Hier rechnest du die Lichtschranke durch und liest ihr Signal am Oszilloskop ab. Leg den Stromlaufplan daneben.
Schritt 3 von 5. Du erklärst Sender, Empfänger und Komparator, berechnest Ströme und Spannungen, liest Pegel und Störspitzen ab und bestimmst den Störabstand.
Danach: Rechenwege und Lösungen Teil 3
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Komparator zählt jede Spitze, die seine Schwelle kreuzt. Er weiß nicht, ob es ein Mensch war.
Am Ende hast du: eine Signalanalyse der Lichtschranke mit Rechnung, abgelesenen Werten, Störquelle und Störabstand.
Karte „Vom Netzstecker bis zum Bild“: Die ganze Gate-Technik auf einer Seite: vom Netzstecker über die Netzteile bis zu Bild, Leseeinheit und Lichtschranke, mit Kennzeichen und Messpunkten. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe.
Erst du, dann die anderen
Die Gate-Agentin sagt: „Die Schranke zählt doppelt, wenn die Brücke fährt.“ Wie würdest du beweisen, dass die Brücke schuld ist, und nicht die Fluggäste oder die Schranke selbst?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Beobachten. Beim Boarding neben der Schleuse stehen und mitzählen. Einfach, aber nur ein Verdacht.
- Messen. Oszilloskop an MP E, die Brücke fahren lassen, ohne dass jemand durchgeht. Belegt die Ursache, braucht ein Zeitfenster.
- Ausschließen. Brücke stillsetzen und zählen. Wenn es dann stimmt, ist es die Brücke, aber man weiß noch nicht, wie sie wirkt.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Lichtschranke und Komparator · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Lichtschranke und Komparator
- Sender
- -R6 150 Ω, -E6 Infrarot 880 nm, Durchlassspannung 1,5 V
- Empfänger
- -B5 Fototransistor; IC frei 0,40 mA, unterbrochen 5 µA; -R1 10 kΩ
- Komparator
- -K2, -R2 15 kΩ, -R3 10 kΩ, Versorgung 5 V
- Leitung
- -W5, 12 m, ungeschirmt, 6 m neben -W20
- Umrichter
- -T20 der Fluggastbrücke, Taktfrequenz 4 kHz
Alle Werte sind Unterrichtswerte. Die Oszillogramme stehen bei Aufgabe 6.5.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Signalanalyse Lichtschranke
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- der Erklärung von Sender, Empfänger und Komparator
- den Rechnungen zu -R6, UR1 und Uref
- den abgelesenen Pegeln und Zeiten
- der Störquelle mit Begründung über die Frequenz
- dem Störabstand und seiner Beurteilung
Zur Dokumentation
Jede Rechnung mit Formel, Werten und Einheit. Die Oszillogramme mit Einstellungen.
Mit dem Messprotokoll 24 V ist das der erste Teil des Messberichts für Meilenstein M2.
Aufgabe 6.1
Erkläre die Lichtschranke im Stromlaufplan:
- Beschreibe, wie Sender und Empfänger zusammenarbeiten.
- Erkläre, weshalb ein Fototransistor wie eine lichtgesteuerte Stromquelle wirkt.
- Begründe, weshalb Infrarotlicht verwendet wird.
- Beschreibe den Signalweg bis zum Zähler.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fototransistor · Lichtschranke · Infrarot
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 6.2
I = U − UFR
Berechne den Sender:
- Berechne den Strom durch die Infrarot-Leuchtdiode bei einer Durchlassspannung von 1,5 V.
- Berechne die Verlustleistung von -R6.
- Prüfe, ob ein Widerstand mit 0,25 W reicht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Vorwiderstand · Leuchtdiode · Verlustleistung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 6.3
Berechne die Spannung am Arbeitswiderstand -R1:
- Berechne UR1 bei freiem Strahl.
- Berechne UR1 bei unterbrochenem Strahl.
- Zeichne den Spannungsverlauf, wenn ein Fluggast 0,4 s durch die Schleuse geht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Arbeitswiderstand · Ohmsches Gesetz
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 6.4
Uref = U · R3R2 + R3
Erkläre den Komparator -K2:
- Berechne die Vergleichsspannung am Eingang −.
- Beschreibe, was der Ausgang tut, wenn UR1 größer ist als die Vergleichsspannung.
- Beschreibe, was bei unterbrochenem Strahl passiert.
- Erkläre, weshalb ein Operationsverstärker ohne Rückkopplung als Komparator arbeitet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Komparator · Operationsverstärker · Spannungsteiler
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 6.5
Lies die Oszillogramme der Lichtschranke ab:
- Bestimme Ruhepegel und Pegel bei unterbrochenem Strahl aus Bild A.
- Bestimme, wie lange der Strahl unterbrochen ist.
- Bestimme aus Bild B, wie tief die Störspitzen reichen.
- Bestimme den zeitlichen Abstand der Spitzen und ihre Frequenz.
- Ordne die Störquelle mit den Anlagendaten zu.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Oszilloskop · Störspannung · Frequenzumrichter
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 6.6
Bestimme den Störabstand und beurteile ihn:
- Bestimme den Abstand vom Ruhepegel zur Vergleichsspannung.
- Vergleiche ihn mit der Tiefe der Störspitzen.
- Erkläre, weshalb jede Spitze unter 2,0 V als Fluggast gezählt wird.
- Beurteile den Vorschlag, die Vergleichsspannung auf 1,0 V zu senken.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Störabstand · Komparator
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Die Reinigung hat den Empfänger der Lichtschranke mit einem fettigen Tuch gewischt. Bei freiem Strahl fließen jetzt nur noch 0,25 mA.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Berechne den neuen Ruhepegel.
- Prüfe, wie sich der Störabstand ändert.
- Beurteile, ob jetzt noch mehr falsch gezählt wird.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.