Hier klärst du, wie die Brücke die Zählung stört und was dagegen hilft.

Schritt 3 von 5. Du beschreibst die Störung nach dem EMV-Modell, liest das Datenblatt des Schmitt-Triggers, vergleichst Komparator und Schmitt-Trigger, berechnest einen Tiefpass, wertest die Zählungen aus und schlägst Maßnahmen vor.

Danach: Rechenwege und Lösungen Teil 4

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Eine Störung braucht Quelle, Weg und Senke. Am besten nimmt man ihr zwei davon.

Am Ende hast du: eine EMV-Analyse der Zählung mit Ursache, Messreihe und begründetem Maßnahmenvorschlag.

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.

Zeitdiagramm in drei Spuren. Oben die Eingangsspannung: Ruhepegel 4,0 V, eine Störspitze bis 1,9 V, dann ein Fluggast mit langsam fallender und steigender, verrauschter Flanke. Darin gestrichelt die Schwellen 2,0 V, 2,9 V und 1,6 V. Mitte der Ausgang des Komparators: ein Zählimpuls für die Störspitze und mehrere an den verrauschten Flanken. Unten der Ausgang des Schmitt-Triggers: genau ein Impuls für den Fluggast.Komparator oder Schmitt-Trigger?Dasselbe Eingangssignal, zwei Auswertungen · Schwellen 2,0 V und 2,9 V/1,6 V · UnterrichtswerteuEin V012345U(T+) = 2,9 VU(ref) = 2,0 VU(T−) = 1,6 VKomparatorSchmitt-TriggerStörspitzeFluggastt →
Zeitdiagramm: oben die Eingangsspannung uE an MP E mit einer Störspitze bis 1,9 V und einem Fluggast mit verrauschten Flanken; gestrichelt die Vergleichsspannung des Komparators 2,0 V (rot) und die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers 2,9 V und 1,6 V (blau). Mitte: Der Komparator meldet die Störspitze als Unterbrechung und schaltet an jeder verrauschten Flanke mehrfach. Unten: Der Schmitt-Trigger schaltet erst unter 1,6 V ein und erst über 2,9 V wieder aus, ein Impuls je Fluggast. Komparator: Ausgang 1 bei freiem Strahl wie in Teil 3, der Zähler zählt jede fallende Flanke. Schmitt-Trigger-Inverter: Ausgang 1 bei unterbrochenem Strahl, gezählt wird die fallende Flanke am Ende der Unterbrechung, je Fluggast genau eine. Unterrichtswerte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erst du, dann die anderen

Die Meisterin fragt: „Reicht es nicht, die Schranke einfach unempfindlicher zu machen?“ Was würdest du ihr antworten, und wie würdest du es belegen?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Schwelle verschieben. Schnell, aber das Symptom. Die nächste stärkere Spitze zählt wieder.
  • Hysterese einbauen. Wertet sauber aus, auch langsame Flanken. Ändert aber nichts an der Störung selbst.
  • Die Störung fernhalten. Leitung trennen und schirmen. Behebt die Ursache, kostet Arbeit im Doppelboden.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Gegebene Werte: Störung und Maßnahmen · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: Störung und Maßnahmen

Störspitzen
4 kHz, Dauer rund 20 µs; im Dauerlauf bleiben sie über 2,0 V, beim Anfahren und Bremsen des Hubantriebs reichen einzelne bis 2,1 V unter den Ruhepegel von 4,0 V
Komparator -K2
Schwelle 2,0 V, keine Hysterese
Schmitt-Trigger
Schwellen 2,9 V und 1,6 V (Datenblatt bei Aufgabe 8.2)
RC-Tiefpass
1 kΩ, 100 nF
Leitungen
-W5 ungeschirmt, 12 m, 6 m parallel zu -W20 mit 5 cm Abstand

Alle Werte sind Unterrichtswerte. Die Zählungen stehen bei Aufgabe 8.5.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

EMV-Analyse und Maßnahmenvorschlag

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • dem EMV-Modell mit Quelle, Weg, Senke und Kopplungsart
  • den Schwellen und dem Störabstand des Schmitt-Triggers
  • der Rechnung zum Tiefpass
  • der Auswertung der Zählungen
  • der bewerteten Maßnahmentabelle
  • dem Vorschlag an die Meisterin

Zur Dokumentation

Jede Bewertung begründet, jede Zahl mit Quelle.

Mit der Logikanalyse und dem Messbericht aus Teil 3 ist das Meilenstein M2.

Aufgabe 8.1

Beschreibe die Störung an J 07 nach dem EMV-Modell:

  • Benenne Störquelle, Kopplungsweg und Störsenke.
  • Erkläre die vier Kopplungsarten in je einem Satz.
  • Ordne zu, welche Kopplung an J 07 wirkt, und begründe.
  • Erkläre, weshalb ein Umrichter eine starke Störquelle ist.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: EMV · Kopplung · Frequenzumrichter

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 8.2

Datasheet excerpt · hex Schmitt-trigger inverter · Unterrichtsmaterial

Description
Six inverters with Schmitt-trigger inputs. They transform slowly changing input signals into sharply defined, jitter-free output signals.
VT+
positive-going threshold voltage: typ. 2.9 V at VCC = 5 V
VT−
negative-going threshold voltage: typ. 1.6 V at VCC = 5 V
ΔVT
hysteresis voltage (VT+ − VT−): typ. 1.3 V
VIH, VIL
standard inputs of the same family: VIH min. 3.5 V, VIL max. 1.5 V at VCC = 5 V
tpd
propagation delay: typ. 12 ns

Auszug, für den Unterricht vereinfacht. Werte typisch, Unterrichtswerte.

