Referat Analog - digital - methodisch-didaktische hinweise

ANALOG DIGITAL

ALLGEMEINE LERNZIELE

Die Schüler unterscheiden zwischen analogen und digitalen Signalen;

unterscheiden zwischen analog- und digitalarbeitenden Geräten;

erkennen das   Black-Box-Prinzip als wesentliches Hilfsmittel zur theoretischen Beschreibung physikalischer Zusammenhänge.

METHODISCH-DIDAKTISCHE HINWEISE

Das Black-Box-Prinzip lä t sich sehr einfach anhand eines im Unterricht häufig verwendeten Netzgerätes beschreiben und erklären. Die Bedeutung dieses Prinzips ist eingehend zu erläutern, denn nur mit diesem Prinzip können komplexe technische Geräte, z.B. das Digitalmeßgerät oder der Computer, sach- und schulgerecht gerecht dargestellt werden. Das Ein-Ausgabe-Prinzip kann von den Schülern auf viele ihnen bekannte technische Geräte angewendet werden. Anhand dieser Geräte kann dann jeweils bestimmt werden, welche physikalische Größe das Eingangs- und das Ausgangssignal darstellt und demzufolge in der Black-Box physikalisch geschehen muß.

_{Tabelle 1 Tabellarischer Zusammenhang des Black-Box-Prinzips}

VERSUCHE UND AUFGABEN

Versuch:

Physikalische Geräte werden vom Lehrer durch ein Tuch verdeckt. Die Schüler sehen" nur durch entsprechende Meßgeräte dargestellt das Eingangs- bzw. Ausgangssignal und müssen dann erklären, welche physikalischen Prozesse in der Black Box stattfinden.

Beispiel:

Eine selbstgewickelte Heizspirale (Kupferdraht, ca. mm ) wird in einen verdeckten Wassertopf gelegt. Über ein regelbares Netzgerät wird jetzt der Heizstrom (Eingangssignal) variiert, so daß sich die Wassertemperatur (Ausgangssignal) ändert. Beide Größen sollten durch Demonstrationsinstrumente dargestellt werden. Nachdem die Schüler allgemein den physikalischen Prozeß beschrieben haben, kann anschließend noch durch Aufnahme der Meßwerte und Darstellung in einem Diagramm ein Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße aufgestellt werden.

SACHANALYSE

Zur Unterscheidung der Begriffe ANALOG DIGITAL eignet sich hier am besten eine BLACK-BOX Definition entsprechend Abbildung .

Abbildung 1 BLACK-BOX-Prinzip: Einer Eingangsgröße ist eine Ausgangsgröße zugeordnet, ohne daß die technische Realisation der Abbildungsvorschrift angegeben ist.

Abbildung 2 Verbindungen zwischen analoger und digitaler Elektronik

Die Verbindung zwischen diesen Teilgebieten der gesamten Elektronik wird durch ANALOG-DIGITAL-UMSETZER (ADU) und DIGITAL-ANALOG-UMSETZER DAU) gewährleistet (Abbildung , denen vor allen Dingen in der Steuer- und Regeltechnik eine große Bedeutung zukommt.

Wir sprechen von analoger Elektronik, wenn die Ausgangsgröße ein eindeutiges, punktweise stetiges Abbild der Eingangsgröße ist.

Wir sprechen von digitaler Elektronik, wenn die Ausgangsgröße eine mit vorgegebenem kleinsten Schritt quantisiertes, zahlenmäßiges Abbild der Eingangsgröße ist.

Abbildung 3 zeigt am Beispiel eines einfachen Sinussignals den Unterschied zwischen analoger und digitaler Verarbeitung. Die praktische Realisation eines einfachen Analog-Digital Umsetzers wird in Kapitel F ausführlich beschrieben.

Abbildung 3 a) Analoge Signalverarbeitung; b) digitale Signalverarbeitung (Momentanquantisierung der

Eingangsgröße x_e durch Auszählen der Quanten)