zen und bewer problem lem orientiert ten orientiert an nutzen wenden 20 Tab 1 Kompetenzmatrix 2 2 Kompetenzbeschreibung 2 2 6 Kompetenzfundierende Inhalte In der Abiturpr fung k nnen Kompetenzen nur an geeigneten Inhalten gepr ft werden F r ei ne Kompetenzbeschreibung ist es daher notwendig die kompetenzfundierenden Inhalte Wis sensbereiche zu beschreiben Es wird erwartet dass die Sch ler das beschriebene Wissen bis zur Abiturpr fung erworben haben Folgende Inhaltsbereiche geh ren zur Kompetenzbeschreibung e Inhalte Kompetenzbereich A Umgang mit Fachwissen A1 Analoge Schaltungstechnik A2 Digitaltechnik Elektrische Maschinen A4 Regelungstechnik Mikrocontrollertechnik e Inhalte Kompetenzbereich Methodenbeherrschung Fachmethoden der Elekt
154. en Einsatz der Optokoppler in dieser Schaltung L sungsaspekte AFB Punkte Optokoppler zur galvanischen Trennung allgemein 1 Erkennt die Gefahr des Schaltens von Motoren Induktivit ten 1 Nennt die Induktionsspannung als Gefahrenpotential 1 Musterl sung Der Einsatz von Optokopplern dient zur galvanischen Trennung der Mikrocontrollerausg nge von den Signaleing ngen des Diese Trennung ist insbesondere dann wichtig wenn st r kere Motoren mit h heren Str men geschaltet werden da gro e Induktivit ten gef hrliche Spannungsspitzen auf den Mikrocontroller zur ckf hren k nnten 296 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Einsatz des Treiberbausteins 74245N A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Kompetenzbereiche e A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT e C Kommunikation e A2 Ill 2 Mit unbekannten Bausteinen datenblattgest tzt Gepr fte Schaltungen entwerfen Kompetenzen Niveau A5 III 3 Schaltungen von unbekannter externer Peripherie datenblattgest tzt an den Mikrocontroller skizzieren und da zu Programme entwickeln C 3 Einfache Datenbl tter auswerten Inhalte Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT MCT2 Einfache Grundschaltungen mit uC Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrote
155. en formulieren Teilaufgaben formulieren Pr fungsaufgaben m ssen verst ndlich formuliert werden so dass Nachfragen und zus tzli che Erkl rungen nicht erforderlich sind Die Pr flinge sollen aus der Aufgabenstellung klar er kennen was von ihnen erwartet wird Auch die L sungsteile der Aufgaben sind klar und eindeutig zu formulieren Die L sungsas pekte und die Musterl sungen m ssen den korrigierenden Lehrkr ften klar zeigen wie die Pr fungsleistungen zu erfassen und zu bewerten sind 5 4 1 Vier Merkmale der Verst ndlichkeit Vier Merkmale bestimmen die Verst ndlichkeit von Aufgabenformulierungen siehe Abb 25 Gliederung rm amp Ubersicht Bild vor Text Verst ndlichkeit von Aufgaben K rze amp Pr gnanz Abb 25 Merkmale der Verst ndlichkeit 1139 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung Merkmal Einfachheit Dieses Merkmal bezieht sich auf die sprachliche Formulierung und Gestaltung aller Aufgaben teile also um die Wortwahl und den Satzbau a Satzl nge Kurze S tze bzw einfache Satzkonstruktionen erleichtern das Textver st ndnis Ein Satz ist grammatikalisch einfach wenn ein einfacher h ufig verwendeter Satzbauplan mit m glichst wenigen zus tzlichen Angaben Attributen Einsch ben oder Nebens tzen realisiert wird b S tze und Struktur Satzgegenstand und Satzaussage sollten m glichst nah beieinan der stehen Damit der Arbeits
156. en in einer gr tm glichen Breite mit diffe Inhaltsbereiche renzierten Anforderungsbereichen und an ge eigneten Inhalten erfassen und bewerten Es ist deshalb notwendig die Kompetenzen auf die sich die Aufgaben beziehen zu beschreiben Ohne eine Beschreibung der zu erfassenden und zu bewertenden Kompetenzen kann eine Pr fungsaufgabe nicht konstruiert werden Die Kompetenzbeschreibung im Fach Elektrotechnik erfolgt nach einem Modell das Kompe tenzbereiche Inhaltsbereiche und Anforderungsbereiche sinnvoll aufeinander bezieht Das Modell zur Beschreibung der Kompetenzen wird in KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR erl utert auf der Basis dieses Modells werden die Kompetenzen nach Anforderungsbereichen und die 10 1 2 Pr fungsaufgaben brauchen Kultur Inhalte nach Inhaltsbereichen im KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN be schrieben Kompetenzen sind immer auf Arbeitsfelder die so Kulturaspekt 2 enannten Dom nen bezogen Die Kompetenz 9 9 P Beschreibung des Arbeitsfeldes Elektro entwicklung im Fach Elektrotechnik bezieht sich technik als Kompetenzdom ne auf das ingenieurwissenschaftliche Arbeitsfeld Elektrotechnik In den Bildungspl nen Teil 1 Didaktische Organisation und Teil 2 Fach lehrplan Elektrotechnik ist das Arbeitsfeld bereits beschrieben Im KAPTEL 2 AUFGABEN KULTUR wird das Arbeitsfeld Elektrotechnik im Hinblick auf die Entwicklung einer Abiturpr fung weiter konkretisiert
157. ensator C auf die Spannung U aufladen wenn nicht vorher der untere Triggerwert des Schmitt Triggers erreicht w rde Sobald Uc Ue wird Ua U Der Kondensator C wird nun umgeladen auf U Auch dieser Ladevorgang wird abgebro chen wenn Uc den oberen Triggerpunkt des Schmitt Triggers erreicht Dann wird wieder Ua U und der dargestellte Vorgang wiederholt sich R1 C1 sI Ua Abb 1 Astabiler Multivibrator Rechteckgenerator mit Operationsverst rker Analysieren Sie die Schaltung des in Abb 1 dargestellten astabilen Multivibrators 59 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren L sungsaspekte Punkte AMV als Funktionsblock Oberste Darstellungsstufe 1 Funktionsblock Schmitt Trigger Eingangssignale Ausgangssignal bertragungsverhalten Funktionsblock Tiefpass Eingangssignale Ausgangssignal bertragungsverhalten Summe Musterl sung 60 Aufgabe 2 Analoger Schl ssel 3 2 Kompetenzen und Inhalte Die Schaltung Abb 1 zeigt die Auswerteschaltung f r einen analogen Schl ssel Wenn die Widerstandskombination R4 R8 einen bestimmten Wert Schl sselwert besitzt wird das an der Auswerteschaltung angeschlossene Bedienfeld an die Netzspannung L1 geschaltet Weicht die Widerstandskombination R4 R8 von dem Schl sselwert ab wird das Bedienfeld nicht an das Netz geschaltet
158. er Temperaturkompensation des Drucksensors NiMH Akk Bei Temp lt 10 C wird der des uC auf Masse gelegt und ein NEUMAN L D Displaytech 162 9 10 1112 1314 15 16 LCD Kontrast 10k lin Anzeige 3 ll oja e LED1 Dekorechnung l uft LED3 Dekotiefe verletzt Abb 1 Schaltplan eines Tauchcomputers LED2 Aufstiegsgeschwindigkeit zu hoch a Nullpunktjustierung des Analogsensors zus tzlicher BIAS f r den Sensor wirksam Q F r guten thermischen Kontakt des Sensors mit dem Al Geh use sorgen Selbstbau Tauchcomputer 2 Luft amp Mischgas Entwurf Peter Rachow 2003 Letzte Anderung 04 2004 Das L mpchen wirkt als Kaltleiter und stellt einen konstanten Ladestrom zur Verf gung Ermitteln Sie den Spannungswert am Pin 2 des Displays und an Pin 10 des Mikrocontrollers B L sungsteil LU cn nm 2 Lane E Ubiode 6V m 0 7V 5 3V 1101 Uwc PIN 10 Ui cp PIN SS 5 3V 4 2 Beispiele Beispiel 4 Technische Problemstellung mit L sungsweg und Anwendungsbezug A Aufgabenteil Aufgabe Messbr cke im Tauchcomputer Der Schaltplan in Abb 1 zeigt einen Tauchcomputer der w hrend des Tauchgangs die aktuelle Tauchtiefe anzeigt Dazu wertet der Mikrocontroller die Informationen eines analogen Drucksensors Innenschaltung siehe Abb 3 aus und ermittelt daraus die Tauchtiefe
159. ergleichen Sie die beiden Anlass verfahren hinsichtlich des Drehmo mentverhaltens des Motors zeichnen Einen technischen Sachverhalt un ter Beachtung der relevanten Gr Benordnung unter Einhaltung von Normen darstellen Zeichnen Sie in das vorgegebene Diagramm die Ladekurve des Kon densators von 0 bis 10 s ein realisieren Einen technischen Sachverhalt un ter Einhaltung einer techn Vorgabe erf llen Realisieren Sle unter Verwendung der angegebenen Bauelemente und Grundschaltungen eine Schaltung die die angegebene Stromessfunkti on erf llt eintragen Werte und Gr en in eine vorgege bene Darstellungsform eintragen Tragen Sie die Messwerte in die Ta belle ein 98 KAPITEL 4 AUFGABENARTEN In Pr fungen sollten unterschiedliche Aufgabenarten zum Einsatz kommen da nicht jede Auf gabenart f r die Erfassung und Bewertung bestimmter Kompetenzen geeignet ist In diesem Kapitel werden die f r die Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik verwendbaren Aufgabenarten erl utert und dargestellt Im KAPITEL 4 1 AUFGABENARTEN BESCHREIBUNG werden die m glichen Aufgabenarten beschrieben Das KAPITEL 4 2 AUFGABENARTEN BEISPIELE enth lt Beispiele zu den in 4 1 beschriebenen Aufgabenarten Weitere Beispiele f r unter schiedliche Aufgabenarten finden sich in den Aufgabenbeispielen in KAPITEL 6 AUFGABEN BEISPIELE 4 1 Beschreibung 4 1 1 Aufgabenarten Verkn pfung von Ba
160. erhalte bewerten Kompetenzen 1 Funktionalit t von elektrotechnischen Schaltungen Ger ten oder Programmen bewer ten gt Bewerten Sie die Schaltung des S gezahn Rechteckgenerators hinsichtlich m glicher Schaltungserweiterungen 2 Alternativen zu einer Schaltung einem Ger t oder einem Programm diskutieren gt Bewerten Sie die in Abb 1 und Abb 2 angegebenen Schaltungen zur Temperatur ber wachung f r den Anschluss an den Mikrocontroller in Abb 4 gt Diskutieren Sie m gliche Funktionserweiterungen des in Abb 1 dargestellten Treppen spannungsgenerators gt Vergleichen Sie die beiden Schaltungen in Abb 1 und Abb 2 f r einen D mmerungs schalter 3 Technische Beschreibungen beurteilen gt Beurteilen Sie die Beschreibung der Messschaltung Sperrstr me von Dioden hinsicht lich Klarheit Verst ndlichkeit und Vollst ndigkeit 94 3 2 Kompetenzen und Inhalte Inhalte RB1 Determinanten der Technik e Natur e Gesellschaft e Mensch e Wissenschaft e Technisches Umfeld RB2 Elektrotechnische Funktionseinheiten Ger te Schaltungen und Programme in den Teilsystemen eines technischen Systems Teilsysteme Verarbeitungssysteme o Antriebssysteme o Energiesysteme o Informationssysteme RB3 Durch die Elektrotechnik beeinflusste Technisierungsprozesse in Industrie und Gesell schaft e Z B Elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen e Z B Automatisierungsprozesse der Haustechn
161. erpolungsschutz Abb 1 Ein und Ausgangsverhalten Zeichnen Sie die Schaltung 1123 Kapitel 4 Aufgabenarten Losungsteil L sungsm glichkeit 1 Stabilisierung mit L ngstransistor Verpolungsschutz mit Diode Uin C Uin L sungsm glichkeit 2 Stabilisierung mit L ngstransistor Verpolungsschutz mit MOSFET 5V OV L sungsm glichkeit 3 Stabilisierung mit Festspannungsregler Verpolungsschutz mit Br ckengleichrichter 124 KAPITEL 5 LEITFADEN AUFGABENGESTALTUNG 5 1 Der Prozess der Aufgabengestaltung 5 1 1 Umsetzung von Kompetenzen Inhalten Operatoren in Aufgaben Die Aufgabengestaltung setzt Kompetenzen Inhalte und Operatoren in Aufgaben der Abitur pr fung um siehe Abb 17 Die zu gestaltenden Pr fungsaufgaben beziehen sich auf die zu pr fenden Kompetenzen und die sie fundierenden Inhalte Die Pr fungsaufgaben werden mit den vorgegebenen Operatoren formuliert 5 1 2 Erf llung von Anforderungen Die Aufgabengestaltung hat die administrativen Vorgaben f r die Abiturpr fung ebenso zu be r cksichtigen wie die administrativen und curricularen Vorgaben Aspekte der Aufgabenkultur Komptenz beschreibung Arbeitsfeld Pr fungs Elektrotechnik qualit t Aufgaben vielfalt Aufgabengestaltung KOMPETENZEN INHALTE PA PA Teilaufgaben PA abstimmen A strukturieren formulieren pr fen OPERATOREN Abiturvorgaben Aufgabenarten Bildungspl ne Administrative u
162. erricht repr sentativ Eine Kompetenz wird nur einmal berpr ft Die Anforderungsbereiche Reproduktion 1 Anwendung Il und Transfer 111 werden vorgabengem durch die Teilaufgaben abgedeckt Die Bearbeitungszeit ist f r die Pr fungsaufgaben angemessen Der Umfang der zu nutzenden Materialien steht in einem angemessenen Verh ltnis zur Bearbeitungszeit und der zu pr fenden Kompetenzen Die Bearbeitungszeiten der Pr fungsaufgaben sollten in etwa gleich sein Entwicklung des Aufgabenteils der Teilaufgaben Jede Teilaufgabe besteht aus einem Aufgabenteil Sch lerteil und einem L sungs und Bewertungsteil Lehrerteil Die Teilaufgaben einer Pr fungsaufgabe beziehen sich auf einen komplexen und prob lemhaltigen technischen Kontext Ausgangssituation Je weniger anspruchsvoll eine Aufgabe ist desto k rzer sollte die Aufgabenstellung sein Aus der Aufgabenstellung sollen die Pr flinge klar erkennen was von ihnen erwartet wird Die Aufgabenstellung ist zu 10096 verst ndlich zu formulieren Die Anzahl der Teil Aufgaben je Pr fungsaufgabe ist hinreichend gro 5 10 Teilauf gaben pro Pr fungsaufgabe Jede Teilaufgabe ist unabh ngig von der Bearbeitung anderer Teilaufgaben bearbeit bar Die Bearbeitungszeit der Teilaufgaben ist angemessen Entwicklung des L sungs und Bewertungsteils Eine Aufgabe ist erst dann vollst ndig wenn klar gezeigt wird wie sie korrigiert wird Der L sungsteil erm glicht ei
163. erstandsgeraden in Diagrammen Bei der Arbeit mit Darstellungen ist zu beachten dass Einheiten angeben werden Ma st be und Skalierungen sinnvoll gew hlt werden relevante Informationen in Darstellungen markiert werden Das Arbeiten mit Darstellungen umfasst folgende T tigkeiten Ermitteln von relevanten Informationen aus Diagrammen interpretieren von Informationen aus Diagrammen Erstellen von Diagrammen Beschreiben von Zusammenh ngen mit Diagrammen 87 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Aufgabenbeispiel Aufgabe Steuerkennlinie des Transistors BC 548 Ein Transistor BC 548 wird wie in Abb 1 gezeigt mit einem Lastwiderstand von 220 Ohm eingesetzt Mit R3 kann der Steuerstrom lg des Transistors und somit der Arbeitspunkt des Wi derstands H eingestellt werden Abb 1 Transistorschaltung Abb 2 zeigt das Ausgangskennlinienfeld dieses Transistors K1 mit bereits eingezeichneter Ar beitsgeraden f r diesen Belastungsfall I mA COLLECTOR CURRENT COLLECTOR EMITTER VOLTAGE Abb 2 Ausgangskennlinienfeld des BC 548 Zeichnen Sie die Steuerkennlinie die Kollektorstromst rke in Abh ngigkeit von der Ba sisstromst rke 88 3 2 Kompetenzen und Inhalte L sungsaspekte Punkte lg Ic Wertepaare ablesen und tabellarisch angeben Dieser Aspekt kann auch erst sp ter durch die direkte Eintragung der Wer tepaar
164. f GND 293 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele M glichkeit 3 Software Funktion mit if Schleifen int zeit if schneller 0 Taster wird gedr ckt fallende Flanke for zeit 0 lt 1000 zeit Zeitschleife zum entprellen if schneller 0 erneute Tasterabfrage Best tigung Teilaufgabe 4 Frequenz des PWM Signals Bestimmen Sie die Frequenz des PWM Signals anhand der Einstellungen im C Programm Anhang 3 L sungsaspekte AFB Punkte Z hlbereich von Timer Register 2 wird angegeben 1 Der Reload Wert wird aus dem C Programm entnommen Z hldauer wird bestimmt 1 Z hlschritte bis zum berlauf werden errechnet 1 1 1 Frequenz wird berechnet Musterl sung Timer 2 Register 16 Bit z hlt von 0x0000 bis OxFFFF 0 bis 65535 Reload Wert OxFFOO 65280 in Programmzeilen 65 u 66 255 Z hlschritte bis Uberlauf Z hltakt von 1 MHz gt Z hldauer 255 us gt Frequenz 3920 Hz Teilaufgabe 5 Kontrolle des PWM Signals Beschreiben Sie Ihr Vorgehen zur berpr fung des PWM Signals L sungsaspekte AFB Punkte Auswahl des Oszilloskops als Messger t Angabe der Anschlusspunkte des Messger tes Einstellung von mindestens zwei Geschwindigkeiten Angabe von Einstellungen des Oszilloskops d Vergleich von eingestellter Gesc
165. festlegen 2 Fehleranalyse durchf hren 2 Ma nahmen zum zuk nftigen Vermeiden des gezeigten Fehlerbildes be 2 schreiben Summe 15 Musterl sung 1 Fehlerhypothese Fehlende Verbindung zum Transistor 2 Weitere Pr fschritte Sichtkontrolle e Kontrolle ob alle notwendigen Verbindungsleitungen zum Transistor gesteckt wurden e Kontrolle ob der Transistor gem der PIN Belegung im Datenblatt angeschlossen wurde Durchgangspr fung 3 Pr f Messmittel festlegen e Multimeter oder Durchgangspr fer 75 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 4 M gliche Pr f Messergebnisse beschreiben Durchgangspr fung zwischen MP5 und dem Kollektor von Q1 e Durchgangspr fung zwischen MP2 und dem Basisanschluss von Q1 Durchgangspr fung zwischen Masse und dem Emitteranschluss von Q1 e Bei der Durchgangspr fung wird jeweils OO erwartet 5 M gliche Ursachen e Fehlende Leitung e Falsch gesteckte Leitung e Defekte Leitung 6 Ma nahmen zur Behebung des Fehlers e Uberpriifte Leitungen verwenden und diese richtig stecken 7 Fehleranalyse durchf hren Wie ist es zu dem Fehler gekommen Nicht systematisches Vorgehen bei der Verdrahtung Leitung durch h ufige Benutzung defekt 8 Ma nahmen zum zuk nftigen Vermeiden des gezeigten Fehlerbildes beschreiben e Systematisches Verdrahten Beschriften des Steckboards Markieren von verbunden Steckpl tzen e Defekte Leitungen sofort entsorgen 7
166. ffen Bearbeitungszeit 12 Minuten Teilaufgabe 7 Mikrocontrollersteuerung als Alternative zur Kontaktsteuerung Kompetenzbereiche D Reflexion Gepr fte Kompetenzen D III 2 Alternativen zu einer Schaltung einem Ger t oder einem Programm diskutieren Niveau e Reflexion D Inhalte RB3 Durch die Elektrotechnik beeinflusste Technisierungs prozesse in Industrie und Gesellschaft Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 8 Zeitgesteuertes SchlieBen des Rolltors Umgang mit Fachwissen Elektrische Maschinen EM Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung e C Kommunikation e 1 Last und Steuerstromkreise f r elektrische Moto Gepr fte ren zeichnen Kompetenzen e BIO Fachmethoden in einem komplexen Kontext an Niveau wenden e CI 3 Einfache Datenbl tter auswerten e Fachwissen Elektrische Maschinen EM EMS Ansteuerung elektrischer Maschinen Methodenbeherrschung 2 Schaltungsentwurf e Kommunikation K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Materialgebundene Aufgabe Bearbeitungszeit 12 Minuten 1267 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 6 6 Aufgabenbeispiel 6 Brennofentemperaturregelung A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Regelkreisgr en Teilaufgabe 2 F hrungssprungantworten Teilaufgabe 3 Messschaltung f r