Lies das englische Datenblatt des Schmitt-Triggers:

  • Übersetze „positive-going threshold“, „negative-going threshold“ und „hysteresis“.
  • Gib die beiden Schaltschwellen und die Hysterese an.
  • Übersetze die Beschreibung in einem Satz.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Schmitt-Trigger · Fachenglisch · Hysterese

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 8.3

Zwei Übertragungskennlinien. Links schaltet der Ausgang genau bei 2,0 V um. Rechts schaltet er beim Absinken unter 1,6 V auf 1 und beim Ansteigen über 2,9 V auf 0, dazwischen liegt die Hysterese.Übertragungskennlinienlinks Komparator ohne Hysterese · rechts Schmitt-Trigger mit Hysterese · Ausgang 1 = Strahl unterbrochenuE in VuA012345102,0 VuE in VuA012345102,9 V1,6 VHysterese 1,3 V
Übertragungskennlinien: links der Komparator ohne Hysterese, der Ausgang uA wechselt genau bei 2,0 V. Rechts der Schmitt-Trigger: Beim Absinken der Eingangsspannung schaltet er erst unter 1,6 V auf 1, beim Ansteigen erst über 2,9 V wieder auf 0. Die Differenz von 1,3 V ist die Hysterese. Unterrichtswerte. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Vergleiche Komparator und Schmitt-Trigger im Zeitdiagramm oben:

  • Zähle die Impulse am Ausgang des Komparators.
  • Zähle die Impulse am Ausgang des Schmitt-Triggers.
  • Erkläre, weshalb der Schmitt-Trigger an der verrauschten Flanke nur einmal schaltet.
  • Bestimme den Störabstand des Schmitt-Triggers bei 4,0 V Ruhepegel und vergleiche mit der Störspitze.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Schmitt-Trigger · Hysterese · Störabstand

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 8.4

τ = R · C    fg = 12 · π · R · C

Berechne einen RC-Tiefpass vor dem Eingang:

  • Berechne Zeitkonstante und Grenzfrequenz für 1 kΩ und 100 nF.
  • Beurteile die Wirkung auf eine Störspitze von 20 µs.
  • Beurteile die Wirkung auf einen Fluggast von 0,4 s.
  • Erkläre, weshalb man einen Tiefpass mit einem Schmitt-Trigger kombiniert.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Tiefpass · Grenzfrequenz · Zeitkonstante

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 8.5

Zählungen an J 07, letzte fünf Abfertigungen (Unterrichtswerte):

Flug Passagierliste gezählt Brückenbewegungen beim Boarding
1 · Abend, gestern 186 203 3
2 · Morgen 142 142 0
3 · Mittag 211 236 4
4 · Nachmittag 98 104 1
5 · Abend 174 190 3

Werte die Messreihe der Zählungen aus:

  • Berechne für jeden Flug die Abweichung.
  • Berechne die mittlere Fehlzählung je Brückenbewegung.
  • Begründe, was Flug 2 beweist.
  • Vergleiche mit deiner Schätzung aus dem Auftrag.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Messreihe · Mittelwert

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

Aufgabe 8.6

Erarbeite einen Maßnahmenvorschlag gegen die Fehlzählung:

  • Bewerte die Maßnahmen in der Tabelle nach Wirkung und Aufwand.
  • Entscheide, welche Maßnahmen ihr kombiniert.
  • Begründe, weshalb eine einzelne Maßnahme nicht reicht.
  • Formuliere den Vorschlag in drei Sätzen für die Meisterin.
Maßnahme wirkt auf Wirkung Aufwand
-W5 getrennt verlegen, mindestens 30 cm Abstand oder Trennsteg
-W5 als geschirmte Leitung, Schirm beidseitig großflächig aufgelegt
verdrillte Adern für Signal und Masse
Schmitt-Trigger statt Komparator
RC-Tiefpass vor dem Eingang
Ferritkern auf -W5
Ausgangsfilter am Umrichter -T20

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: EMV-Maßnahmen · Schirmung · Leitungsverlegung

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

Die Lage ändert sich

Der Betreiber der Fluggastbrücke tauscht im Winter den Umrichter. Der neue schaltet mit 16 kHz statt 4 kHz und mit steileren Flanken.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, was sich an Störfrequenz und Störspitzen ändern kann.
  • Beurteile, ob dein Tiefpass noch passt.
  • Entscheide, ob eure Maßnahmen dann noch reichen.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

Für Lehrkräfte
Für Lehrkräfte: Lernangebot 8 · 4,5 h. Laborvorschlag: zwei Leitungen 2 m parallel, eine an einem kleinen Umrichter oder Schaltnetzteil, auf der anderen mit dem Oszilloskop messen; Abstand vergrößern, geschirmte Leitung einsetzen, vergleichen. Die Änderung an der Leseeinheit (Schmitt-Trigger) setzt eine Herstellerfreigabe voraus; das wird in Teil 6 aufgegriffen. Die Neustarts aus Teil 2 werden hier aufgelöst.
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