167. g und Regelung technischer Prozesse Das Messen zielt auf die Feststellung ob das Messobjekt die Funktionsanforderungen erf llt oder nicht erf llt z B in dem einfachen Fall Kabel hat Durchgang hat keinen Durchgang In der Regel wird jedoch durch Messungen die zu messende Gr e quantitativ erfasst Mess wert Das Messen ist eine geplante T tigkeit die in folgenden Schritten erfolgt Definieren der Messaufgabe Messproblem und der Messgr e Skizzieren einer Messschaltung mit Messger ten Festlegen des Messablaufs Durchf hren der Messung und Ermitteln des Messergebnisses ph u Iur Dokumentieren und Auswerten des Messergebnisses Im Fach Elektrotechnik wird von den Pr flingen erwartet dass sie in der Abiturpr fung Kennt nisse ber die Aufgaben der Messtechnik und folgende Messtechniken haben m Spannungspr fung Verwendung von zweipoligen Spannungspr fern o Durchgangspr fung O 2 Strom und Spannungsmessungen mit Analoginstrumenten Strom und Spannungsmessung mit Digitalinstrumenten Messen von elektrischen Misch und Wechselgr en mit dem Oszilloskop Aufnahme von Kennlinien und bertragungsfunktionen mit dem Oszilloskop 0 Leistungsmessung h Messung ohmscher Widerst nde spannungsrichtige und stromrichtige Messung 70 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 5 B5 Fehlersuche Beschreibung Unter Fehlersuche wird im Fach Elektrot
168. ge notwendige Informationen f r die Bearbeitung der Teilaufgaben Folgende Aspekte sind bei der Formulierung zu beachten e Zentrales Element einer Ausgangssituation ist in der Regel ein Technologieschema Das Technologieschema kann sich umfassend auf alle Teile eines technischen Systems beziehen Energieteil Informationsteil Bearbeitungsteil Optimierungsteil Situative Aufh nger ohne relevante Funktion f r die zu bearbeitenden Aufgaben gelten als Pseudo Situationen Sie verwirren oftmals die Pr flinge unn tig kosten Zeit und sind daher zu vermeiden e Inder Ausgangssituation sollten prim r die Informationen gegeben werden die f r alle folgenden Teilaufgaben relevant sind 143 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung 5 4 3 Die Ausgangssituationen sollten keine Informationsflut bieten So k nnen technische Details in den Informationsteilen der folgenden Teilaufgaben aufgabennah dargestellt werden Formulierung von Informationsteilen Der Informationsteil steht zu Beginn einer Teilaufgabe Folgende Aspekte sind bei seiner For mulierung zu beachten 5 4 4 Die angegebenen Informationen beziehen sich ausschlie lich auf die jeweilige Teilauf gabe Soll ein Informationsteil f r mehrere Teilaufgaben gelten ist dies deutlich zu kennzeich nen Der Informationsteil kann auch als Bearbeitungsteil genutzt werden Die Darstellung im Informationsteil m ssen dann Erg nzungen Eintragungen und Erweiterun
169. gen erm gli chen bzw unterst tzen Jede Abbildung und Tabelle im Informationsteil ist zu bezeichnen Formulierung von Auftragsteilen Im Auftragsteil der Aufgabe erhalten die Pr flinge eine pr zise und unmissverst ndliche An weisung was sie zu tun haben Die zu Pr fenden sollen formell erkennen was von ihnen er wartet wird Bei der Formulierung des Auftragsteils sind folgende Aspekte zu beachten 144 Der Auftragsteil ist optisch gegen ber den anderen Bestandteilen des Aufgabenteils hervorzuheben Ein Auftragsteil verwendet nur einen Operator Es sind f r die Arbeitsanweisungen die einschl gigen Operatorverben zu verwenden Der Arbeitsauftrag sollte auch als solcher formuliert sein daher sind imperativisch for mulierte Aufgaben statt Fragen zu verwenden Der Arbeitsauftrag sollte die Bestandteile des Informationsteils auf die er sich bezieht benennen und ausweisen 5 4 Teilaufgaben formulieren 5 4 5 Bearbeitungsteil erstellen Im Bearbeitungsteil werden Vorgaben f r die Darstellung der L sung gegeben Bei der Erstellung des Bearbeitungsteils sind folgende Aspekte zu beachten e Abbildungen und zeichnerische Darstellungen sind bezeichnet e Die Darstellungen im Bearbeitungsteil stimmen mit denen im Informations und Auf ragsteil berein fachliche Stimmigkeit Die Darstellung ist gut leserlich e Die Darstellung bietet gen gend Platz f r handschriftliche Eintragungen und Hand zeichnunge
170. gezeichnet II 1 Anregelzeit bestimmt II 4 Ausregelzeit bestimmt II 4 berschwingwert bestimmt T 4 Reglereinstellung 3 als geeignet herausgestellt II 1 Musterl sung Toleranzobergrenze 800 0 02 800 C 816 C Toleranzuntergrenze 800 0 02 800 C 784 C Regler Anregel Ausregel Uberschwingwert einstel zeit in min min absolut in lung 1 40 min 230 min 285 C 35 6 2 160 min 300 min 35 4 4 3 65 min 145 min 76 9 5 4 150 min 150 min 15 1 9 Tabelle 3 Auswertung der F hrungssprungantworten Die Reglereinstellung der F hrungssprungantwort 3 ist geeignet da bei dieser alle Anforde rungen erf llt werden 274 6 6 Aufgabenbeispiel 6 Brennofentemperaturregelung Teilaufgabe 3 Messschaltung f r die Sprungantwort des PID Reglers Zeichnen Sie f r die geforderte Messschaltung die Verbindungen in Abb 2 ein L sungsaspekte AFB Punkte Verbindung Ch1 zu MP1 eingezeichnet II 1 Verbindung Ch2 zu MP2 eingezeichnet II 1 Verbindung Ch3 zu MP3 eingezeichnet II 1 Verbindung Ch4 zu MP6 eingezeichnet II 1 Verbindung des Signalgenerators zu X1 eingezeichnet II 1 Verbindung der GND Anschl sse des Oszilloskops zum GND Anschluss des Reglers eingezeichnet Verbindung des GND Anschlusses des Signalgenerators zum GND Anschluss des Reglers eingezeichnet Musterl sung
171. gikbaustein 7400 Abb 4 ersetzt werden Zus tzlich ben tigte Standardbauelemente wie z B Widerst nde und Kondensatoren stehen zur Verf gung Hinweis Die Ausgangsspannung des TTL Logikbausteins 7400 betr gt bei High Signal 3 5V Entwickeln Sie eine Schaltung f r die geforderte nderung in Abb 4 1 R1 30k 4 9V 12V C vo T 1 d R2 Bal C2 CH R13 IS R6 10M 10 220n 4704 L1 CH x4 5 7 t MP1 6 2 RR LM393D X6 12 14 R4 R5 E 0 10k MP3 N 1 L N em x5 gt I MP2 2 LM393D SEN Bedienfeld 9 548 x9 MP6 Ro Lo I 100k eg 100 D G Abb 4 Schaltung mit Logikbaustein 7400 1187 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Losungsteil Teilaufgabe 1 Schaltungsschutz mit Dioden Zeichnen Sie die Dioden so in die Schaltung Abb 2 ein dass die geforderten Schutzfunktio nen erf llt werden L sungsaspekte AFB Punkte Freilaufdiode parallel zu K2 zeichnen II 1 Polung der Freilaufdiode richtig II 1 Diode Verpolungsschutz zeichnen II 1 Polung der Diode Verpolungsschutz richtig II 1 Musterl sung K1 R1 30k R17 9V 12V CH D vo R2 R3 af IR 1 IS R6 10M IN IS IK L1 X1 x4 5 R12 TS
172. gsvorgaben MSW 2006a Bildungsplane P dagogische Leitideen D sseldorf Ministerium f r Schule und Weiterbildung MSW MSW 2006b Bildungspl ne Didaktische Organisation der Bildungsg nge im Fachbereich Technik D sseldorf Ministerium f r Schule und Weiterbildung MSW 2006 Bildungspl ne Fachlehrplan Elektrotechnik D sseldorf Ministerium f r Schule und Weiterbildung MSW KMK 2006 Einheitliche Pr fungsanforderungen in der Abiturpr fung Technik Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 01 12 1989 in der Fassung vom 16 11 2006 Bonn KMK E Internetquellen J Leisen Aufgabenkultur www aufgabenkultur de www standardsicherung schulministerium nrw de abitur bk Verstandliches Schreiben Technische Fakult t Universitat Bielefeld www techfakt uni bielefeld de ilutkep 2005 session 14 pdf 324
173. gt Inzwischen haben fast alle Berufskollegs mit dem Profil bildenden Leistungskursfach Elektrotechnik Vorschl ge f r die zentrale Abitur pr fung vorgelegt Auf der Basis der von den Berufskollegs vorgelegten Pr fungsvorschl ge erstellt eine vom Ministerium eingesetzte Aufgabenkommission Elektrotechnik die landes zentralen Pr fungsvorschl ge sie trifft dabei aus den vorgelegten Pr fungsvorschl gen eine Auswahl oder modifiziert diese Im Februar 2011 wurde die Aufgabenkommission Elektrotechnik um die Arbeitsgruppe WAKE erweitert Auf der Basis der seit 2008 durchgef hrten Evaluationen und den Erfahrun gen aus der Praxis der Aufgabenkommission hat die Arbeitsgruppe die vorliegende Handrei chung erarbeitet Ziel der Handreichung ist die Unterst tzung der Fachkolleginnen und Fach kollegen bei der Entwicklung von Pr fungsaufgaben und der Vorbereitung der Sch lerinnen und Sch ler auf die Anforderungen der zentralen Abiturpr fung F r die Arbeitsgruppe und ihr Ergebnis war die fortlaufende Diskussion mit Fachkolleginnen und Fachkollegen wichtig Stellvertretend f r alle an der Diskussion Beteiligten wird an dieser Stelle den Kolleginnen und Kollegen die im Januar 2013 auf einer Fachtagung die Arbeit an der Handreichung durch ein konstruktives Feedback unterst tzt haben gedankt Dank gilt Reinhard Gla meier Berufskolleg Rheine und Steffen Rottig Berufskolleg Mies v d Rohe Aachen f r ihre wichtige Mitarbeit bis Juli
174. halte Im Folgenden werden die inhaltlichen Kenntnisse f r den Kompetenzbereich B Fachmetho den dargestellt Bis zur Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik sollen die Sch lerinnen und Sch ler Kenntnisse ber die acht angegebenen Fachmethoden erwerben B Fachmethoden B1 Schaltungsanalyse B2 Schaltungsentwurf B3 Dimensionieren 4 Messen B5 Fehlersuche B6 Programmentwurf B7 Programmanalyse B8 Arbeit mit Diagrammen Die Fachmethoden werden im Folgenden beschrieben 57 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 2 2 1 B1 Analysieren von Schaltungen Schaltungsanalyse Beschreibung Unter der Methode Analysieren von Schaltungen Schaltungsanalyse wird im Fach Elektro technik die systematische und nachvollziehbare Beschreibung der Funktionsstruktur einer Schaltung black boxing verstanden Das Ergebnis einer Schaltungsanalyse ist ein Block schaltbild das die verkoppelten Funktionsbl cke der Schaltung enth lt Folgende Regeln gelten f r das Erstellen der Blockschaltbilder Ein Block muss eine Funktion und nicht dessen Realisierung darstellen Ein Blockschaltbild muss sich stufenweise verfeinern lassen Die letzte Verfeinerungs stufe stellt die Ebene der Bauelemente dar e Die dargestellten Funktionsbl cke m ssen verkoppelt sein Ein Funktionsblock wird beschrieben durch die Eingangsgr en Eingangsobjekte die Ausgangsgr en und das bertragungsverhalten des Funktion
175. halte e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Programmierung der Mikrocontroller in der Pro grammiersprache C Aufgabenart en Materialgebundene Aufgabe Bearbeitungszeit 15 Minuten Teilaufgabe 5 Kontrolle des PWM Signals e B Methodenbeherrschung Kompetenzbereiche e C Kommunikation Gepr fte e BIO Teilschritte von Fachmethoden anwenden Kompetenzen e Cll 2 F r die Darstellung einfacher Sachverhalte eine Niveau Darstellungsform erstellen Methodenbeherrschung B B4 Messen Inhalte e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart en Experimentbezogene Aufgabe Bearbeitungszeit 15 Minuten 299 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 Anzeige der Fahrgeschwindigkeit Kompetenzbereiche A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte Kompetenzen A5 II 1 Die Funktion programmierter Mikrocontrollersys teme beschreiben Niveau e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Programmierung der Mikrocontroller in der Pro Inhalte grammiersprache C e Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 7 Einsatz der Optokoppler A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik Kompetenzbereiche AST
176. haltnetz f r den Funktionsblock Digitalschaltung 1 Im Schaltplan des Digitalkalenders im Anhang 2 befindet sich der Funktionsblock Digitalschal tung 1 Die folgende Abb 5 zeigt einen vereinfachten Schaltungsausschnitt Digitalschaltung 1 E1 2 _Monat mit 31 Tagen A1 E3 E4 Monat Zehner Stelle Monat Einse stelle 0 76 9 Z6 ACT CT 2 a E CTRDIV10 M2 DOWN 74190N V2 2261 t oes Abb 5 Vereinfachter Schaltungsausschnitt Digitalschaltung 1 Zu dem Funktionsblock Digitalschaltung 1 geh rt die Funktionstabelle die in Abb 6 gezeigt ist Eingangssignale sind PIN 3 2 6 7 des Monatsz hlers f r die Einer Stelle V3 und PIN 3 des Monatsz hlers f r die Zehnerstelle V2 Die Schaltung liefert nur dann eine 1 als Logikpe gel am Ausgang wenn ein Monat mit 31 Tagen vorliegt Zeichnen Sie das zugeh rige Schaltnetz f r den Funktionsblock Digitalschaltung 1 aus An hang 1 216 Funktionsstabelle Digitalschaltung 1 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender E5 E4 2 E1 A1 Monat Nr Monat mit V2 PIN 3 V3 PIN7 V3 PIN6 V3 PIN2 V3 PIN3 31 Tagen 0 0 0 0 0 0 0 Januar 1 0 0 0 1 1 Februar 2 0 0 0 1 0 0 M rz 3 0 0 0 1 1 1 April 4 0 0 1 0 0 0 Mai 5 0 0 1 0 1 1 Juni 6 0 0 1 1 0 0 Juli 7 0 0 1 1 1
177. hbare Vorgehensweise bei der Auslegung und Bestimmung der Bauelemente einer Schaltung verstanden Die Methode Dimensionieren wird angewendet bei der Bestimmung von Bauelementen einer Schaltung Ausgangspunkt des Dimensionierens ist eine Schaltung mit ihren Funktionsdaten und technischen Rahmenbedingungen Zu den Funktionsdaten geh ren z B bertragungs verhalten Ausgangsverhalten Eingangsverhalten Sicherheits und Schutzvorrichtungen Leis tungsdaten etc Zu den technischen Rahmenbedingungen geh ren die zur Verf gung ste henden Bauelemente und die zu erf llenden technischen Funktionen Die Dimensionierungsaufgabe besteht darin noch unbestimmte Bauelemente technisch hin sichtlich der Einhaltung der Funktionsanforderungen zu bestimmen F r die Bestimmung der Bauelemente ist eine Dimensionierungsvorschrift zu entwickeln die eine rechnerische Bestimmung oder Auslegung der Bauelemente erm glicht In Abb 1 sind die Schritte des Dimensionierens dargestellt Anforderungen bzw Schaltung Rahmen bedingungen Dimensionierungsauftrag Dimensionierungsvorschrift Wahl und Berechnung der Bauelemente Formulierung des Ergebnisses berpr fen der Dimensionierungsvorschrift Rahmenbedingungen Abb 1 Dimensionierungsschritte 67 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Aufgabenbeispiel Aufgabe Astabiler Multivibrator Rechteckgenerator Abb 1 zeigt die Schaltung eines Rechteckgenerators Der Rechteckgenera
178. he Prozesse und Schaltungen mit Ablaufpl nen beschreiben gt Beschreiben Sie die Funktionsweise des dargestellten Schmitt Triggers mit Hilfe eines Ablaufplanes 2 F r die Darstellung einfacher Sachverhalte eine Darstellungsform erstellen Erstellen Sie f r die Dokumentation der Messwerte der Messschaltung Abb 1 eine Messwerttabelle 90 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 Einfache Wirkzusammenh nge mit Kausaldiagrammen darstellen gt Beschreiben Sie den Zusammenhang der Gr en l Uce lg und Ur der Span nungsstabilisierungsschaltung mit einem Kausaldiagramm 4 Aussagen von technischen Darstellungen beschrieben gt Beschreiben Sie den in dem Technologieschema dargestellten Zusammenhang zwi schen der Anzahl der zugef hrten Werkst cke und der Drehzahl des Motors 5 Alltagskommunikation ber Technik fachsprachlich bewerten gt Bewerten Sie die Aussagen des vorliegenden Pressetextes ber die Leistungsf higkeit einer Generatoranlage unter fachsprachlichen Gesichtspunkten 6 Umfangreiche industrielle Datenbl tter auswerten C Anforderungsbereich Ill Technische Darstellungsformen selbstst ndig ausw hlen und anwenden Kompetenzen 1 Technische Dokumentationen f r Ger te und Schaltungen erstellen gt Erstellen Sie f r den beschriebenen digitalen Kalender eine Betriebsanleitung gt Beschreiben Sie die Funktionen der Tasten S1 bis S6 des voreinstellbaren Z hlers der Digitalschaltung
179. he e A3 Umgang mit Fachwissen Elektrische Maschinen Gepr fte Kompetenzen 1 Kenngr en berechnen Niveau anne e Fachwissen Elektrische Maschinen EM EM2 Betriebsverhalten Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 2 Schaltplan des Laststromkreises Kompetenzbereiche A3 Umgang mit Fachwissen Elektrische Maschinen Gepr fte Kompetenzen 1 Last und Steuerstromkreise f r elektrische Moto ren zeichnen Niveau Rai Fachwissen Elektrische Maschinen EM EMS Ansteuerung elektrischer Maschinen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 8 Minuten Teilaufgabe 3 Rolltorauswahl Umgang mit Fachwissen Elektrische Maschinen Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung e III 3 Auswahl von Maschinen auf der Basis von Daten Gepr fte blattangaben begr nden Kompetenzen 2 Den Einsatz von Bauelementen Schaltungen und Niveau Maschinen auf der Basis ihrer Beschreibung durch Dia gramme Kennlinien bewerten e Fachwissen Elektrische Maschinen EM 2 Betriebsverhalten Methodenbeherrschung B8 Arbeiten mit Diagrammen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten 265 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 4 Impuls Zeit D
180. hnik MCT1 Hardware des Mikrocontrollers Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 3 Peripherie am Mikrocontroller A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Kompetenzbereiche e C Kommunikation e A51 2 Ben tigte Anschlusspins des Mikrocontrollers f r externe Beschaltungen mithilfe des Datenblatts ermitteln Gepr fte Kompetenzen A5 II 4 Schaltungen von ausgew hlten externen Peri pherieeinheiten an den Mikrocontroller skizzieren Niveau e CI 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen darstellen e Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT MCT2 Einfache Grundschaltungen mit Mikrocontroller Inhalte e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik K3 Grundbegriffe des technischen Englischs 318 Aufgabenart en 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Materialgebundene Aufgabe Bearbeitungszeit 12 Minuten Teilaufgabe 4 Korrektur von Fehlern im C Programm Kompetenzbereiche A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Gepr fte Kompetenzen A5 4 Syntaxfehler C Programmen ermitteln A5 1 Die Bestandteile des vorgegebenen 8051 Mikro Niveau controllersystems beschreiben e Fachwissen Mikrocontrollertechnik Inhalte MCT3 Programmierung der Mikrocontroller in der Pro grammiersp
181. hnische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 8 Minuten 320 Anhang A Pr fungsdidaktik R Dubs 2008 Qualit tsvolle Aufgaben als Voraussetzung f r sinnvolles Benchmarking in J Thonhauser Hg 2008 Aufgabe als Katalysatoren von Lernprozessen Waxmann M nster S M K hn 2010 Steuerung und Innovation durch Abschlusspr fungen VS Verlag Wies baden S M K hn I Ackeren 2011 Einheitliche Pr fungsanforderungen in der Abiturpr fung Schulverwaltung NRW 1 2011 A Lederer 2008 Pr fungen kritisch gepr ft Klinkhardt Bad Heilbrunn C Metzger C N esch C 2004 Fair pr fen St Gallen Institut f r Wirtschaftsp dagogik G Minnameier S Berg Sarah 2010 Kompetenzmodellierung und kompetenzorientierte Pr fungen Zur Frage der Substanz und der Komponenten von Kompetenz In M nk Dieter Schelten Andreas Hg Kompetenzermittlung f r die Berufsbildung Verfahren Probleme und Perspektiven im nationalen europ ischen und internationalen Raum 1 Aufl Bielefeld Ber telsmann Berichte zur beruflichen Bildung 8 S 173 185 M nk Dieter Schelten Andreas Hg 2010 Kompetenzermittlung f r die Berufsbildung Ver fahren Probleme und Perspektiven im nationalen europ ischen und internationalen Raum 1 Aufl Bielefeld Bertelsmann Berichte zur beruflichen Bildung 8 G Neuweg 2006 Das K nnen pr fen GdWZ 12 5 W Sacher 2010 Leistungen entw
182. hr an auch wenn der Schl ssel mit der richtigen Widerstandskombination eingesetzt wird Somit liegt eine Fehlfunk tion vor Der Schl ssel wurde durchgemessen und ist in Ordnung Eine erste Messung an der Schaltung mit eingestecktem Schl ssel ergab an der Klemme X2 eine Spannung von statt der zur Freischaltung ben tigten 2 5V Beschreiben Sie zwei m gliche Fehlerursachen Teilaufgabe 5 Bauelemente messtechnisch berpr fen Bei der anschlie enden Inbetriebnahme soll die Funktionsf higkeit der beiden Operations verst rker IC1A und IC1B durch Messung der Ausgangssignale der Operationsverstarker in der Schaltung nachgewiesen werden ohne diese auszul ten An Stelle verschiedener Schl s sel steht eine einstellbare Gleichspannungsquelle zur Verf gung Zeichnen Sie die Verbindungen zu den ben tigten Messger ten P1 und P2 und der einstellba ren Gleichspannungsquelle G1 in Abb 3 ein 1185 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele AQ AO O 00 Mi adi 6x Drog LO exe i AN assew gt CA a AQ gt gt 8x 3L ii dozy 0022 toT zo S fe BR EA AZ LE AG 6067 9 LA Abb 3 Messschaltung 186 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Teilaufgabe 6 Schaltungs nderung Der Schaltungsteil in Abb 2 bestehend aus R3 R7 R11 R12 und R15 bildet eine UND Verkn pfung und soll durch den TTL Lo
183. hwindigkeit mit Messwert 294 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Musterl sung Vorgehensweise zur Kontrolle des ausgegebenen PWM Signals 1 Anschlie en eines Oszilloskops an den PWM Ausgang Port Pin 1 1 und OV 2 Einstellen des Oszilloskops Amplitude von 5V Zeitintervall von ca 300us 3 Starten des Programms 4 Messen des PWM Signals f r Stillstand dauerhaft U OV und Pr fen des Registerinhalts CC1 0x0000 5 Schrittweises Ver ndern der Fahrgeschwindigkeit ber den Taster Schneller Messen des PWM Signals Vergleich mit dem Registerinhalt CC1 Teilaufgabe 6 Anzeige der Fahrgeschwindigkeit Geben Sie in den Programmzeilen 177 bis 181 des C Programms in Anhang 3 die entspre chenden Zahlenwerte Wert 1 bis Wert 5 f r die Abfragen des CCL1 Registers hexadezimal an L sungsaspekte AFB Punkte Z hlbereich des Registers CCL1 wird bestimmt 1 Untere Grenze des Z hlbereichs wird ber cksichtigt 1 Abfragewerte werden bestimmt dezimal hexadezimal jeweils 1Pkt 5 Musterl sung Z hlbereich 0 255 untere Grenze Vorgabe Wert5 16 Werte in den entsprechenden Programmzeilen Zeile 177 Wert1 OxDO Zeile 178 Wert2 0 0 Zeile 179 Wert3 0x70 112gez Zeile 180 Wert4 0x40 Zeile 181 Wert5 0 10 1295 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 7 Einsatz der Optokoppler Begr nden Sie d
184. iagramm der beiden Z hlerV4 und V7 dargestellt V4 CTRDIVIO sl T M2 DOWN M3 UP Mb 1 2 1 3 4 G4 2 gt 0 26 OAD TI n4 cs 3 CT 9 Z6 6 1 4 CTRDIVIO G1 2 DOWN M3 UP emne Clock CLOCK 2 CT 0 26 OAD 3 CT 9 Z6 74190N Abb 3 Schaltungsausschnitt Z hler f r die Tage Der Z hler V4 z hlt die Zehnerstelle und Z hler V7 die Einerstelle Beide Z hler erhalten in dem Fall der im Signal Zeit Diagramm in Abb 4 dargestellt ist einen Reset Load 0 nach dem 31 Tag Nach dem Reset beginnt der Z hler V7 wieder bei 1 zu z hlen da der n chste Monat mit dem 1 beginnt Am Anfang des Diagrammes zeigen und von V4 die Zehnerstelle 2 und bis von V7 die Einerstelle 0 Z hlwert 20 Es folgen die Z hlwerte 21 und 22 die noch vollst ndig eingezeichnet sind Im Anhang 3 ist ein Ausschnitt aus dem Datenblatt des IC 74190 gegeben der zeigt wie sich RCO bertrag in Abh ngigkeit vom Z hlwert und dem Takt Clock signal verh lt Zeichnen Sie die Signalverl ufe von und CLOCK des Z hlers V4 und RCO bertrag von V7 in das untenstehende Signal Zeit Diagramm Abb 4 214 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender 6 v 0 6c 8c LC 9c Sc vc EC CC Ic 07 er H MIYLZ SE SF Km Se SR Abb 4 Signal Zeit Diagramm V4 V7 215 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Sc
185. iagramme des Steuerstromkreises Kompetenzbereiche e C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen e CII 1 Technische Prozesse und Schaltungen mit Ablauf pl nen beschreiben Niveau e Kommunikation C Inhalte K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 8 Minuten Teilaufgabe 5 Steuerstromkreis als Digitalschaltung e A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung e A2 Ill 1 Anwendungsbezogen eine digitaltechnische Steu Gepr fte erung unter Verwendung von Schaltnetzen und Schaltwer Kompetenzen ken entwickeln Niveau e 1 Fachmethoden in einem komplexen Kontext an wenden e Fachwissen Digitaltechnik DT DT2 Grundbausteine e Fachwissen Digitaltechnik DT Inhalte DT3 Darstellungsformen Methodenbeherrschung B B2 Schaltungsentwurf Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug ohne L Aufgabenart sungsweg Bearbeitungszeit 18 Minuten Teilaufgabe 6 St rung in der Rolltorsteuerung Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden Niveau Methodenbeherrschung B Inhalte B5 Fehlersuche 266 Experimentbezogene Aufgabe mit Anwendungsbezug Aufgabenart 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung ergebniso
186. ickeln berpr fen und beurteilen Klinkhardt Bad Heil bronn W Sacher E J rgens 1997 Leistungserziehung und Leistungsmessung Luchterhand Neuwied R Sell R Schirmweg 2002 Probleme l sen Springer Berlin 321 Anhang Literatur Chr Storck Elmar Wortmann 2006 Kompetenzf rdernder P dagogikunterricht Schneider Hochgehren L Reetz 2008 Das Pr ferhandbuch ver di Hamburg W Reisse 2008 Kompetenzorientierte Aufgabenentwicklung Aulis K ln E Klieme D Leutner 2006 Kompetenzmodelle zur Erfassung individueller Lernergebnisse In Zeitschrift f r P dagogik 52 6 S 876 903 W Specht u H H Freudenthaler 2008 Die Beurteilung der Qualit t von Beispielaufgaben durch Lehrkr fte und ihre Bedeutung f r die Akzeptanz von Bildungsstandards in J Thon hauser 2008 Aufgaben als Katalysatoren von Lernprozesse Waxmann M nster T Tinnefeld 2002 Pr fungsdidaktik Shaker Aachen Walzik S 2012 Kompetenzorientiert pr fen Vieweg Braunschweig B Technik allgemein G Banse A Grunwald W K nig G Ropohl Hg 2006 Erkennen und Gestalten edition sigma Berlin G Graube 2009 Technik und Kommunikation Cuvillier G ttingen J M ller 1990 Arbeitsmethoden der Technikwissenschaften Springer New York 322 Anhang Literatur C Elektrotechnik E B hmer D Ehrhardt W Oberschelp 2010 Elemente der angewandten Elektronik Vie weg Teubner
187. id 041 042 P5 0xFF Port P5 auf Lesen schalten 043 0 08 CC1 Register auf 10 setzen Ergibt Compare CC1 044 1285 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 045 Nun folgen die einzelnen Bits im T2CON Register 046 210 0 Modus 01 bedeutet Timer 2 ein und 047 211 0 Taktsignal Oszillatortakt 048 T2CM 0 Modus 0 High an P1 1 bei Gleichstand 049 CC1 und Timer 2 Low kommt wieder bei Timer 2 Uberlauf 050 2 0 0 Timer 2 im Auto Reload Modus 0 051 T2R1 1 052 I2FR 0 Flanke f r Interrupt INT3 053 0 ozw 2 ist hier unwichtig 054 T2PS 0 1 MHz Takt f r Timer 2 kein Prescaler 055 056 CCH1 0xFF Steuerung nur durch Low Byte von CC1 057 058 P4 0x00 Alle LEDs ausschalten 059 060 TH2 0xFF Timer 2 in Startposition 061 TL2 0x00 Startwert OxFFOO 062 DIR 0 Richtungstbergabe an TL5205 Rechts 063 CCL120x00 und Stillstand beim Einschalten 064 LEDre 1 Rechts LED ein 065 CRCH O0xFF Timer 2 Reloadwert ist OxFFOO 066 CRCL 0x00 067 T210 1 Timer 2 starten 068 069 while 1 070 071 while DIR 0 Rechtslauf 072 073 while schneller 0 amp amp CCL1 lt OxFF schneller fahren 074 075 CCL1 4 076 zeit_ms 10 077 vLEDs LED Fahrspannungs Anzeige 078 079 080 while langsamer 0 amp amp CCL1 gt 0x00 langsamer fahren 081 082 CCL1 083 zeit_ms 7 084 vLEDs LED Fahr
188. iden sich von den idealen Kennwerten In Tabelle 1 sind beispielhaft f r das Kenndatum Gleichtaktunterdr ckung CMRR der ideale und der reale Wert angegeben Auftragsteil Benennen Sie in Tabelle 1 f r f nf Kenndaten des OPV 741 die idealen und realen Werte Bearbeitungsteil JR Gleichtaktunterdr ckung Common Mode Rejection Ration CMRR 90dB EL EL EL Tabelle 1 Ideale und reale Kenndaten des OPV 741 158 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 14 Funktionserweiterung des S gezahn Rechteck Generators Informationsteil Bei der in Abb 1 dargestellten Schaltung des S gezahn Rechteck Generators handelt es sich um eine Prinzipschaltung F r den Einsatz als Spannungsquelle bei Experimenten muss die Prinzipschaltung um Funktionen und Leistungsdaten erweitert werden Auftragsteil Beschreiben Sie f nf m gliche Funktions und Leistungserweiterungen des Funktions generators aus Abb 1 im Hinblick auf den Einsatz als Spannungsquelle bei Experimenten Teilaufgabe 15 Generatoren in der Elektrotechnik Informationsteil Die Schaltung in Abb 1 erzeugt eine S gezahn und eine Rechteckspannung In der Elektro technik gibt es weitere Systeme die eine Spannung erzeugen generieren Auftragsteil Benennen Sie drei Schaltungen und Ger te die in der Elektrotechnik die Funktion eines Ge nerators erf llen 1159
189. ie PINs 14 und T 2 an V2 beide 1 sind Musterl sung Monatsende Reset o 74153 GND 232 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 5 Taktsignal mit NE555 Dimensionieren Sie die Widerst nde R1 R2 und den Kondensator C1 L sungsaspekte AFB Punkte Festlegung des Kondensators 1 Festlegung Verh ltnis fein faus 1 Formel und Umformung 10 Normreihengerechte Auswahl Musterl sung 1 Festlegung C 10uF 2 Das Verh ltnis von tein zu taus Kann nicht 1 1 sein da R1 sonst 00 h tte Daher wird das Verh ltnis auf 2 1 festgelegt T tein taus T 2 taus taus T 3 taus T taus 3 T Rz C 0 693 27 3 C 0 693 15 RQ 1 3 10uF 0 693 R 48 10 12 512 47 233 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 7 Segment Ansteuerung mit FET Zeichnen Sie die Schaltung des FET in Abb 13 ein L sungsaspekte Punkte Segmente b und an Vcc angeschlossen Segment g an GND angeschlossen Restliche Segmente an Drain vom FET angeschlossen Source vom FET an Vcc angeschlossen Gate an PIN3 von V2 angeschlossen Musterl sung vec gt 2 0 26 3 CT 9 Z6 a1 ET BS250 E vec 74190N
190. ig ist also kleiner als 12V Eine gr ne LED signali siert den normalen Ladebetrieb mit einer Ladespannung UB zwischen 12 V und 14V Eine gel be LED soll dann leuchten wenn die Ladespannung UB gr er als 14 Volt ist Abb 2 Kfz Batterie Entwerfen Sie eine Schaltung zur berwachung der Batteriespannung sodass die Ladezu st nde durch die drei LEDs gr n rot und gelb signalisiert werden 64 3 2 Kompetenzen und Inhalte L sungsaspekte Punkte Funktionsblock der Schaltung Eing nge Funktion der Schaltung Ausg n ge Teilfunktionsbl cke Eingang Vergleiche Logische Verkn pfung der Kom 4 paratorausg nge Ansteuerung f r LED Eingangsbeschaltung Referenzspannung mit Z Diode 1 Widerstandbeschaltung f r die Eing nge der Komparatoren 1 Schaltung der Komparatoren 1 Realisierung der Funktionsbl cke Summe 9 Musterl sung LED rot lt 12 rot LED gr n 12V 14V gr n gt 14V LED gelb LED rot LED Treiber LED gr n LED gelb 65 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Ubat LED Treiber 3 S A z0 L T3 5 amp z 5 5 m k T4 4 204 20 LED_GELB 66 E1 E2 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 3 B3 Dimensionieren Beschreibung Unter der Methode Dimensionieren wird im Fach Elektrotechnik die systematische und nach vollzie
191. ik RB4 Handlungsphasen technischen Denkens und Handelns e Planung e Entwicklung e Konstruktion e Inbetriebnahme e Wartung e Distribution e Entsorgung 95 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 3 Operatoren Operator AFB Definition Beispiele analysieren Siehe Fachmethoden Schaltungs Siehe Fachmethoden Schaltungs analyse oder Programmanalyse analyse oder Programmanalyse auswerten Datenblattinformation technische Werten Sie die Datenbl tter und die Informationen Messergebnisse gegebenen Messwerte hinsichtlich Einzelergebnisse in einen Zusam Dimensionierung der Schaltung in menhang stellen und gegebenen Abb 1 aus falls zu einer Gesamtaussage zu sammenf hren begr nden Sachverhalte auf Regeln und Ge Begr nden Sie warum bei dieser setzm igkeiten zur ckf hren Schaltung eine Mikrocontroller schaltung nicht sinnvoll eingesetzt werden kann berechnen 1 1 Ergebnisse von einem Ansatz aus Berechnen Sie die Verst rkung der gehend durch Rechenoperationen gewinnen Operationsverst rkerschaltung beschreiben Sachverhalte oder Zusammenh n ge strukturiert und fachsprachlich mit eigenen Worten verst ndlich wiedergeben Beschreiben Sie die Auswirkungen des Fehlers einer Leiterunterbre chung zwischen dem Emitter des Transistors und Masse beurteilen Zu einem Sachverhalt ein selbst Beurteilen Sie ob das ei
192. illoskop e Messungen wiederholen bei gleichem Lastwiderstand und ver ndertem Kondensator 119 Kapitel 4 Aufgabenarten Beispiel 7 Aufgabe mit offenem L sungsweg l sungswegoffen A Aufgabenteil Aufgabe Spannungsstabilisierung Abb 1 zeigt das Schaltbild einer Spannungsstabilisierung Am Eingang liegt eine ungeregelte Gleichspannung U Am Ausgang kann eine Ausgangsspannung U abgegriffen werden die weitgehend unabh ngig von Ver nderungen des Lastwiderstandes R ist Die Ausgangs spannung U kann durch das Potentiometer R eingestellt werden Abb 1 Schaltung zur Spannungsstabilisierung Weisen Sie nach dass die Ausgangsspannung U in der Spannungsstabilisierungsschaltung Abb 1 gegen ber Ver nderungen am Lastwiderstand R konstant ist 120 4 2 Beispiele Losungsteil Drei m gliche Musterl sungen a Mathematische Beschreibung U R27 da OV I Ira da le op 0A ga ee mit Gleichung I folgt R3 R3 per en R3 IV EL mit Gleichung I folgt R4 lg PS R4 Gleichung Ill und IV in Gleichung Il eingesetzt ergibt Ua Uno Une 2s Us Un 1 28 Ra Ry Das bedeutet 0 f Up gt R3 R4 f Ue Die Ausgangsspannung ist nur abh ngig von Ups und den Widerst nden und Ry 1121 Kapitel 4 Aufgabenarten b Beschreibung der Spannungsregelung mit zwei Kausaldiagrammen Der Lastwiderstand wird kleiner R gt Ul gt ul Ub
193. ise die Verteilung der An forderungsbereiche entsprechend den Vorgaben f r die Abiturpr fung siehe Abb 19 5 1 5 Teilprozesse der Aufgabengestaltung Die Aufgabengestaltung besteht aus vier Teilprozessen siehe Abb 17 Pr fungsaufgaben abstimmen Der erste Prozessschritt der Aufgabengestaltung be steht darin dass die drei Aufgaben einer Abiturpr fung inhaltlich abgestimmt werden Mit der Abstimmung soll erreicht werden dass die Aufgabenstichprobe der Pr fung die m glichen Pr fungsanforderungen des Faches Elektrotechnik repr sentiert 1127 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung Pr fungsaufgaben strukturieren Ein klarer Aufbau und eine logische Struktur der Pr fungsaufgaben erleichtern deren Bearbeitung Deshalb sind Pr fungsaufgaben ein deutig zu strukturieren Der zweite Prozessschritt bezieht sich auf den Aufbau und die Struktur der Pr fungsaufgaben Teilaufgaben formulieren Nach der Abstimmung und Strukturierung der Pr fungsauf gaben k nnen die Teilaufgaben formuliert werden Hierf r k nnen Regeln aufgestellt werden Pr fungsaufgaben pr fen Der Prozess der Aufgabengestaltung schlie t ab mit der Pr fung der Pr fungsaufgaben anhand von Checklisten 5 2 Pr fungsaufgaben abstimmen 5 2 1 Repr sentation des Faches durch Pr fungsaufgaben Ziel der Abstimmung der Aufgaben ist eine konsistente Aufgabenstichprobe die die m glichen Pr fungsaufgaben im Fach Elektrotechnik repr sentativ abbil
194. it Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 6 7 Segment Ansteuerung mit FET Kompetenzbereiche e A1 Umgang mit Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST Gepr fte Kompetenzen e A1 II 4 Schaltungen unter Verwendung von Grundbau elementen und Grundschaltungen funktions und anwen Niveau dungsorientiert skizzieren e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente Inhalte e Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST2 Grundschaltungen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 10 Minuten 240 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender Teilaufgabe 7 Kalender mit Mikrocontroller Kompetenzbereiche e D Reflexion Geprifte Kompetenzen e DIII 2 Alternativen zu einer Schaltung einem Ger t oder Programm diskutieren Niveau e Reflexion D Inhalte RB1 Determinanten der Technik Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 8 RS FlipFlop als Speicher f r die Monats Zehnerstelle Kompetenzbereiche e A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte Kompetenzen A2 ll 4 Schaltnetze oder Schaltwerke mit Grundbaustei nen erstellen Niveau e Fachwissen Digitaltechnik DT Inhalte DT3 Darstellungsformen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbe
195. itweises Komplement lt lt bitweiser Links Shift X X 4 bitweiser Rechts Shift x 0 0 gt gt 4 amp bitweises UND x a amp OxOF bitweises EXKLUSIV ODER x a OxOF bitweises ODER x 0x0F Vergleiche Operand Bedeutung Anweisung in C lt kleiner a lt b gt gr er a gt b lt kleiner gleich a lt b gt gr er gleich a gt b gleich a 0x03 ungleich a 0x07 54 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 2 Kompetenzbereich B Methodenbeherrschung Kompetenzen Methoden der Elektrotechnik nutzen Anforderungsbereich Methoden der Elektrotechnik beschreiben und in einfachen Situationen nutzen Kompetenzen 1 Fachmethoden der Elektrotechnik beschreiben gt Beschreiben Sie die Fachmethode Schaltungsanalyse 2 Teilschritte der Fachmethoden in einfachen Ausgangssituationen ausf hren gt Ordnen Sie in der Tabelle 1 die Komponenten des Schaltplans den angegebenen Blocksymbolen zu Beschreiben Sie den C Code f r den im Teilmodul realisierten Pl Regler durch zeilen weise Kommentare Bestimmen Sie aufgrund der angegebenen Ergebnisse der Anwendung der Dimensio nierungsvorschrift die Widerst nde R9 und R13 aus der Normreihe E12 Nennen Sie f nf verschiedene Fehlerhypothesen als Beginn der vorzunehmenden Feh lersuche Zeichnen Sie die Verbindungen f r das Multimeter so ein dass die Spannung UO ge messen werden k
196. ktivit t e Durchf hrungsobjektivit t liegt vor wenn das Pr fverfahren klar reglementiert und ver einheitlicht ist Mit den Ma nahmen zur Durchf hrung der Pr fung soll sichergestellt werden dass alle Pr flinge den gleichen Anforderungen unter gleichen Bedingungen unterliegen e Auswertungsobjektivitat liegt vor wenn alle korrigierenden Pr fer nach demselben Schema die Leistungen der Pr flinge auswerten und zu dem gleichen Ergebnis kom men e Interpretationsobjektivit t liegt vor wenn alle korrigierenden Pr fer die Bewertungs vorgaben in gleicher Weise anwenden und verschiedene Pr fer aus gezeigten Pr fungsergebnissen die gleichen Schl sse ziehen Bei der Durchf hrung der zentralen Abschlusspr fungen im Fach Elektrotechnik ist aufgrund des vorgegebenen Verfahrens ein hohes Ma an Objektivit t gegeben Bei der Entwicklung von Pr fungsaufgaben steht die Auswertungsobjektivit t im Mittelpunkt Die Auswertungsobjektivit t ist optimal im Falle geschlossener Aufgaben die dem Pr fling ei ne bestimmte Anzahl von w hlbaren Alternativen anbieten Bei offenen oder halboffenen Auf gaben kann die Auswertungsobjektivitat durch Angabe detaillierter L sungen bzw L sungser wartungen und durch Angabe klarer Auswertungsregeln gew hrleistet werden Ma nahmen zur Sicherung der Objektivit t bei zentral gestellten Aufgaben Pr zise L sungserwartungen Musterl sungen angeben Bewertungsaspekte kleinschrittig und p
197. l Ansteuerung und Verhalten elektrischer Maschinen in Anwendungskontexten analysieren Kompetenzen 1 Funktionen von Schaltungen zur Ansteuerung von Motoren mit Hilfe von Impuls Zeit diagrammen beschreiben gt Erstellen Sie zu den Impulsdiagrammen in Abb 4 die Verl ufe f r Q2 und Q3 passend zu den Signalverl ufen von SO S4 und B1 B2 2 Elektrische Maschinen vergleichend bewerten Bewerten Sie die drei angegebenen Motoren hinsichtlich der beschriebenen Antriebs aufgabe 3 Auswahl von elektrischen Maschinen auf der Basis von Datenblattangaben begr nden gt Sie anhand der Kenndaten aus dem Datenblatt welcher Motor das Tor an treiben kann 4 Antriebssysteme mit Kennliniendarstellungen beschreiben Erstellen Sie die Hochlaufkennlinie des Motors Inhalte EM1 Maschinen Einphasen Transformator bersetzungsverh ltnis Wirkungsgrad e Schrittmotor e Drehstrom Asynchron Motor mit Kurzschlussl ufer e Gleichstrommotor als Energiewandler EM2 Betriebsverhalten e Hochlauf Belastungskennlinien e Kenngr en von Motoren Bemessungsstrom Bemessungsdrehzahl Bemessungsleis tung Bemessungsdrehmoment Wirkungsgrad Leistungsfaktor Nennspannung Nenn frequenz Anlaufstrom Anlaufmoment mechanische Leistung e Nutzung von Herstellerunterlagen deutsch englisch Unter Angabe von Typenschildern 44 3 2 Kompetenzen und Inhalte EM3 Ansteuerung elektrischer
198. ls beachtet werden a b 9 Sinnvolle Reihenfolge der Informationen Fachlich richtige und logisch aufgebaute Texte Sichtbare Trennung von Teilaufgaben Abstand Thema Fettdruck Weniger anspruchsvolle Aufgaben zu Beginn einer Pr fungsaufgabe Klare Trennung zwischen Informationsteil und Auftragsteil Merkmal K rze und Pr gnanz Dieses Merkmal bezieht sich auf eine angemessene L nge des Aufgabentextes zum Informa tionsziels Bei guten Aufgabenformulierungen kann nichts mehr weggelassen werden Aller 142 5 4 Teilaufgaben formulieren dings muss dabei beachtet werden dass eine gewisse Redundanz zum Verst ndnis einer Aufgabe notwendig ist Folgende Regeln sollten bei der Umsetzung des Verst ndnismerkmals K rze und Pr gnanz beachtet werden a Weitschweifige Formulierungen vermeiden b F llw rter weglassen Rein aber nun jetzt an sich quasi usw c Pronomen vermeiden Substantive und Bezeichnungen ruhig wiederholen Nachdem die Merkmale der Verst ndlichkeit beschrieben und erl utert wurden werden im Folgenden f r die Formulierung der Aufgabenteile spezielle Hinweise gegeben F r alle Auf gabenteile gelten nat rlich die vier Merkmale f r die Verst ndlichkeit von Pr fungsaufgaben 5 4 2 Formulierung von Ausgangssituationen Die Ausgangssituation steht zu Beginn einer Pr fungsaufgabe Mit ihr wird in die Aufga benthematik eingef hrt Gleichzeitig erhalten die Pr flin
199. m Store Enable Active low read strobe to external program memory Address Latch Enable Latches the low byte ofthe address during accesses to external memory It is activated every six oscillator periods During an external data memory access one ALE pulse is skipped ALE can drive up to eight LS TTL inputs and handles CMOS inputs without an external pull up External Access When EA is held at TTL level high the CPU executes out of the internal program ROM provided the program counter is less than 8192 When EA is held at TTL bw level the CPU executes out of external program memory EA is not allowed to float Analog to Digital Conversion Reference Resistor Low end Analog to Digital Conversion Reference Resistor High end Analog Ground Analog Power Supply NOTE 1 To avoid latch up effect at power on the voltage on any pin at any time must not be higher or lower than Von 0 5 V or Vss 0 5 V respectively 310 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Losungsteil Teilaufgabe 1 Funktionsbeschreibung der Brennofenanlage Stellen Sie die fehlenden Schritte im Programmablaufplan in Anhang 1 dar L sungsaspekte AFB Punkte Dokumentiert den Funktionsaufruf zum Auffahren der T r im PAP l 1 Dokumentiert das Einschalten der LED 1 Dokumentiert die Abfrage von S4 Heizen im 1 Dokumentiert die Abfrage des Sensors B2 T r auf im PAP 1 Mus
200. mperaturregelung Ordnen Sie die technologischen Gr en bzw Betriebsmittel des Technologieschemas den normierten Regelkreisgr en in der Tabelle 1 zu L sungsaspekte AFB Punkte Zuordnung des Sollwerteinstellers Temperatur S4 zum F hrungs gr engeber Zuordnung des Drehstromstellers zur Stelleinrichtung II 1 Zuordnung von Heizung und Raum zur Regelstrecke II 1 Zuordnung des Temperatursensors und des Spannungsumsetzers B1 zur Messeinrichtung Zuordnung der Brenntemperatur zur Regelgr e II 1 Zuordnung der Abluft zur St rgr e Musterl sung Normierte Regelkreiselemente und gr en Gr en und Betriebsmittel des Technolo gieschemas F hrungsgr engeber Bildung der F h rungsgr e Sollwerteinsteller Temperatur S4 Stelleinrichtung Drehstromsteller Regelstrecke Heizung und Raum Messeinrichtung Temperatursensor und Spannungsumsetzer 1 Regelgr e Brenntemperatur St rgr e Abluft Tabelle 2 Zuordnung Normbezeichnungen 273 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 2 F hrungssprungantworten Werten Sie die Sprungantworten in einer tabellarischen Darstellung hinsichtlich der Erf llung der Anforderungen aus L sungsaspekte AFB Punkte Absolute Toleranzobergrenze und untergrenze berechnet Il 1 Toleranzobergrenze und untergrenze in Abbildungen ein
201. n 5 4 6 Anhang erstellen Mit dem Anhang kann der Informationsteil und der Bearbeitungsteil erg nzt werden Er enth lt Materialien wie Zeichnungen Datenbl tter Herstellerunterlagen gt Teilaufgabe 8 Bei der Erstellung des Anhangs ist insbesondere auf gute Lesbarkeit der Unterlagen zu ach ten 5 4 7 Losungsteil erstellen Folgende Aspekte sind bei der Erstellung des L sungsteils zu beachten e Die L sungserwartungen sollen aus m glichst kleinen bzw kleinsten logischen L sungsschritten bestehen Die Musterl sung sollte einer erwartete Sch lerl sung entsprechen 145 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung 5 5 Pr fungsaufgaben pr fen Checklisten 5 5 1 Checkliste Pr fungsvorschlag gesamt Nr Pr fmerkmal 5 1 Die Pr fung unterscheidet sich von denen der Vorjahre 2 Die drei Pr fungsaufgaben haben die gleiche Bearbeitungszeit L1 3 Gleiche Bewertungspunkte der Pr fungsaufgaben oO 4 Pr fungsaufgaben ber cksichtigen alle vier Kompetenzbereiche 5 Jede Pr fungsaufgabe besitzt Aufgabenthema 6 Alle Aufgabenarten kommen zum Einsatz T Die Pr fung besitzt max 2 experimentbezogene Aufgaben 8 Die Pr fung besitzt max 2 materialgebundene Aufgaben 9 Die Pr fung besitzt max 2 ergebnisoffene Aufgaben L1 10 Die Pr fung besitzt max 2 l sungswegoffene Aufgaben oO 11 Gleiche Verteilung der Anforderungsstufen Repro
202. n gt Zeichnen Sie die prinzipielle Z Diodenkennlinie f r Uz 6 2V 3 Kennwerte von Grundbauelementen und Signalen berechnen gt Berechnen Sie die maximal auftretende Verlustleistung beim Widerstand R des FET Schaltverst rkers gt Stellen Sie die aufgenommenen Kennwerte im Diagramm dar 34 3 2 Kompetenzen und Inhalte 1 Anforderungsbereich II Elektronische Schaltungen beschreiben analysieren dimensionieren anwenden und entwi ckeln Kompetenzen 1 Elektronische Grundschaltungen dimensionieren gt Dimensionieren Sie den Kondensator in der B2U Gleichrichterschaltung 2 Verhalten von Grundschaltungen und Anwendungsschaltungen durch Wirkpl ne Sig nal Zeit Diagramme Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln dar stellen gt Stellen Sie den Zusammenhang zwischen den Eingangsspannungen U und und der Ausgangsspannung U durch eine mathematische Formel dar gt Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung am Triac und des Verbraucherstro mes bei einem Steuerwinkel von 85 gt Ermitteln Sie die zu erwartenden Spannungspegel gegen Masse den ausgew hlten Messpunkten MP1 bis MP6 der Schaltung 3 Gr en f r Anwendungsschaltungen berechnen Berechnen Sie den Strom im Lastwiderstand des Schaltverst rkers 4 Schaltungen unter Verwendung von Grundbauelementen und Grundschaltungen funk tions und anwendungsorientiert skizzieren gt Skizzieren Sie unter Verwen
203. n dieser Werkshalle kein Vorteil da kein Hinweis auf r umliche Enge vorliegt 261 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Die Kosten f r die Installation der Steuerung mit dem Mikrocontroller werden um ein vielfaches ber den Installationskosten der kontaktbehafteten Steuerung liegen da wie schon in den Nachteilen beschrieben eine Gleichspannungsversorgung eine Koppelschaltung und weitere Hard und Software ben tigt wird Weiterhin wird eine Programmiereinheit f r den Mikrocon troller ben tigt sowie eine Fachkraft die den Mikrocontroller programmieren kann Im Ver gleich der Installationszeiten beider Systeme d rfte das konventionelle System im Vorteil lie gen da sehr wenige Bauteile verdrahtet werden m ssen Der einzige Vorteil der Steuerung mit einem Mikrocontroller liegt im minimierten Verschlei Da die Lastsch tze aber weiterhin konventionell betrieben werden spricht kein Vorteil f r die Rea lisierung der Steuerung mit einem Mikrocontroller Teilaufgabe 8 Zeitgesteuertes Schlie en des Rolltors Entwickeln Sie die Erweiterungsschaltung in Abb 7 Steuerstromkreis mit automatischer Schlie ung L sungsaspekte AFB Punkte Funktionsrichtiges Zeitrelais eingebaut Il 1 50 schaltet alle Anlagenteile des Steuerstromkreises jederzeit ab 1 Nach dem Wiedereinschalten der Anlage durch SO startet das Tor nicht automatisch Immer eine Minute nach Erreichen der oberen Endlage beginnt der automa
204. n vollst ndiges Blockschaltbild zu er stellen sind der Schmitt Trigger und der Integrierer als Funktionsbl cke darzustellen In der Abb 1 ist der Schmitt Trigger bereits als Funktionsblock Eingang bertragungsverhalten Ausgang dargestellt Der Integrierer wird als diskrete Schaltung dargestellt Um das vollst n dige Blockschaltbild zu erstellen ist es notwendig den Funktionsblock des Integrierers aus Abb 1 zu erstellen Auftragsteil Zeichnen Sie f r den Integrierer aus Abb 1 den Funktionsblock 154 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 7 Schaltung des Schmitt Triggers Informationsteil Um die Funktion des nichtinvertierenden Schmitt Triggers in Abb 1 zu realisieren soll eine elektronische Schaltung entwickelt werden Die Spannungsversorgung wird mit 12V ange nommen Der Mittelpunkt des Hysteresebereichs soll in der Schaltung mit einem Potentiome ter verschoben werden k nnen Auftragsteil Entwerfen Sie eine elektronische Schaltung f r den Schmitt Trigger in Abb 1 in der durch ein Potentiometer der Mittelpunkt des Hysteresebereichs verschoben werden kann Teilaufgabe 8 Werte von R2 und des Integrierers Informationsteil Das Ausgangssignal des S gezahn Rechteck Generators Abb 1 ist bekannt vgl Abb 2 Noch unbestimmt sind die Kapazit t des Kondensators C Abb 1 und die Widerst nde R und R Die Dioden und D
205. nd curriculare Vorgaben ABITUR PR FUNGS AUFGABEN PA 1 PA2 Abb 17 Prozess der Aufgabengestaltung F r die Aufgabengestaltung sind die Aspekte der Aufgabenkultur im Fach Elektrotechnik wich tig vgl KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR Die Aufgaben sind kompetenzorientiert zu formu lieren d h die Aufgabenstellungen sind auf problemhaltige Ausgangssituationen des Arbeits feldes Elektrotechnik zu beziehen Die Gestaltung der Pr fungsaufgaben hat die G tekriterien 125 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung der Pr fungsqualit t zu erf llen G ltigkeit Zuverl ssigkeit Objektivit t Akzeptanz N tzlich keit und Zumutbarkeit sowie konomie Die Abiturpr fung sollte sich durch ein hohes Ma an Aufgabenvielfalt auszeichnen Zwei Anforderungen stehen bei der Aufgabengestaltung besonders im Fokus Die Pr fungsaufgaben sind so zu gestalten dass sie von den Sch lerinnen und Sch lern zu 100 verstanden werden die zu Pr fenden m ssen formell klar erkennen k nnen was von ihnen erwartet wird Ebenso sollen die Pr fungsaufgaben den korrigierenden Lehrkr ften klar aufzeigen wie die Leistungen der Sch lerinnen und Sch ler zu erfassen und zu bewerten sind Eine Pr fungsaufgabe ist erst dann vollst ndig wenn beide Anforderungen erf llt werden 5 1 3 Abiturpr fung 3 Pr fungsaufgaben Eine Abiturpr fung im Fach Elektrotechnik besteht aus drei Pr fungsaufgaben PA siehe Abb 18 und Abb 19
206. nd die Symbole der Normdarstellung von digi taltechnischen ICs beschreiben gt Beschreiben Sie die Funktion der Eing nge EN b und c f r die Arbeitsweise des Z h lers gt Erkl ren Sie das Schaltzeichen des IC74190 3 Schaltnetze mit Funktionsgleichungen oder Wertetabellen beschreiben gt Beschreiben Sie das Verhalten des Dekoders durch eine Funktionsgleichung Werteta belle gt Nennen Sie die Funktionsgleichung des AND Bausteins mit drei Eing ngen 4 Schaltnetze Schaltwerke und Blocksymboldarstellungen einander zuordnen gt Ordnen Sie den Funktionsblock Monatsende dem entsprechenden IC im Schaltplan zu 5 Schaltnetze oder Schaltwerke mit gleichem Verhalten einander zuordnen gt Sie die Schaltungen mit gleichem Verhalten 6 Elektrische Verhalten von Grundbausteinen beschreiben gt Bestimmen Sie mit Hilfe des Datenblattes in Anhang 1 den minimalen Eingangsspan nungspegel den der IC als High Pegel erkennt 3 2 Kompetenzen und Inhalte 2 Anforderungsbereich II Digitale Schaltnetze und Schaltwerke beschreiben erstellen und dimensionieren Kompetenzen 1 Das Verhalten von Schaltnetzen oder Schaltwerken durch verbale Erkl rungen Signal Zeit Verl ufe Wertetabellen Funktionsgleichungen Ausgangszust nde oder Bitfolgen beschreiben gt Erkl ren Sie das Prinzip der R cksetzung beim abgebildeten Z hler gt Zeichnen Sie die Signal Zeit Verl ufe der Spannungen UA UB UC
207. ndaten des OPV 741 die idealen und realen Werte L sungsaspekte AFB Punkte Je Kenndatum 1 Punkt 5 Musterlosung Gleichtaktunterdr ckung Common gt gt gt gt gt unendlich 90dB Mode Rejection Ration CMRR Eingangsoffsetspannung 0 Volt Eingangswiderstand 100kQ 20 Leerlaufverst rkung 90dB 120dB Bandbreite lt 100MHz 172 Teilaufgabe 14 Funktionserweiterung des S gezahn Rechteck Generators 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Beschreiben Sie f nf m gliche Funktions und Leistungserweiterungen des Funktions generators aus Abb 1 im Hinblick auf den Einsatz als Spannungsquelle bei Experimenten L sungsaspekte AFB Punkte Je Erweiterungsaspekt 1 Punkt 5 Musterl sung Um den Funktionsgenerator flexibel einsetzen zu k nnen m sste n e die Amplituden der Ausgangsspannungen einstellbar sein e die Frequenz der Ausgangsspannungen einstellbar sein das Impuls Pausen Verh ltnis der Ausgangsspannung einstellbar sein e die Flankensteilheit der S gezahnspannung einstellbar sein der Funktionsgenerator einen erh hten Ausgangsstrom erm glichen e der Funktionsgenerator kurzschlussfest gemacht werden e der Offset der Ausgangsspannung einstellbar sein Teilaufgabe 15 Generatoren in der Elektrotechnik Benennen Sie drei Schaltungen und Ger te die in der Elektrotechnik die Fu
208. ne klare und transparente Erfassung und Bewertung der L sungsschritte F r die Erfassung und Bewertung werden im L sungsteil der Aufgabe kleinschrittige Er fassungs und Bewertungskriterien angegeben Der L sungsteil enth lt in kleinen Schritten 1 Punkt Schritte die L sungsaspekte der Aufgaben Bei offenen Aufgaben sollten mindestens zwei unterschiedliche Musterl sungen ange geben werden KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN 3 1 Vorbemerkungen In diesem Kapitel werden die in der Abiturpr fung Elektrotechnik erwarteten Kompetenzen und Kenntnisse angegeben Ebenso erfolgt eine Beschreibung der Operatoren die bei der Formu lierung von Kompetenzen und Aufgaben verwendet werden Den Beschreibungen liegt das im KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR dargestellte Kompetenz modell zugrunde siehe Abb 10 Kompetenzmodell Anforderungsbereiche Ill Trapsfer 3 2 SS FS y w xS e Anwendung s zf 9 Fd Es e xo lt d A off S as e 9 X eo oS e e SU S Kompetenzbereiche Abb 10 Kompetenzmodell Die Beschreibung der Kompetenzen und Inhalte in diesem Kapitel folgt der Struktur des Kom petenzmodells Abb 10 In Abschnitt 3 2 Kompetenzen und Inhalte werden die Kompetenzen und die sie fundieren den Inhalte geordnet nach den Kompetenzbereichen beschrieben F r jeden Kompetenzbe reich werden die Kompetenzen gestuft nach Anforderungsbereichen angeg
209. ngesetzte st ndiges Urteil unter Verwendung Netzteil die Anforderungen an die bewerten von Fachwissen und Fachmetho Spannungsversorgung erf llt den formulieren darstellen Sachverhalte oder Zusammenh n Stellen Sie die Methode des Pro ge strukturiert und mit grafischen grammentwurfs dar Mitteln wiedergeben dimensionie 11 Ill Siehe Fachmethode Dimensionie Siehe Fachmethode Dimensionie ren ren ren entwickeln 11 Siehe Fachmethoden Schaltungs Siehe Fachmethoden Schaltungs 96 3 3 Operatoren entwerfen entwurf oder Programmentwurf entwurf oder Programmentwurf erl utern Einen Sachverhalt so darlegen Erl utern Sie die Notwendigkeit des dass er verst ndlich wird Anlaufverfahrens erkl ren ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Ermitteln Sie den maximal zul ssigen bestimmen L sung finden und das Ergebnis Laststrom see Ermitteln Sie die erforderliche Ein stellung des Timer Registers er rtern Einen eigenen Standpunkt argu Er rtern Sie den Einsatz dieses Bau mentativ darlegen teils unter wirtschaftlichen und tech nologischen Gesichtspunkten erstellen II Sachverhalte oder Werte in vorge Erstellen Sie das u t Diagramm ge pener nor E Erstellen Sie die Zuordnungstabelle f r das Programm Erstellen Sie den Kommentar f r den angegebenen C Code markieren Ohne weitere Erl uterung M
210. nktion eines Ge nerators erf llen Losungsaspekte AFB Punkte Generatorart 1 Generatorart 2 Generatorart 3 Musterlosung Gleichspannungsgenerator Lichtmaschine Drehstromgeneratoren in Kraftwerken Gleichspannungsnetzteil 1173 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele C Pr fungsdidaktischer Kommentar bersicht C 1 Inhaltsbereich Analoge Schaltungstechnik Regelungstechnik in Teilaufgabe 9 C 2 Gepr fte Kompetenzen Kompetenzbereiche e Methoden Kommuni Reflexion Fachwissen K beherrschung kation B C D Teilaufgaben Frequenz der 1 A1 3 Ausgangsspannung Ua Messung mit dem Oszil B I 1 loskop Schaltzustande der Diode 3 1 II 1 D2 Ablaufdiagramm f r den 4 S gezahn Rechteck C II 1 Generator bertragungskennlinie B II 2 5 1 i A1 1 5 e des Schmitt Triggers Integrierer als Funktions 6 A1 Il 2 B Il 1 block Schaltung des Schmitt 7 1 WO B Il 1 Triggers Werte f r R4 R und C 8 1 II 4 B Il 4 des Integrierers R Nichtinvertierende OPV A1 I 4 Schaltung als Regelkreis AA 1 Leerlauf Verst rkung ei 10 A1 II 3 nes OPV Frequenz einer astabilen 11 Kippschaltung Rechteck 1 III 6 B 1 generator 174 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG
211. nstimmen Die Frage hierbei lautet Ber cksichtigt die Pr fung angemessen die Dimensionen und Aspekte von Kompetenz So ist eine Pr fung die Wissen abfragt und sich nicht auf K nnensaspekte bezieht nicht konstruktvalide im Hinblick auf die berpr fung von Kompetenzen 28 2 4 Pr fungsqualit t Ma nahmen zur Gew hrleistung der Validit t bei der Erstellung von Pr fungs Aufgaben im Fach Elektrotechnik des Beruflichen Gymnasiums Bei der Erstellung einer Pr fungsaufgabe sollten die zu erfassenden Kompetenzen for muliert und mit dem Lehrplan abgeglichen werden e Die gepr ften Inhalte sollten repr sentativ f r den Unterricht im Fach Elektrotechnik sein e Die zentralen Inhaltsbereiche des Unterrichts sollten Gegenstand der Pr fung sein Die gepr ften Kompetenzen sollten relevant f r das Fach Elektrotechnik sein Es sollten keine fachfremden Anforderungen gestellt werden Im Fach Elektrotechnik z hlen hierzu Leistungen aus den Bereichen Allgemeinwissen Allgemeinintelligenz Mathematik Sprachverstehen Sprachproduktion Informatik und Physik e Es sollten nur die elektrotechnischen Bauelemente Gruppen und Systeme Gegenstand einer Aufgabe sein die Gegenstand des Unterrichts waren Es sollte eine hohe Anzahl inhaltlich trennscharfer Aufgaben angestrebt werden Die Aufgaben sollten hinsichtlich der berpr ften Kompetenzen und Inhalte trennscharf formuliert werden 2 4 5 Akzeptanz Mit Akzept
212. nungsversorgung Sollwerteinsteller 55 gt 5 19 R6 DN Temperalurmessung ov Schalter 51 Anlage EIN D ov S uy Endlagenschalter B1 7 ov B 5 Endlagenschalter B2 gt B 14 42 13 gt ov Schalter S4 Heizung EIN IC1 Mikrocontroller 800552 VDD RST cw XTAL1 XTAL2 P3 0 RXD P3 1 TXD P3 2 INTO P3 3 P3 4 TO P3 5 T1 P3 6 WR P3 7 RD STADC AVDD AVREF AVREF 55 P5 0 ADCO P5 1 ADC P5 2 ADC2 P5 3 ADC3 PS 4 ADC4 5 5 5 P5 5 ADC6 5 7 P4 0 CMSRO P4 1 CMSR1 2 CMSR2 Pa 3 CMSR3 4 CMSR4 P4 5 CMSRS P4 6 CMTO P4 7 CMT vss VSS ADO PO 0 AD1 P0 1 AD2 PO 2 AD3 PO 3 PO 4 ADS P05 AD6 PO 6 AD7 PO7 08 20 0 2 1 10 22 DECH A12 P24 13 25 A14 P2 6 A1S P2 7 ALE PROG EANPP PSEN 1 0 Cup Coup Cap T2 P1 4 RT2 P15 CSL P18 SDA P17 Pvwumii 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung gt k R11 LED 1 gt PN ki R3 LED2 2 SA K R16 1 0 3 z to S2 71 EA E d amp ov Taster 2 T r AUF gt e 53 EA Lt r R13 4 DN Taster 3 T r ZU 5V Jo 2 Ars LZ je ov f r Temperaturregler As 7 Q2 ov f r Motor M1 313 Kapitel 6 Aufgabenbei
213. nwen dungsschaltungen durch Wirkpl ne Signal Zeit Diagramme Gepr fte Kompetenzen Potentialangaben Kennlinien und mathematische Formeln darstellen Niveau e 2 Einfache Sachverhalte in vorgegebenen Formen darstellen Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST AST1 Grundbauelemente SCH Fachwissen Analoge Schaltungstechnik AST nhalte AST2 Grundschaltungen e Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug mit L sungs Aufgabenart weg Bearbeitungszeit 20 Minuten Teilaufgabe 5 Typenschild eines Frequenzumrichters Kompetenzbereiche e C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen e Cll 2 F r die Darstellung einfacher Sachverhalte eine Darstellungsform erstellen Niveau e Kommunikation C Inhalte K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Materialgebundene Aufgabe mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 15 Minuten 210 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Teilaufgabe 6 Vorteile beim Einsatz von Frequenzumrichtern A3 Umgang mit Fachwissen Elektrische Maschinen e B Methodenbeherrschung Kompetenzbereiche e C Kommunikation e D Reflexion e A3 III 1 Die Funktion von Schaltungen zur Ansteuerung von Motoren mithilfe von Impuls Zeitdiagrammen erl utern 7 Statische und dynamische Kennwerte aus Dia Gepr ft
214. ogieschema einer Motorsteuerung Mikrocontroller 1 2 Legende Steuerfluss Datenfluss ee Abb 1 Technologieschema Motorsteuerung Das folgende Listing 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Programm das auf dem Mikrocontroller des oben stehenden Technologieschemas l uft Es fragt die Taster UP und DOWN ab 1 if IUP amp amp IDOWN 2 speed 0 3 ZA else if UP amp amp DOWN 5 if speed lt 100 6 speed ek 8 9 else if UP amp amp DOWN 10 if speed gt 0 11 speed 12 1 Listing 1 Tasterauswertung Analysieren Sie das im Listing angegebene Programm 84 Kommentierung 3 2 Kompetenzen und Inhalte L sungsaspekte Punkte Reset 4 e Abfrage UP und DOWN 4 e Wert von speed R cksetzen UP Taste nicht UP und DOWN e Abfrage 1 Test ob Obergrenze erreicht ist 1 e Wert von speed erh hen 1 DOWN Taste Nicht DOWN und UP 4 e Abfragen 4 e Test ob Untergrenze erreicht ist 1 e Wert von speed vermindern Summe 8 Musterl sung 1 if 1UP amp amp DOWN Wenn beide Tasten gleichzeitig gedriickt werden 2 speed 0 wird der Wert von speed auf 0 gesetzt Reset Pa 4 else if UP amp amp DOWN Wenn nur UPs gedr ckt wird 5 if speed lt 100 und wenn der max Wert von 100 nach dem Hochz hlen
215. on 31 mW Order Number Package Number Devices 350 avallable in Tape and Reel Specify by appending suffix letier X to the srdetng code Connection Diagram STROBE A DATA INPUTS Yoc SEL ES non 23 p TY SS ER 2 4 5 6 10 StLECT Logic Diagram Function Table 8 p 2 Sitter errs G A hei RK pw wm e d dd de x Ir r r rr 0 eyeg eu y j0 jeng 5 LSTYZING 4 2 Beispiele Losungsteil Siehe folgende Tabelle Tab 2 A B D Out 1Y Out 2Y X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Tab 2 Funktionstabelle f r das Schaltnetz in Abb 1 1117 Kapitel 4 Aufgabenarten Beispiel 6 Experimentbezogene Aufgabe A Aufgabenteil Aufgabe Messungen an einer Gleichrichterschaltung Teilaufgabe 1 Versuchsplanung Teilaufgabe 2 Messschritte Am Ausgang der vorliegenden Gleichrichterschaltung Abb 1 soll bei einem Laststrom von 100mA 5 und einer Eingangswechselspannung von Ue 12V die Brummspannung an der Last maximal Uw 1 2V betragen X1 D1 D2 A naona dE Ue
216. ormen dargestellt Experimentbezogene und materialgebundene Aufgaben sind i d R immer Aufgaben mit einem Anwendungsbezug Basisformen Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug experiment material bezogen gebunden Abb 12 bersicht ber Basisformen von elektrotechnischen Aufgaben 100 4 1 Beschreibung 4 1 2 1 Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bei einer Aufgabenstellung mit Anwendungsbezug erfordert die Bew ltigung der Aufgabe eine funktionale Auseinandersetzung mit einem technischen oder soziotechnischen Kontext Hand lungskontext Aus der Anwendungssituation ergibt sich eine funktionale Anforderung an ein technisches Sachsystem vgl Abb 13 Technisches Sachsystem im Anwendungskontext und KAPITEL 4 2 Beispiel 3 Ein Kontext der nur eine bergeordnete Thematik der Fachinhalte illustriert gilt nicht als an wendungsbezogener Kontext Aufgaben mit derartigen Pseudokontexten werden als Aufgaben ohne Anwendungsbezug charakterisiert Funktion Technisches Sachsystem aibojouyrsa ke u 74 c Umgebung Abb 13 Technisches Sachsystem im Anwendungskontext Der Anwendungskontext f r ein technisches Sachsystem ergibt sich aus der zu erf llenden Funktion der verwendeten bzw zu verwendenden Technologie den Bedingungen der techni schen Realisierung und der Einordnung in eine technische Umgebung 4 1 2 2 Technische Problemstellung ohne Anwendungsbezug Aufgabenst
217. r zise angeben 2 4 3 Reliabilit t Zuverl ssigkeit Eine Pr fung kann als zuverl ssig bezeichnet werden wenn sie nicht ber die Geb hr mit Messfehlern behaftet ist 26 2 4 Pr fungsqualit t Eine perfekte Messung liegt dann vor wenn eine Pr fung von einer Person unter gleichen Be dingungen mehrere Male zu dem gleichen Ergebnis f hrt Eine Pr fung wird demzufolge als reliabel bezeichnet wenn sie zu einem Pr fungsergebnis f hrt das den aktuellen Grad an Kompetenzen des Pr flings exakt genau zum Ausdruck bringt Um die Genauigkeit einer Pr fung zu bestimmen werden in der p dagogischen Diagnostik die Methoden der Parallelmessung und der Wiederholungsmessung angewendet Bei der Wieder holungsmessung wird die Pr fung bei derselben Pr fgruppe wiederholt Bei der Parallelmes sung werden zwei Pr fungen eingesetzt die beide die gleichen Kompetenzen pr fen Zeigen beide Pr fungen hnliche Ergebnisse erweist sich die Genauigkeit Reliabilit t als gut ausge pr gt In der schulischen Praxis lassen sich Parallelmessungen und Wiederholungsmessungen nur schwer durchf hren Allerdings liefern die Erfahrungen aus der Pr fungspraxis folgende An forderungen hinsichtlich der Messgenauigkeit e Inder Pr fung sollte eine hohe Anzahl von Teil Aufgaben gestellt werden Die Aufgaben sind pr gnant klar und strukturiert zu formulieren e Keine mehrdeutigen Formulierungen in der Aufgabenstellung Die Aufga
218. r Z hler 74190N V2 f r die Zehnerstelle der Monatsanzeige aus Anhang 2 durch ein RS FlipFlop ersetzt worden Monat Zehner Stelle Monat Einer Stelle 1 DP 7 SEG_SA39 11SRW 7 SEG_SA39 11SRW CTRDIV10 v2 Abb 14 Monatsz hler mit RS FF Beschreiben Sie die Funktion des RS Flipflops im Zusammenhang mit den abgebildeten Kom ponenten 223 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 9 Ablauf Tage Z hler In Anhang 1 ist der digitale Kalender mit Hilfe eines Blockschaltbildes dargestellt Die Bezie hung zwischen den Bl cken ist durch Fl sse beschrieben Ausgehend von dem Blockschalt bild kann die Funktion einer Schaltung oder eines Teiles der Schaltung beschrieben werden Beschreiben Sie den Ablauf des Zahlens der Tage mit einem Programmablaufplan Teilaufgabe 10 Einsatzm glichkeiten des Digitalkalenders Der digitale Kalender ist eine in sich abgeschlossene Funktionseinheit Er kann aber auch als Teil in anderen Schaltungen oder einem Ger t genutzt werden So k nnen einmal entwickelte Schaltungen effizient verwertet werden Nennen Sie Anwendungsm glichkeiten und Voraussetzungen f r die Nutzung des digitalen Kalenders in anderen Schaltungen 224 Anhang 1 Blockschaltbild des Digitalkalenders 6 4 Aufgabenbeispiel 4 Digitaler Kalender un Z hlerschaltung
219. rache C Aufgabenart en Experimentbezogene Aufgabe Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 5 berwachung der Endlagenschalter mit C Programm Kompetenzbereiche A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT B Methodenbeherrschung C Kommunikation Geprifte Kompetenzen Niveau A5 III 1 Programme in Programmablaufpl nen bzw der Programmiersprache C f r anwendungsbezogene Aufga ben entwickeln B III 1 Fachmethoden in einem komplexen Kontext an wenden C II 1 Technische Prozesse und Schaltungen mit Ablauf pl nen beschreiben Inhalte Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Programmierung der Mikrocontroller in der Pro grammiersprache C Methodenbeherrschung B B6 Programmentwurf Kommunikation C K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart en Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 20 Minuten 319 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 Parametrierung der Schaltschwellen eines 2 Punkt Reglers Kompetenzbereiche e A5 Umgang mit Fachwissen Mikrocontrollertechnik MCT Gepr fte Kompetenzen e A5II 1 Die Funktion programmierter Mikrocontroller systeme beschreiben Niveau e Fachwissen Mikrocontrollertechnik Inhalte Programmierung der Mikrocontroller in der Pro grammiersprache C Aufgabenart en Tec
220. rbei werden folgende Festlegungen getroffen Kanal 1 misst das Eingangssignal den Sprung Kanal 2 misst das Sprungantwortverhalten des P Reglers Kanal 3 misst das Sprungantwortverhalten des I Reglers Kanal 4 misst das gesamte Ausgangssignal des Reglers Chi MP2 MP5 R1 2 R5 Ch2 E 1 4 TIA c1 R8 Chg R3 p MP6 co 6 R6 T 12 1B Tib x5 Ch4 R4 4 x6 eM N 2 10 TiC X2 Abb 2 Messschaltung f r die Sprungantwort des PID Reglers Zeichnen Sie fur die geforderte Messschaltung die Verbindungen in Abb 2 ein 270 6 6 Brennofentemperaturregelung ispiel 6 Aufgabenbe F hrungssprungantworten 1 4 Anhang A ratur in mperatu n dicat 24 3257 4 F es socks a ME e d sn e wb em em Zeien Le selen ss e o e sm e eck e el 0 4 1 1 1 EC NE 1 err 4 1 oe EH oe 1 4 F i 1 SS RRS OT FESR PSPS PEST TESS RE SSS ge Tes Pe THE PIT zs 1 1 1 1 1 E WERDEN Soinia pem PET I DAR Eum meruere Berrend geg Lacuna aL DEE DE T 1 is pr
221. rogrammcode zeile Bedingung der while Schleife steht in 30 while ADCON amp ADCI 0 geschweiften Klammern Tabelle 2 Dokumentation der Fehlerbehebung Teilaufgabe 5 berwachung der Endlagenschalter mit C Programm Zur berwachung der fehlerfreien Funktion der Endlagenschalter soll ein Mikrocontrollerprogramm im C Code erstellt werden Das Mikrocontrollerprogramm soll damit es getestet werden kann folgende Funktionen erf llen Mit dem Schalter 51 wird die Anlage eingeschaltet Die Betriebsbereitschaft wird durch die LED 1 siehe Abb 1 angezeigt Die Endlagenschalter B1 und B2 beides ffner signalisieren wenn die T r ge ffnet bzw geschlossen ist Sind die Endlagenschalter bet tigt liefern sie ein Low Signal Eine St rung der Endlagenschalter liegt vor wenn B1 meldet T r geschlossen und gleichzeitig B2 meldet T r ge ffnet Die St rung wird durch LED 2 angezeigt Entwerfen Sie ein C Programm zur berwachung der Endlagenschalter mit folgenden Be standteilen Portzuweisung Variablendeklaration Hauptprogramm 305 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 Parametrierung der Schaltschwellen eines 2 Punkt Reglers In dem vorliegenden Programmauszug Abb 5 ist u a die Funktion eines 2 Punkt Reglers zur Regelung der Ofentemperatur realisiert Der Regler ist auf eine Solltemperatur von 260 C eingestellt Abb 6 zeigt d
222. rotechnik e Inhalte Kompetenzbereiche C Kommunikation Darstellungsformen der Elektrotechnik e Inhalte Kompetenzbereich D Reflexion Bez ge der Elektrotechnik EN KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 2 7 Kompetenzmodell In Abb 5 wird die Struktur der Kompetenzbeschreibung dargestellt Diese Struktur bildet die Grundlage f r die Beschreibung der Kompetenzen im folgenden KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN Anforderungsbereiche a SS Ill Trapsfer N Bi e S SE A e SU KERN X II Anwendun FF A Af fi Af d endung ebi d AN o w d 2 O N N d dr SS ge 99 E 5 Reproduktion x 7 Inhaltsbereiche Reflexion Kompetenzbereiche Abb 5 Kompetenzmodell 2 3 Arbeitsfeld Elektrotechnik Die zu pr fenden Kompetenzen in der Abiturpr fung Elektrotechnik beziehen sich auf Anforde rungssituationen des Arbeitsfeldes Elektrotechnik Das Arbeitsfeld Elektrotechnik ist somit der Handlungsbereich Dom ne auf den sich die Pr fungsaufgaben beziehen vgl oben Kompe tenzbegriff Die Entwicklung der Pr fungsaufgaben wird also entscheidend durch das Ver st ndnis dieses Arbeitsfeldes gepr gt Im Teil II Didaktische Organisation und im Teil Fachlehrplan Elektrotechnik der Bil dungspl ne wird das Arbeitsfeld Elektrotechnik beschrieben Im Folgenden soll diese Be schreibung des Arbeitsf
223. rpr fung ist zu entscheiden ob f r jede Pr fungsaufgabe eine Ausgangssituation entwickelt wird oder ob sich alle Pr fungsaufgaben auf eine Ausgangssitua tion beziehen 5 2 3 3 Abstimmung der Aufgabenarten Bei der Gestaltung einer Pr fung sollten alle m glichen Aufgabenarten ber cksichtigt werden Da nicht durch jede Pr fungsaufgabe jede m gliche Aufgabenart vgl KAPITEL 4 AUFGA BENARTEN ber cksichtigt werden kann muss hinsichtlich der zu ber cksichtigenden Aufga benarten eine Abstimmung zwischen den Pr fungsaufgaben erfolgen F r jede Teilaufgabe ist eine Aufgabenart vorzusehen 130 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren Unter Ber cksichtigung des Konstruktionsaufwandes und der Bearbeitungszeit f r die zu Pr fenden werden folgende Empfehlungen f r die Verteilung der Aufgabenarten gegeben Aufgabenart H ufigkeit Materialgebundene Aufgabe Maximal 2mal in der Abiturpr fung Experimentbezogene Aufgabe Maximal 1mal pro Pr fungsaufgabe L sungswegoffene Aufgabe Maximal 2mal der Abiturpr fung Technische Problemstellung ohne An Keine Begrenzung wendungsbezug Ergebnisoffene Aufgabe Maximal 2mal in der Abiturpr fung Technische Problemstellung mit Anwen Keine Begrenzung dungsbezug Tab 3 Verteilung der Aufgabenarten 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren Eine klare Struktur unterst tzt die Verst ndlichkeit einer Aufgabe Im Folgenden werden der Aufbau und die Strukt
224. rs r ckgekoppelt wird Sobald diese Spannung die untere Schaltschwelle des Schmitt Triggers erreicht kippt dessen Ausgangsspannung auf einen negativen Wert Der Integrierer erzeugt nun eine positive Ram penspannung Wenn diese Spannung Uaz die obere Schaltschwelle des Schmitt Triggers er reicht kippt die Ausgangsspannung des Schmitt Triggers auf einen positiven Wert 1151 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 1 Frequenz der Ausgangsspannungen Informationsteil siehe Informationsteil Aufgabe gesamt Auftragsteil Berechnen Sie die Frequenz der Ausgangsspannung Uaz Abb 2 des S gezahn Rechteck Generators Abb 1 Teilaufgabe 2 Messung mit dem Oszilloskop M1 Informationsteil In Abb 3 ist die Schaltung des S gezahn Rechteck Generators um ein Oszilloskop M1 erwei tert Mit dem Oszilloskop M1 sollen die Ausgangsspannungen des Rechteck Generators Ua und gemessen werden Auftragsteil Zeichnen Sie in Abb 3 die Messleitungen f r das Oszilloskop 1 so ein dass auf Kanal 1 Chn I die Spannung und auf Kanal 2 Chn die Spannung U4 angezeigt wird Bearbeitungsteil Schmitt Trigger Integrierer Oszilloskop M1 Chn I Chn Il Gnd O O 0 Abb 3 S gezahn Rechteck Generator mit Oszilloskop M1 152 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 3 Schaltzust nde der Diode D
225. rstellen von Kommentaren Deklaration und Initialisierung von einfachen Variablen e Anwenden von Rechenoperatoren Addition Subtraktion Multiplikation Division und Modulo Bitoperationen UND ODER Exklusiv ODER Negation Bitverschiebung und Maskie rung e Logikfunktionen UND ODER NICHT e Vergleichsoperatoren gr er kleiner und gleich 151 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren e Verzweigungen Fallunterscheidungen und Schleifen e Umgang mit Funktionen o Funktionsprototypen o Aufruf von Funktionen mit Parameter bergabe und R ckgabe wert o Interrupt Funktionen e Eindimensionales Felde Array C Befehle Operationen Bitmanipulationen Vergleiche und logische Verkn pfungen Mit folgenden C Befehlen und Operationen sollen die Sch lerinnen und Sch ler im Hinblick auf die Abiturpr fung vertraut sein C Befehl Bedeutung include h Einbinden von Headerdateien Kommentar Kommentar1 Kommentar 2 Einf gen eines zeilenweisen Kommentares Einf gen eines mehrzeiligen Kommentars int variable 28 Deklarieren und Initialisieren von Variablen for i 10 i lt 10 i Z hl Schleife Anweisung f hrt die Anweisung f r eine bestimmte Anzahl von Durchl u fen aus do Anweisung Fu gesteuerte Schleife while Bedingung f hre Anweisung aus solange Bedingung erf llt ist while Bedingung Anweisung Kopfgesteuert
226. ruch erho ben wird dass die Qualit t der Pr fungen im Vergleich zu den dezentralen Pr fungen verbes sert wird Mit den Abiturpr fungsaufgaben werden die Anforderungen der Abiturpr fung operationa Mit Pr fungsaufgaben werden die Anforderungen lisiert Sie bilden quasi einen abschlussbe SER Abturpr tung ODOTSEODAUSTIE zogenen Standard f r die Abiturpr fungsf cher Damit sind die Pr fungsaufgaben auch Im pulsgeber f r den der Abiturpr fung vorausgehenden Unterricht da sich dieser an den Pr fungsanforderungen orientiert Mit den zentral gestellten Pr fungsaufgaben erhalten die unter richtenden Lehrerinnen und Lehrer wichtige Informationen ber die Entwicklung der Anforde rungen in der Abiturpr fung Pr fungsaufgaben erfassen den Stand er Pr fungsaufgaben sind Messinstrumente mit de worbener Kompetenzen sie sind Mess In nen Kompetenzen erfasst und bewertet werden strumente mit denen die Leistungen der Sch lerinnen und Sch ler erfasst und bewertet werden Die Sch lerinnen und Sch ler sind in der Pr fung mit den Aufgaben auf sich allein gestellt R ckfragen und weitere Erl uterungen sind in der Pr fung nicht m glich Pr fungsaufgaben m ssen deshalb mit besonderer Verant wortung und Sorgfalt erstellt werden Sch lerinnen und Sch ler und die sie auf die Pr fung vorbereitenden Lehrerinnen und Lehrer beurteilen die Schwierigkeit und Fairness der Pr fungsaufgaben Pr fungsaufgaben m
227. s intensity ly 16 mcd milli candela leuchten Die Kenndaten der verwendeten Leuchtdiode L 53LGD sind dem Datenblattauszug Abb 2 zu entnehmen Die einzelnen Datenblattauszugsteile a b und c sind miteinander verkn pft Das Diagramm bezieht sich auf den in Tabelle a angegebenen Referenzwert von ly 5vO P1 ovO Abb 1 LED Schaltung Iv Viewing a Lens Type Angle 1 GREEN GaP GREEN DIFFUSED SCELTE 1 01 2 is the angle from optical centerline where the luminous intensity is 1 2 the optical centerline value 2 Luminous Intensity Luminous Flux 15 e o STTTIIIILIZ i Te z eee FEELELLLET S ISRRRRRGRRR Is ao b 5 Se F LLLEDLLILELI e LLLLZLLLLLI g 10 D fo Sn a Fa a a DE Ba EN 2 o 2 1 719 2 1 23 25 27 md r Forwar urren Porad Nc LUMINOUS INTENSITY Vs FORWARD VOLTAGE FORWARD CURRENT Abb 2 Datenblattauszug der Leuchtdiode L 53LGD Kingbright Ermitteln Sie die Verlustleistung der Leuchtdiode 108 4 2 Beispiele L sungsteil 1 L sungsschritt Die typische Referenzlichtst rke betr gt 2mcd bei 2mA Abb 2a 2 L sungsschritt 16mcd sind das 8 fache des typischen Wertes 3 L sungsschritt Bei 16mcd betr gt der Strom l 10mA Abb 2c 4 L sungsschritt
228. sblockes e Die Gesamtschaltung muss auch als Funktionsblock erkennbar sein e Bei der Schaltungsanalyse werden Schaltungsteile die der Bereitstellung und Sicher stellung der Schaltungsfunktion dienen also Kompensations und Schutzschaltungen und Schaltungen der Spannungsversorgung in der Regel nicht ber cksichtigt Die Erstellung von Blockschaltbildern in der Regelungstechnik erfolgt durch die bekannten Signalflusspl ne hier ist die Funktionsstruktur normiert und eindeutig beschrieben In der ana logen und digitalen Schaltungstechnik k nnen die Blockschaltbilder mit ihren Funktionsbl cken frei angepasst werden Die Methode Analysieren von Schaltungen Schaltungsanalyse nutzt die gleichen Darstel lungsmittel wie die Fachmethode Schaltungsentwurf Beim Schaltungsentwurf wird eine zu realisierende Funktion vorgegeben Der Entwurf besteht darin ausgehend von der zu realisie renden Gesamtfunktion durch schrittweises Verfeinern der Funktionsbl cke letztlich die schal tungstechnische Realisierung anzugeben 58 3 2 Kompetenzen und Inhalte Aufgabenbeispiele Aufgabe 1 Astabiler Multivibrator Rechteckgenerator Abb 1 zeigt die Schaltung eines astabilen Multivibrators AMV Der AMV erzeugt eine Recht eckspannung Ua deren Frequenz variiert werden kann Der AMV in Abb 1 wird realisiert durch einen invertierenden Schmitt Trigger der sich selbst ber einen Tiefpass RC Glied steuert Bei Ua U w rde sich der Kond
229. schaltung eines Frequenzumrichters bestehend aus dem Gleichrich ter und dem Kondensator C1 eo o OXI R1 R2 R3 400 V 50 Hz A A A Li _ L2 1 R4 A Rs ne A O x2 Abb 3 Eingangsschaltung des Frequenzumrichters Teilaufgabe 1 Funktion des Kondensators Begr nden Sie die Notwendigkeit f r den Einsatz des Kondensators C1 Teilaufgabe 2 Brummspannung Berechnen Sie die Brummspannung der Ausgangsspannung falls C1 in Abb nicht vorhanden ist 198 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Teilaufgabe 3 Gesteuerter Gleichrichter In Abb 4 ist eine gesteuerte Gleichrichterschaltung gezeigt mu me I 400 V 50 H2R1 EL 12 L3 O 2 Abb 4 Gesteuerte Gleichrichterschaltung Den Zusammenhang zwischen dem Z ndverz gerungswinkel a und dem Verh ltnis U4 Udio gibt die in Abb 5 gezeigte Steuerkennlinie an Hinweis Uaia ist die ideelle Ausgangsgleichspannung zwischen den Klemmen X1 und X2 beim Z ndverz gerungswinkel a Beim Z ndverz gerungswinkel a 0 betr gt die ideelle Gleich spannung Usio 540V Die Ausgangsspannung der steuerbaren Gleichrichterschaltung soll zwischen 400V und Ugia2 500V f r eine Widerstandslast einstellbar sein Udio 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 30 60 90 120 Abb 5 Steuerkennlinie der Gleichrichterschaltung Ermi
230. sen soll das Rolltor eine Minute nach Erreichen der oberen Endlage Bet tigung B1 au tomatisch geschlossen werden Daher soll der Steuerstromkreis um eine Zeitfunktion zum au tomatischen Schlie en des Rolltores erweitert werden Wird das Tor beim Herunterfahren durch das ffnen von SO angehalten so darf es beim Wie dereinschalten von SO nicht sofort ohne weitere Tasterbet tigung nach oben oder unten fah ren Zur Erweiterung der Schaltung stehen im Anhang 2 Daten von Zeitrelais zur Verf gung 249 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Entwickeln Sie die Erweiterungsschaltung in Abb 7 Steuerstromkreis mit automatischer Schlie ung ee amp om om o om om m om m m m m om m om m m m e e e Erweiterungsschaltung e F1 24 V 0 Abb 7 Steuerstromkreis mit automatischer Schlie ung 250 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Anhang 1 Schaltplan des Steuerstromkreises der Rolltorsteuerung Abb 8 Steuerstromkreis der Rolltorsteuerung 251 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Anhang 2 Zur Verf gung stehenden Bauelemente Daten von Zeitrelais Die Schalter und Taster SO S4 und Endlagenschalter B1 B2 haben jeweils folgende Kon takte 3 NC 3 NO An Bezeich Kontakte Funktion Funktionsdiagramm zahl nung Name Symbol 1 Q2 3 x NC 3x NO 3 x Lastkontakte NO 1 Q3 3xNC 3xNO 3 x Lastkontakte NO 2 K1 K2 an Jedes Zeitrelais hat 2 Au WILL sprechver Wech
231. sf higen Schaltung Ausgehend von der Entwurfsaufgabe mit den zu erf llenden Anforderungen an die zu entwer fende Schaltung wird in einem ersten Schritt Schritt 1 die Schaltung als ein Funktionsblock dargestellt Der Funktionsblock wird durch sein bertragungsverhalten Funktion die Ein gangsgr en E1 E2 E3 S und die Ausgangsgr en A1 A2 A3 beschrieben In weiteren Verfeinerungsschritten werden miteinander verkn pfte Teilfunktionsbl cke erstellt Der letzte Entwurfsschritt bezieht sich auf die technologische Realisierung einer dimensionierungsf hi gen Schaltung Abb 1 zeigt die typischen Arbeits schritte beim Schaltungsentwurf und die Struktur der Funktionsbl cke Die Arbeitsschritte bei der Methode Schaltungsentwurf entsprechen den Schritten bei der Me thode Schaltungsanalyse mit dem Unterschied dass bei der Schaltungsanalyse die realisierte Schaltung den Ausgangspunkt der Analyse darstellt w hrend beim Schaltungsentwurf die di mensionierungsf hige Schaltung das Ergebnis des Schaltungsentwurfes ist Abb 1 Entwurfsschritte beim Schaltungsentwurf 63 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren Aufgabenbeispiel Aufgabe 1 Batterie Spannungs berwachung Abb 2 zeigt eine Kfz Batterie Es soll eine Schaltung entworfen werden die den Ladezustand der Batterie durch drei LEDs mit verschiedenen Farben anzeigt Eine rote LED soll signalisie ren dass die Ladespannung UB zu niedr
232. sisformen und Offenheit Die Vielfalt der m glichen Aufgabenarten ergibt sich aus der Verkn pfung der Basisformen von Aufgaben mit der Offenheit des L sungsweges vgl Abb 11 Basisformen M gliche Aufgabenarten Offenheit der Aufgabe Abb 11 M gliche Aufgabenarten als Verkn pfung von Basisformen mit der Offenheit der L sungswege 99 Kapitel 4 Aufgabenarten 4 1 2 Basisformen von Pr fungsaufgaben Die Aufgaben in der Abiturpr fung sollen eine vielschichtige Auseinandersetzung mit komple xen Problemen zulassen 2006 EPA Technik 5 13 Pr fungsaufgaben im Fach Elektrotechnik beziehen sich auf elektrotechnische Problemstel lungen Gegenstand der Problemstellungen sind elektrotechnische e Elemente z B Dioden Widerstande Motoren TTL Gatter etc e Gruppen z B Schaltverstarker Regler Gleichrichter Steuerstromkreise Leitungen etc Funktionseinheiten z B Frequenzmesser Messschaltungen Dimmer Regeleinrichtungen Anlasssteue rungen Spannungsversorgungen etc und Teilsysteme in technischen Systemen z B Energieteil Informationsteil Bearbeitungsteil etc Bei den technischen Problemstellungen wird unterschieden zwischen e Problemstellungen mit Anwendungsbezug und Problemstellungen ohne Anwendungsbezug Weiter werden folgende Basisformen unterschieden Materialgebundene Aufgaben Experimentbezogene Aufgaben In Abb 12 werden die Basisf
233. slerkontakte 15 18 z gertes Zeit der Bereich von t kann Ems c E SES von 10 300 s einge 25 28 stellt werden 25 26 del I 2 K3 K4 Jedes Zeitrelais hat 2 gt 200 ms j R ckfall bzw Wechslerkontakte AULA abfallver der Bereich von t kann 15 18 15 16 z gertes Zeit von 10 300 5 einge 25 28 relais stellt werden 25 26 Si A2 2 K5 K6 Hilfsre NC 3 x NO lais Legende zu den Funktionsdiagrammen Zeitrelais erregt Schaltglied geschlossen L Schaltglied ge ffnet 252 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Losungsteil Teilaufgabe 1 Betriebsdaten des Motors Bestimmen Sie die Polpaarzahl und den Schlupf in Prozent des im Rolltor eingesetzten Mo tors L sungsaspekte AFB Punkte Stellt Formeln auf 2 Setzt Werte ein II 2 Gibt L sungen an II 2 Musterl sung Formeln f _ 50Hz ny 25s ng n 1500min 1435min 5 100 c 100 4 33 ny 1500min Bei einer Drehzahl von 1500 25 s und einer Frequenz von 50 Hz ergeben sich zwei Polpaare Der prozentuale Schlupf betr gt 4 33 Prozent Teilaufgabe 2 Schaltplan des Laststromkreises Zeichnen Sie den vollst ndigen Laststromkreis in Abb 3 ein L sungsaspekte AFB Punkte Zeichnen von Q2 und Q3 2 Zeichnen aller Verbindungen Il 2 Bezeichnen der Sch tze Q3
234. spannung und der Spannung zum Neutralleiter Usy in die vorbereiteten Diagramme in Abb 8a und 8b Uie 600 V 4 10 20 30 40 50 60 t ms 600 V A 600 V 4 gt 0 10 20 30 140 ep 160 t ms 600 V Abb 8a Spannungsverl ufe zwischen den AuBenleitern 012 und U23 400 V 200 V 200 V 400 V 400 Mr 200 V 40 50 60 t ms 200 V 400 V Abb 8b Spannungsverl ufe der Spannungen zum Neutralleiter U1N und U2N 201 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 5 Typenschild eines Frequenzumrichters Abb 9 zeigt das Typenschild eines Frequenzumrichters F r eine Kundenpr sentation sollen die elektrisch relevanten Angaben des Typenschildes in Form eines aussagekr ftigen Block schaltbildes visualisiert werden Erl uterungen zu den Typenschildangaben eines Frequenzu mrichters befinden sich im Anhang MMX34AA9D0F0 0 Output 3 AC 0 Ue 0 320Hz 9 0 Motor 4 0kW 400V Abb 9 Typenschild Frequenzumrichter MMX34AA9DOFO 0 Zeichnen Sie zu den Angaben des Typenschildes ein Blockschaltbild mit zugeordneten Wer ten 202 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Teilaufgabe 6 Vorteile beim Einsatz von Frequenzumrichtern Ein Hersteller wirbt mithilfe der in Abb 10 gezeigten Kennlinien f r den Einsatz von Frequen zumrichtern Stern Dreieck Anlauf Anlauf mit Frequenzumrichter
235. spannung Ua mit Uausmax 14V und f 300Hz erzeugt Uaus 15 5 Up Abb 6 Schaltung einer astabilen Kippschaltung mit OPV Auftragsteil Weisen Sie nach dass die astabile Kippschaltung in Abb 6 eine Rechteckspannung Uaus mit der Frequenz f 300Hz erzeugt 1157 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 12 Strombelastung des Integrierers Informationsteil Eine Dimensionierung des Integrierers in Abb 1 ergab folgende Werte f r die Beschaltung des 1800 Re 1 5kO und C 100nF Der in der Integriererschaltung Abb 1 hat einen maximalen Ausgangsstrom von lamax 6MA Die Dioden 0 und Dz Abb 1 wei sen eine konstante Durchlassspannung von 0 6V und ein ideales Sperrverhalten auf Auftragsteil berpr fen Sie die Dimensionierung des Integrierers hinsichtlich der Strombelastbarkeit des OPV Teilaufgabe 13 Ideale und reale Eigenschaften des OPV 741 Informationsteil Bei der Beschreibung des S gezahn Rechteck Generators siehe Abb 1 wurde an genommen dass die Kenndaten der Operationsverst rker ideale Werte besitzen In praktischen Anwendungen m ssen jedoch die realen Eigenschaften der OPV ber cksichtigt werden Der Anhang dieser Aufgabe enth lt das vollst ndige Datenblatt des OPV 741 Hier sind die realen Kenndaten dieses Bausteins angegeben Die realen Kenndaten untersche
236. spannungs Anzeige 085 086 087 if stopp 0 sanft anhalten 088 089 STOP 090 286 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler 091 092 if links 0 Fahrtrichtung umkehren auf links 093 094 changeleft 095 096 097 098 while DIR 1 Linkslauf 099 100 while schneller 0 amp amp CCL1 lt OxFF schneller fahren 101 102 CCLi 103 zeit_ms 10 104 vLEDs LED Fahrspannungs Anzeige 105 106 107 while langsamer 0 amp amp CCL1 gt 0x00 langsamer fahren 108 109 CCL1 110 zeit_ms 7 111 vLEDs LED Fahrspannungs Anzeige 112 113 114 if stopp 0 sanft anhalten 115 116 STOP 117 118 119 if rechts 0 Fahrtrichtung umkehren auf rechts 120 121 changeright 122 123 124 125 126 127 Zusatzfunktionen 128 void zeit_ms unsigned char 2 Verz gerungszeit 2 1 Millisekunde 129 130 intx 131 chary 132 133 for y 0 y lt z y 134 1 135 for x 0 x lt 250 x 136 137 287 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 288 void STOP void while CCL1 gt 0x00 CCL1 zeit_ms 7 vLEDs void changeleft void ST
237. spiele Teilaufgabe 4 Korrektur von Fehlern im C Programm Stellen Sie die weiteren vom Compiler ausgeworfenen Fehler in Tabelle 2 entsprechend dar L sungsaspekte AFB Punkte Finden der 4 Fehler II 4 Beschreibung jedes Fehlers II 4 Angabe des korrekten C Code f r jeden Fehler II 4 Musterl sung Fehler Fehlerbeschreibung Korrekter C Programmcode zeile Bedingung der while Schleife steht in 30 while ADCON amp ADCI 0 geschweiften Klammern Aufruf der Funktion adc mit Parame ter bergabe die Funktion wurde aber 17 MOM adc nicht f r eine Parameter bergabe de klariert In Programmzeile 33 fehlt ein Semiko 34 istwert ADCH 0 0192 lon zum Abschluss des Befehls QM Zeile 10 float isttemp istwert soll 34 Die Variable isttemp ist nicht deklariert temp maxtemp In Programmzeile 35 fehlt eine ge 35 schweifte Klammer zum Abschluss der Funktion adc Teilaufgabe 5 berwachung der Endlagenschalter mit C Programm Entwerfen Sie ein C Programm zur berwachung der Endlagenschalter mit folgenden Be standteilen Portzuweisung Variablendeklaration Hauptprogramm L sungsaspekte AFB Punkte 5 Ports werden dem Schaltplan entsprechend zugewiesen II 5 Schalter S1 wird abgefragt II 1 Betriebsanzeige LED1 wird eingeschaltet low aktiv ber cksichtigt 2 314 B1 und B2
238. ssen mit besonderer Sorgfalt und Verantwortung erstellt werden Lehrkr fte pr fen die zentral gestellten Abi 9 KAPITEL 1 EINF HRUNG turpr fungsaufgaben kritisch da auftretende M ngel gravierendere Folgen f r die Durchf h rung der Pr fung und die Korrektur der Sch lerleistungen haben als bei dezentral gestellten Pr fungsaufgaben Die Abiturpr fungsaufgaben sind die ent Gute Pr fungsaufgaben f hren zu einer fairen ak scheidenden Elemente f r eine faire ak M zeptablen und aussagef higen Pr fung zeptable und aussagef hige Pr fung 1 2 Pr fungsaufgaben brauchen Kultur F r die Aufgabenentwicklung von Pr fungsaufgaben ist zu kl ren was und wie gepr ft werden soll Mit diesen beiden Fragen wird die Frage nach den Aspekten der Aufgabenkultur der Pr fung gestellt Die Aufgabenkultur wird durch vier Aspekte bestimmt Kompetenz Pr fungs beschreibung qualit t WAS WIE wird gepr ft wird gepr ft Arbeitsfeld Aufgaben Elektrotechnik vielfalt Abb 1 Aspekte der Aufgabenkultur Bei der Entwicklung von Pr fungsaufgaben geht es darum Kompetenzen in Aufgaben umzuset Kulturaspekt 1 zen Nach den Empfehlungen der EPA Technik Die Kompetenzbeschreibung verkn pft Einheitliche Pr fungsanforderungen in der Abi Kompetenzbereiche turpr fung Technik sollen Pr fungen Kompe b Anforderungsbereiche tenz
239. sses Dreiphasen Wechselspannung Ue 3 AC Spannung 380 480 V Frequenz 50 60 Hz Eingangsphasenstrom 4 0 A Output Bemessungsdaten der Lastseite Motor Dreiphasen Wechselspannung 0 Ue Ausgangsphasenstrom 3 3 A Ausgangs frequenz 0 320 Hz Motor zugeordnete Motorleistung 1 1 kW bei 400 V 1 5 HP bei 460 V f r einen vierpoligen innen oder oberflachenge k hlten Drehstrom Asynchronmotor 1500 bei 50 Hz 1800 rpm bei 60 Hz S N Seriennummer Der Frequenzumrichter ist ein elektrisches Betriebsmittel gt Lesen Sie das Handbuch hier AWB8230 1603 vor dem elektrischen Anschluss und der Inbetriebnahme Max Amb 50 C Die maximal zul ssige Umgebungstempe ratur im Betrieb darf 50 C nicht ber schreiten Abb 12 Bedeutung der Typenschildbeschriftungen 204 Losungsteil Teilaufgabe 1 Funktion des Kondensators 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Begr nden Sie die Notwendigkeit f r den Einsatz des Kondensators C1 L sungsaspekte Punkte Ausgangsspannung pulsierend 1 Funktion Gl ttung genannt 1 Musterl sung Bei der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung handelt es sich um eine pulsierende Gleichspannung Der Kondensator C1 dient zur Gl ttung dieser pulsierenden Spannung Teilaufgabe 2 Brummspannung Berechnen Sie die Brummspannung der Ausgangsspannung Ux xz falls C1 in Abb nicht
240. sten und letzten fallenden Flanke kann hardware oder softwareseitig erfolgen Entwickeln Sie eine Hardware oder Softwarel sung zum Entprellen des Tasters 280 6 7 Aufgabenbeispiel 7 Fahrtregler Teilaufgabe 4 Frequenz des PWM Signals Die Fahrgeschwindigkeit wird beim Fahrtregler durch ein PWM Signal bestimmt Zur Erzeugung des PWM Signals dient die Capture Compare Einheit des Mikrocontrollers die in Anhang 4 beschrieben ist Bestimmen Sie die Frequenz des PWM Signals anhand der Einstellungen im C Programm Anhang 3 Teilaufgabe 5 Kontrolle des PWM Signals Der Mikrocontroller erzeugt an Port Pin P1 1 ein PWM Signal das einer bestimmten Geschwindigkeit die ber die Taster Langsamer bzw Schneller eingestellt wird entspricht Im Rahmen einer Funktionskontrolle soll durch eine Messung berpr ft werden ob der Mikrocontroller das der eingestellten Geschwindigkeit entsprechende PWM Signal ausgibt Beschreiben Sie Ihr Vorgehen zur berpr fung des PWM Signals Teilaufgabe 6 Anzeige der Fahrgeschwindigkeit In dem C Programm Anhang 3 erfolgt in der Funktion vLEDs die Abfrage des Low Byte des Capture Compare Registers CCL1 Der Registerinhalt bestimmt die Fahrgeschwindig keit Die LEDs an den Port Pins P4 0 bis P4 4 sollen die Fahrgeschwindigkeit proportional ab bilden Bei einer zu geringen Geschwindigkeit CCL1 lt 16 soll jedoch noch keine LED leuch ten
241. t curriculare Validit t Dann wird danach gefragt inwieweit die Pr fung das wirkli che Lernangebot des vorangegangenen Unterrichts ber cksichtigt Unterrichtsvalidit t Die Grundfrage zur curricularen Validit t lautet Stimmen die Anforderungen der Pr fung mit den Vorgaben des g ltigen Lehrplans berein Aus der Perspektive der curricularen Validit t darf nur das gepr ft werden was unter Bezug auf den Lehrplan begr ndet werden kann Die curriculare Validit t einer Pr fung wird gest tzt durch curriculare Vorgaben die die geforderten Kompetenzen operationalisiert beschreiben Im Rahmen von WAKE wird dieser Forderung im KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN entsprochen Hier werden auf der Basis der g ltigen Lehrpl ne die f r das Fach Elektrotechnik abschlussrelevanten Kompeten zen und Inhalte dargestellt Die Leitfrage zur Unterrichtsvaliditat lautet Erfasst die Pr fung Kompetenzen welche die Sch lerinnen und Sch ler im Unterricht wirklich erwerben konnten Aus der Perspektive der Unterrichtsvalidit t darf nur das gepr ft werden was auch von allen Pr flingen gelernt werden konnte Fairness Chancengleichheit Hierzu geh rt auch dass die Leistungsaufgaben im vo rangegangenen Unterricht sich auch an den Aufgabenformaten der Pr fung orientierten Zu 2 Konstruktvalidit t Konstruktvalidit t liegt vor wenn die gemessenen Kompetenzen mit einem theoretischen Mo dell der erfassten Kompetenz berei
242. ten f r be stimmte Kompetenzen und Leistungsanforderungen kann das Leistungsk nnen der Sch ler sicher und angemessen erfasst werden Eine Aufgabenart liegt bestimmten Sch lern und benachteiligt andere Deshalb sollten Aufgabenarten in gro er Bandbreite zum Einsatz kom men In Pr fungen sollten auch deshalb unterschiedliche Aufgabenarten eingesetzt werden um die vielf ltigen Lern und Arbeitsformen wie auch die unterschiedlichsten Klausuraufgaben im Unterricht des Faches Elektrotechnik angemessen abzubilden Die m glichen Aufgabenarten in der Abiturpr fung ergeben sich aus der Verkn pfung der Auf gaben Basisformen und der Offenheit der Aufgabe vgl Abb 8 Basisformen gt Mogliche Aufgabenarten der Aufgabe Abb 8 M gliche Aufgabenarten 2 5 1 Basisformen Unter Basisformen versteht man Varianten technischer Problemstellungen 30 2 6 Anforderungen an kultivierte Pr fungen und Pr fungsaufgaben 2 5 2 Offenheit der Aufgaben Bei der Offenheit der Aufgaben sind Abstufungen m glich Geschlossene Aufgaben sind das Gegenteil von offenen Aufgaben bei diesen geschlossenen Aufgaben haben die Pr flinge kei ne Gestaltungsm glichkeiten bei der Bearbeitung der Aufgaben Bei halboffenen Aufgaben existiert eine pr zise Vorstellung ber das Ergebnis und die erforderlichen L sungsschritte Der Pr fling kann jedoch bei der Darstellung der erwarteten L sung unterschiedlich vorgehen B
243. terien sind voneinander abh ngig Die Zuverl ssigkeit einer Pr fung setzt die Objektivit t der Pr fung voraus Die Validit t fu t auf einer hohen Objektivit t und einem ho hen Ma an Zuverl ssigkeit siehe Abb 7 Bei der G ltigkeit handelt es sich um das wichtigs te G tekriterium da es sich am meisten an inhaltlichen Ma st ben orientiert Objektivit t und Zuverl ssigkeit bilden eher die notwendigen Voraussetzungen f r eine hohe G ltigkeit Die Nebenkriterien akzentuieren die G tekriterien zus tzlich im Hinblick auf die schulischen Anfor derungen Die G tekriterien k nnen nicht alle zugleich eine maximale Auspr gung erfahren Die Kunst der Aufgabenentwicklung besteht darin bei der Ber cksichtigung der G tekriterien ein Opti mum zu finden und die sechs G tekriterien auszutarieren Eine Pr fung kann nur so g ltig sein wie sie zuverl ssig ist und nur so zuverl ssig sein wie sie objektiv ist vgl Abb 7 Das wichtigste G tekriterium Validit t bezieht sich zentral auf die Vorgaben der Lehrpl ne curricularer Aspekt der Validit t und auf den Unterricht Zuverl ssigkeit Durchf hrungs Interpretations Objektivit t Abb 7 Zusammenhang der G tekriterien 25 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 4 2 Objektivit t Personenunabh ngigkeit Die Leitfrage der Objektivit t lautet Sind die Ergebnisse einer Pr fung unabh ngig von der Person der Pr fenden Man unterscheidet drei Aspekte der Obje
244. terl sung gt Nie ET 4 G gt on SS gt 311 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 2 Auswahl eines Mikrocontrollers Begr nden Sie Ihre Auswahlentscheidung eines geeigneten Mikrocontrollers L sungsaspekte AFB Punkte ADC vorhanden zum Einlesen des analogen Temperaturmesswer 4 tes ber B3 Spannungsversorgung 5V 1 PWM Ausgabe zum Ansteuern des Motors M1 1 Interrupt f r NOT AUS Funktion 1 Musterl sung Geeignet ist Controller P83C552EFx und bedingt Controller AT89C5132 der allerdings ber keinen PWM Ausgang verf gt Die Motordrehzahl kann aber mithilfe der vorhandenen Timer eingestellt werden Teilaufgabe 3 Peripherie am Mikrocontroller Zeichnen Sie in die Anlage 2 die Verbindungen zum Anschluss der Peripherie an den Mikro controller L sungsaspekte AFB Punkte Verbindungen Taster Schalter 51 54 mit Mikrocontroller 1 Verbindungen LEDs 1 3 mit Mikrocontroller Verbindungen Endlagenschalter B1 B2 mit Mikrocontroller Verbindung Sollwerteinsteller S5 mit Mikrocontroller Verbindung Temperatursensor mit Mikrocontroller e Verbindungen Temperaturregler und Motor mit Mikrocontroller Verbindungen Spannungsversorgung Vpp AVpp U Vss mit Mikro 1 controller 312 Musterl sung IC2 78105 Y gt x1 207 R7 T av Span
245. ters om Kapitel 4 Aufgabenarten PIN CONFIGURATION D DP and N Packages 5100282 Abb 2 Pinbelegung des LM358 AR 1 Output 2 GND 3 Vs 4 Output Abb 3 Innenschaltung des Drucksensors Bei Umgebungsdruck soll auf dem Display eine Tauchtiefe von Om angezeigt werden Dazu muss der Drucksensor mit Hilfe der Nullpunktjustierung so eingestellt werden dass an Pin 40 des Mikrocontrollers eine Spannung von U 0V anliegt Die Pinbelegung des LM358 kann der Abb 2 entnommen werden Beschreiben Sie den Abgleichvorgang mit den daran beteiligten Bauelementen 112 4 2 Beispiele Losungsteil 1 L sungsschritt Der Operationsverst rker arbeitet als Differenzverst rker 2 L sungsschritt Ist die Messbr cke abgeglichen liegt an Pin 2 und 3 des Operationsverst rkers die gleiche Spannung und das Ausgangssignal an Pin 1 sollte Ua betragen 3 L sungsschritt Ein Abgleich der Messbr cke erfolgt durch nderung des Widerstandswertes des Potenziometers Damit ndert sich das Widerstandsverh ltnis von Rp Rtimm und Rp und somit auch deren Spannungsverh ltnis Man verstellt also das Potenziometer von exakt 0V gemessen wird Die Spannungsmessung am Ausgang des sollte dann ebenfalls Ua ergeben und das Display eine Tauchtiefe von Om anzeigen 113 Kapitel 4 Aufgabenarten Beispiel 5 Materialgebundene Aufgabe A Aufgabenteil Aufgabe Schaltnetz mit
246. tische SchlieBvorgang Der automatische Schlie vorgang kann durch Bet tigen von S1 un terbrochen werden Das Tor f hrt bis in seine untere Endlage 1 Das Zeitrelais wird bei Nichtbenutzung abgeschaltet II 1 262 Musterl sungen 1 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung F1 Erweiterungsschaltung 24 V s2 F 54 E auf A 51 Abb 7_L1 Steuerstromkreis mit Zeitrelais L sung 1 144 14 14 14 14 14 e e B1 34 X 1 min K1 A1 ESSE A2 WA WA A gp WA 11 11 B2 unten B1 12 21 12 21 oben Q2 Q3 22 21 22 21 51 52 22 1 2 Q3 ab 22 1 2 Q2 auf 0 1263 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Musterl sungen 2 x A2 x t e t ERN Glen mmm mmm EM E EM Erweiterungsschaltung we UP WP UP UP UP UVP WP UP UP UVP WP UVP WP UVP WP we 13 14 e O os l 0 o qm t Cl N N e e 2 c Ke 0 Mo Ow en os CN l m N N N D i NE en m mo 0 24 Abb 7 L2 Steuerstromkreis mit Zeitrelais L sung 2 264 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung C Pr fungsdidaktischer Kommentar Teilaufgabe 1 Betriebsdaten des Motors Kompetenzbereic
247. tor erzeugt eine Rechteckspannung Ua mit der Frequenz f 500 Hz siehe Abb 2 Es stehen nur Widerst nde aus der E24 Reihe Bereich zur Verf gung Ua er Abb 1 Astabiler Multivibrator R3 15kO Abb 2 Rechteckspannung Die Frequenz f der Ausgangsspannung Ua wird mit folgenden Formeln bestimmt 1 R eee d a f Zeil i R tRz Dimensionieren Sie die Widerst nde und R f r eine Frequenz f 500 Hz 68 L sungsaspekte 3 2 Kompetenzen und Inhalte Punkte Umformen der gegebenen Berechnungsformel zur Dimensionierungsvor schrift 5 Geeignete Wahl von bzw Berechnung von bzw Auswahl von und Summe Musterl sung 15kQ 100nF 1 5ms 1 1271120 1 R 5 1 Be C R mut ML 0 47387 2 2 Gew hlt R 10kQ Ry gt R 4 7450 Gew hlt 4 7kQ 69 Kapitel 3 Kompetenzen Inhalte Operatoren 3 2 2 4 B4 Messen Beschreibung In der Elektrotechnik ist der Einsatz von Messtechnik notwendig um Aussagen ber die Funk tion technischer Systeme zu erhalten Im Fach Elektrotechnik steht das Messen elektrischer Gr en im Vordergrund um die Funktion elektrischer Bauelemente Schaltungen Ger te und Anlagen zu berpr fen Messungen sind die notwendige Voraussetzung f r die Steuerun
248. tortec GT Ltd Typ 112M 3 Mot Nr 26052013 AK A 400V 8 9 A 4 kW 1435 U min Abb 2 Leistungsschild des Motors Bestimmen Sie die Polpaarzahl und den Schlupf in Prozent des im Rolltor eingesetzten Mo tors 244 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Teilaufgabe 2 Schaltplan des Laststromkreises Der Antriebsmotor M1 des Rolltores soll sowohl im Linkslauf Tor aufw rts als auch im Rechtslauf Tor abw rts mit einer Wendesch tzschaltung betrieben werden Der Steuer stromkreis ist in Anhang 1 dargestellt Zeichnen Sie den vollst ndigen Laststromkreis in Abb 3 ein L1 L2 L3 1 Abb 3 Laststromkreis der Rolltorsteuerung 245 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 3 Rolltorauswahl Nach einer Besch digung soll das Rolltor durch ein neues ersetzt werden Zur Auswahl stehen drei verschiedene Rolltore in unterschiedlichen Ausf hrungen Das Rolltor ist f r Dauerbetrieb ausgelegt Es wird weiterhin der Antriebsmotor aus Teilaufgabe 2 verwendet Die Drehmo mentkennlinien des Motors und der 3 Rolltore sind in der Abb 4 dargestellt
249. tregler e Ubertragungsverhalten e Eignung von Reglertypen f r Regelstrecken e Operationsverst rkerschaltungen z Addierer RT4 Einstellen von Reglern Anregelzeit Ausregelzeit e berschwingweite Einstellregeln nach Ziegler und Nichols und Chien Hrones und Reswick 48 3 2 Kompetenzen und Inhalte 3 2 1 5 5 Mikrocontrollertechnik Kompetenzen Hard u Softwarekomponenten von Mikrocontrollersystemen beschreiben externe Peripherie bausteine in ein Mikrocontrollersystem integrieren und anwendungsorientierte Programme entwickeln 5 Anforderungsbereich 1 Komponenten des vorgegebenen 8051 Mikrocontrollers und einfache Programmabl ufe be schreiben Kompetenzen 1 Die Bestandteile des vorgegebenen 8051 Mikrocontrollersystems beschreiben gt Beschreiben Sie anhand des Datenblattauszugs die Eigenschaften der Mikrocontrol ler eingesetzten Speichertypen 2 Ben tigte Anschlusspins des Mikrocontrollers f r externe Beschaltungen mit Hilfe des Datenblattes ermitteln gt Erstellen Sie eine Tabelle in der die anzuschlie enden Eingabe und Ausgabeeinheiten Port Pins des Mikrocontrollers zugeordnet sind 3 Kommentierung f r einen vorhandenen C Code erstellen gt Erstellen Sie f r das vorgegebene C Programm zeilenweise eine Kommentierung 4 Syntaxfehler in C Programmen ermitteln gt Erstellen Sie aufgrund der angegebenen Fehlermeldung des Compilers einen syntak tisch f
250. trotechnik bezieht sich die Kompetenzpr fung auf die Dom ne Arbeitsfeld Elektrotechnik Im Hinblick auf die Entwicklung von Aufgaben f r die Abiturpr fung Elektrotechnik ist die Analyse des Arbeitsfeldes Elektrotechnik ein wichti ger Aspekt der Aufgabenkultur F r die Pr fungsqualit t wie auch die Qualit t der Pr fungsaufgaben sind test psychologische G tekriterien ma gebend Jede Pr fung mit ihren Pr fungsaufgaben hat sich diesen G tekriterien zu unterwerfen Die Qualit t der Abiturpr fung Elektrotechnik wird ent scheidend von der Umsetzung und Ber cksichtigung dieses Kulturaspektes bestimmt In dem der Abiturpr fung vorausgehenden Unterricht werden unterschiedlichste Formen von Lernaufgaben wie auch Pr fungs und Klausuraufgaben eingesetzt Eine Pr fung sollte diese Vielfalt an Aufgabenformen angemessen abbilden Durch ein angemessenes Ma an Aufga benvielfalt werden den Sch lerinnen und Sch lern in der Pr fung auch unterschiedliche Wege geboten ihre Leistungen in der Pr fung zu zeigen 2 2 Kompetenzbeschreibung In der Abiturpr fung Elektrotechnik sollen Kompetenzen in m glichst gro er Breite mit diffe renzierten Anforderungsbereichen an geeigneten Inhalten erfasst und bewertet werden Eine Kompetenzbeschreibung hat daher Kompetenzbereiche Anforderungsstufen und Inhalte mit einander zu verkn pfen Die Systematik dieser Beschreibung wird im Folgenden dargestellt 2 2 1 Kompetenzbegriff Die Beschreibung der
251. tteln Sie aus der Kennlinie den notwendigen Einstellbereich f r den Z ndverz gerungs winkel a 1199 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 4 Ausgangsspannungen des Wechselrichters Die Abb 6 zeigt die Prinzipschaltung der Hauptstromkreise eines Wechselrichters Zu Test zwecken wird der Wechselrichter zun chst mit einer ohmschen Last bestehend aus R1 R2 und R3 betrieben Die Schaltung zur Steuerung der Thyristoren und die Hilfsstromkreise zum L schen der Thyristoren werden aus Vereinfachungsgr nden nicht dargestellt Die angelegte Gleichspannung betr gt 600V R1 R2 R3 Abb 6 Wechselrichter mit Thyristoren und externer Widerstandslast Mit Hilfe des Z ndfolgediagramms der Abb 7 soll f r eine Frequenz der Ausgangsspannung von 162 Hz Periodendauer 60ms exemplarisch der Spannungsverlauf 023 zwischen den AuBenleitern L2 und L3 und der Spannungsverlauf U2N zwischen dem AuBenleiter L2 und dem Neutralleiter N ermittelt werden In Abb 8a und 8b sind die pulsf rmigen Verl ufe der Ausgangsspannungen U12 und U1N dargestellt Die angenommenen Spannungsrichtungen sind in Abb 6 eingezeichnet Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 0 10 20 30 40 50 60 t ms Abb 7 Z ndfolgediagramm W hrend der grau unterlegten Abschnitte sind die jeweiligen Thyristoren leitend 200 6 3 Aufgabenbeispiel 3 Frequenzumrichter Zeichnen Sie die Spannungsverlaufe der Au enleiter
252. uerstromkreises Teilaufgabe 5 Steuerstromkreis als Digitalschaltung Teilaufgabe 6 St rung in der Rolltorsteuerung Teilaufgabe 7 Mikrocontrollersteuerung als Alternative zur Kontaktsteuerung Teilaufgabe 8 Zeitgesteuertes Schlie en des Rolltors Anhang 1 Schaltplan des Steuerstromkreises der Rolltorsteuerung Anhang 2 Daten von Zeitrelais Ausgangssituation f r alle Teilaufgaben Die Abb 1 zeigt das Technologieschema des Rolltores einer Industriehalle Innerhalb der Hal le wird das Tor ber ein Bedienfeld und von au en ber Schl sseltaster betrieben Mit dem Taster SO kann das Rolltor gestoppt werden B oben B2 unten Bedienfeld innen Bedienfeld au en Abb 1 Technologieschema der Rolltorsteuerung 243 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Funktion bei Bedienung von au en Beim Bet tigen des Schl sselschalters S4 f hrt das Tor nach oben mit S3 nach unten Der Schl ssel muss nur kurzzeitig nach rechts oder nach links gedreht werden und nicht f r die Dauer des gesamten Vorgangs eingesteckt bleiben Funktion bei Bedienung von innen Bet tigung des Tasters 51 Tor f hrt aufw rts Bet tigung des Tasters S2 Tor f hrt abw rts Funktion von B1 und B2 Der Torantrieb schaltet bei Erreichen der beiden Endpositionen durch die Sensoren 1 und B2 ab Teilaufgabe 1 Betriebsdaten des Motors Die technischen Daten des Drehstromasynchronmotors befinden sich auf dem Leistungsschild in der Abb 2 Mo
253. und Q2 II 4 253 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Musterl sung 11 L2 Ki L3 LJ 1 13 5 1 13 5 5 ren ce Q2 a 2 4 6 2 4 U1 V1 M1 PE Abb 3 L Laststromkreis der Rolltorsteuerung L sung 254 Teilaufgabe 3 Rolltorauswahl 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung Bewerten Sie die Eignung der drei Rolltore anhand des Drenmomentverlaufs f r den Betrieb mit dem Motor L sungsaspekte AFB Punkte Bestimmen der Schnittpunkte 3x Aufstellen der Formel f r M Einsetzten der Werte Ausgabe des Nenndrehmoments Beurteilung Rolltor 1 Beurteilung Rolltor 2 Beurteilung Rolltor 3 Musterl sung Drehzahl Drehmoment Diagramm 90 0 4 Motordrehmoment Drehmoment Rolltor 1 Drehmoment Rolltor 2 Drehmoment Rolltor 3 80 0 P2 70 0 2 D 60 0 5 50 0 2 400 5 TT 30 0 L ml a 20 0 L LI TI I I 2121 10 0 4 7 e t 121 4 eee 0 0 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 10 10 10
254. und R9 Rp I II 1 Spannung von jeweils 2 5V an Rr und Rp II 1 Rr Rp 1 Sinnvolle Wahl von R8 alternativ R4 II 1 Umstellen der Formel nach R4 alternativ nach R8 II 1 R4 ermitteln alternativ R8 II 1 Musterl sung ds L sungsschritt Gesamtwiderstand der Reihenschaltung mit R1 und R4 Rg Ro RgtRo Gesamtwiderstand der Parallelschaltung mit R8 und R9 Rp 2 L sungsschritt 190 Die an Klemme X2 liegenden 2 5V sind genau die H lfte der Ausgangsspannung des Festspannungsreglers K1 5V Re Ra Rp bzw R4 Re Ro L sungsschritt Sinnvolle Wahl von R8 2 B R8 100kQ Anmerkung Es muss R8 gt 42 857 gelten da ansonsten der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung von R8 und R9 kleiner als der kleinstm gliche Widerstand der Rei henschaltung aus R1 und R4 wird Alternativ Sinnvolle Wahl von R4 2 B R4 20kQ 6 2 Aufgabenbeispiel 2 Bedienfeldfreischaltung Anmerkung Es muss R4 lt 70kQ gelten da ansonsten der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung von R1 und R4 gr er als der gr tm gliche Widerstand der Parallel schaltung aus R8 und R9 wird 4 L sungsschritt Ermitteln von R4 R8 100kO gew hlt Rg Ro 100kQ 100kQ 2000010010 30k 20k0 RgtRo 100 0 100 0 Teilaufgabe 4 Fehlersuche Beschreiben Sie zwei m gliche Fehlerursachen L sungsaspekte AFB Punkte M glich
255. und UD f r die Zeitsteuerung gt Ermitteln Sie die Ausgangszust nde des Schieberegisters nach dem 1 2 3 und 4 Takt 2 Digitaltechnische Bausteine Schaltnetze und Schaltwerke vergleichen gt Vergleichen Sie die Bausteine 74LS123 und 74LS121 hinsichtlich ihres Einsatzes der Schaltung zur Erfassung der Motordrehzahl 3 Gr en von digitaltechnischen Bausteinen Schaltnetzen und Schaltwerken datenblatt gest tzt bestimmen gt Bestimmen Sie die minimal und maximal einstellbare Pulsl nge des Monoflops 74121 gt Bestimmen Sie f r den dargestellten Digital Analog Umsetzer Uyss sp Uamax 4 Schaltnetze und Schaltwerke mit Grundbausteinen erstellen gt Erstellen Sie das Schaltwerk f r die Verriegelungssteuerung der beiden Motoren 5 Digitale Schaltungen in NAND und NOR Technologie erstellen gt Entwerfen Sie das Schaltnetz des gezeigten Dekoders ausschlie lich mit NAND Gattern 6 Schaltnetze Schaltwerke oder Kopplung von Grundbausteinen unterschiedlicher Logik familien dimensionieren gt Dimensionieren Sie die Beschaltung des Monoflops 74121 so dass sich ein Puls mit einer L nge von 7ms ergibt gt Sie die gezeigte Schaltung zur Eingangspegelanpassung f r den TTL Baustein 7 Elektrisches Verhalten von digitaltechnischen Grundbausteinen hinsichtlich des zeitli chen Verhaltens der Pegel und der Strombelastbarkeit analysieren 39 Kapitel 3 Kompetenzen
256. undbausteine Umgang mit Datenbl ttern e Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Aufgabenart Materialgebundene Aufgabe Bearbeitungszeit 20 Minuten Teilaufgabe 3 Reset Tages Z hler Kompetenzbereiche A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte Kompetenzen A2 11 4 Schaltnetze und Schaltwerke aus Grundbaustei nen erstellen Niveau e Fachwissen Digitaltechnik DT DT1 Grundbausteine Inhalte e Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug 1239 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Bearbeitungszeit 10 Minuten Teilaufgabe 4 Multiplexer durch zwei 74298N ersetzen Kompetenzbereiche A2 Umgang mit Fachwissen Digitaltechnik DT Gepr fte e 21 2 Mit unbekannten Bausteinen datenblattgest tzt Kompetenzen Schaltungen entwerfen Niveau e Fachwissen Digitaltechnik DT T DT1 Grundbausteine Umgang mit Datenbl ttern nhalte e Fachwissen Digitaltechnik DT DT3 Darstellungsformen Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 20 Minuten Teilaufgabe 5 Taktsignal mit NE555 Kompetenzbereiche e B Methodenbeherrschung Gepr fte Kompetenzen 2 Teilschritte von Fachmethoden anwenden Niveau Ini e Methodenbeherrschung B B3 Dimensionieren Aufgabenart Technische Problemstellung m
257. ung der Pr fungsaufgaben werden Operatoren verwendet Operatoren sind T tigkeitsverben die dem Pr fling angegeben was von ihm erwartet wird Auch die zu berpr fenden Kompetenzen werden mit Hilfe der Operatoren formuliert Dabei wird mit den Operatoren die K nnens Dimension der Kompetenzen verdeutlicht Die Operatoren sind den Anforderungsbereichen zugeordnet Die Operatoren geben den Pr flingen Hinweise auf das Anspruchsniveau der je weiligen Teilaufgabe Eine Liste der Operatoren f r die Abiturpr fung in Elektrotechnik enth lt das folgende KAPITEL 3 KOMPETENZEN INHALTE OPERATOREN 19 KAPITEL 2 AUFGABENKULTUR 2 2 5 Kompetenzmatrix Die vier Kompetenzbereiche werden jeweils in die drei Anforderungsbereiche untergliedert Es ergibt sich somit die in Tab 1 dargestellte Verkn pfung der vier Kompetenzbereiche mit den Anforderungsbereichen Kompetenzbereiche A B C D Umgang mit Methoden Kommunikation Reflexion Fachwissen beherrschung Fachwissen Methoden der In und ber Bez ge der darstellen und Elektrotechnik Elektrotechnik Elektrotechnik anwenden nutzen kommunizieren beschreiben und bewerten Einfache Sach Einfache Me Einfache Sach Einfache Bez verhalte eines thoden der verhalte in vor ge angeben und abgegrenzten Elektrotechnik gegebenen beschreiben Themenbe beschreiben Formen darstel Reproduktion reichs wieder und einsetzen len geben und in Anforderungsbereiche vertraut
258. ungsaspekte AFB Punkte Verzweigungssymbol oberer Triggerpunkt 5 Il 1 Prozesssymbol U steigt linear an Il 1 Prozesssymbol Ausgabe der max Ausgangsspannung Ua 10V Il 1 Verzweigungssymbol unterer Triggerpunkt OV 1 Prozesssymbol Uap f llt linear 1 Prozesssymbol Ausgabe der min Ausgangsspannung OV Il 1 Musterl sung Programmablaufplan SRG Stat UA f llt linear ai Y UA1 10V Y Ende 162 6 1 Aufgabenbeispiel 1 S gezahn Rechteck Generator SRG Teilaufgabe 5 bertragungsverhalten des Schmitt Triggers Zeichnen Sie in Abb 4 die bertragungskennlinie des Schmitt Triggers so ein dass sich die Signalverl ufe der Spannungen Ua und Abb 2 ergeben L sungsaspekte AFB Punkte Oberer Triggerpunkt 5V II 1 Unterer Triggerpunkt ON II 1 Uai max 10V Il 1 min 10V 11 1 Gesamtverlauf 1 Musterl sung 1163 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Teilaufgabe 6 Funktionsblock des Integrierers Zeichnen Sie f r den Integrierer in Abb 1 den Funktionsblock L sungsaspekte AFB Punkte Eingangsgr e 1 Ausgangsgr e Ua 1 bertragungsverhalten 1 pos Sprung Ua gt gt linearer Abfall
259. ur einer Pr fungsaufgabe beschrieben Jede Pr fungsaufgabe sollte die beschriebene Struktur aufweisen Im Beispiel 1 wird die Struktur einer Aufgabe exemplarisch dargestellt Das gezeigte Beispiel ist Teil des Aufgabenbeispiels S gezahn Rechteck Generator SRG siehe KAPITEL 6 AUFGABENBEISPIELE 1131 Kapitel 5 Leitfaden Aufgabengestaltung 5 3 1 Pr fungsaufgabe Thema Aufgabenteil L sungsteil Anh nge Abb 22 zeigt den Aufbau einer Pr fungsaufgabe Zun chst k nnen drei Teile unterschieden werden Aufgabenthema Aufgabenteil und L sungsteil Aufgabe Nr Thema Aufgabenteil Ausgangssituation Teilaufgabe 1 Thema Abb 22 Aufbau einer Pr fungsaufgabe Den Aufgabenteil erhalten die Sch lerinnen und Sch ler in der Pr fung zur Bearbeitung Er enth lt die Ausgangssituation der Pr fungsaufgabe die zu bearbeitenden Teilaufgaben und deren m glichen Anh nge Der L sungsteil enth lt die L sungen f r die Teilaufgaben Der L sungsteil dient den korrigie renden Lehrinnen und Lehrern als Vorgabe f r die Erfassung und Bewertung der Pr fungsleis tungen 132 5 3 Pr fungsaufgaben strukturieren 5 3 2 Aufgabenteil einer Teilaufgabe Thema Informationsteil Auftragsteil Bearbeitungsteil Anhang Die Teilaufgaben einer Pr fungsaufgabe haben eine einheitliche Struktur siehe Abb 23 Je de Teilaufgabe wird fortlaufend nummeriert und mit einem Thema versehen Die Teilaufgaben bestehen
260. weisen eine konstante Durchlassspannung von 0 6V und ein ideales Sperrverhalten auf Bei der Dimensionierung des Integrators sind die Widerst nde zwischen 10kQ und 1MQ zu w hlen Auftragsteil Dimensionieren Sie die Kapazit t C und die Widerst nde R und R des Integrierers in Abb 1 so dass sich der Verlauf der Ausgangsspannung Upp Abb 2 ergibt 1155 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele Erg nzende Ausgangssituation f r die Teilaufgaben 9 und 10 Nichtinvertierende Operationsverst rker OPV Schaltung Informationsteil Abb 5 zeigt die Schaltung eines nichtinvertierenden Verst rkers mit dem Operationsverst rker 1 und den Widerst nden 90KQ 10kO Der Operationsverstarker 1 hat eine endliche Leerlaufverst rkung Vo open loop gain 0 Uein Uaus R2 R1 Abb 5 Nichtinvertierende OPV Schaltung Teilaufgabe 9 Nichtinvertierende OPV Schaltung als Regelkreis Informationsteil Bei der Schaltung in Abb 5 wird durch die Widerst nde und Re ein Teil der Ausgangsspan nung auf den invertierenden Eingang des OPV zur ckgekoppelt Durch die Widerst nde R und Re wird eine Gegenkopplung vorgenommen da eine nderung der Ausgangsspannung einer nderung der Eingangsspannung entgegenwirkt Die Ausgangsspannung eines gegen gekoppelten OPV stellt sich immer so ein dass die Eingangsspannungsdifferenz U Null wird Man kann deshalb einen gegengekoppelten OP
261. werden abgefragt 6 8 Aufgabenbeispiel 8 Brennofensteuerung Richtige logische Verkn pfung der Abfrage von B1 und B2 Il St rmeldung wird ausgegeben Fehlerfreie C Syntax Aussagekr ftige Kommentierung des C Programms Il Musterl sung L sungsm glichkeit 1 include lt REG 552 h gt sbit 51 0xCO sbit Signal_B1 0xC1 sbit Signal_B2 0xC2 sbit Betrieb_LED1 0x90 sbit Stoerung_LED2 0x91 void main while 1 Betrieb_LED1 1 Stoerung_LED2 1 while S1 1 Betrieb LED1 0 while Signal_B1 Signal_B2 Stoerung_LED2 0 Stoerung_LED2 1 Schalter S1 an Port 4 0 Endlagenschalter B1 an Port 4 1 Endlagenschalter B2 an Port 4 2 Betriebsanzeige LED1 an Port 1 0 Stoermeldung LED2 an Port 1 1 Betriebsanzeige aus low active Stoermeldung aus low active Anlage eingeschaltet Betriebsanzeige an low active beide Endschalter B1 und B2 sind bet tigt Stoermeldung an low active Stoermeldung aus low active L sungsm glichkeit 2 Zinclude REG 552 h sbit S1 0OxCO sbit Signal B1 0xC1 sbit Signal B2 0xC2 sbit Betrieb LED1 0x90 sbit Stoerung LED2 0x91 void main while 1 Betrieb LED1 1 Stoerung_LED2 1 while S1 1 Betrieb_LED1 0 if Signal_B1 0 amp Signal_B2 0 Stoerung_LED2 0 Schalter S1 an Port 4 0 Endlagenschalter B1 an Port 4 1
262. zug Bearbeitungszeit 5 Minuten Teilaufgabe 9 Ablauf Tage Z hler Kompetenzbereiche e C Kommunikation Gepr fte Kompetenzen e CII 1 Technische Prozesse und Schaltungen mit Ablauf pl nen beschreiben Niveau e Kommunikation C Inhalte K2 Darstellungsformen in der Elektrotechnik Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 15 Minuten Teilaufgabe 10 Einsatzm glichkeiten des Digitalkalenders Kompetenzbereiche e D Reflexion Gepr fte Kompetenzen Niveau e D1 1 Einsatzm glichkeiten von elektrotechnischen Schal tungen Ger ten oder Programmen in technischen Teilsys temen beschreiben DI 2 Die Verwendung von elektrotechnischen Schaltun 1241 Kapitel 6 Aufgabenbeispiele gen Ger ten oder Programmen der Alltagswelt Haushalt darstellen e Reflexion D RB1 Determinanten der Technik Inhalte e Reflexion D RB3 Durch die Elektrotechnik beeinflusste Technisierungs prozesse in Industrie und Gesellschaft Aufgabenart Technische Problemstellung mit Anwendungsbezug Bearbeitungszeit 5 Minuten 242 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung 6 5 Aufgabenbeispiel 5 Rolltorsteuerung A Aufgabenteil bersicht Teilaufgabe 1 Betriebsdaten des Motors Teilaufgabe 2 Schaltplan des Laststromkreises Teilaufgabe 3 Rolltorauswahl Teilaufgabe 4 Impuls Zeit Diagramme des Ste

Ergänzende Handreichung zum Fachlehrplan Elektrotechnik

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