Aufgabe Vorschlag B - 2 - Z-Diode und Spannungsteiler · Abitur Hessen Mechatronik LK 2021

Material 2

2 Schaltung zur Begrenzung der Zugkraft (Material 2)

Um die maximale Wickelkraft des Palettenwicklers zu begrenzen wird ein Zugkraftsensor (Dehnungsmessstreifen) verwendet. Der Sensor benötigt eine stabilisierte Spannung von 5 V. Die Stabilisierung soll mit einer Z-Diode Typ BZX 85 realisiert werden. Der Sensor ist als Messbrücke konstruiert, damit wirken sich mögliche Spannungsschwankungen der Betriebsspannung direkt auf den Messwert aus.

2.1

Zeichnen Sie eine einfache Spannungsstabilisierung mit Z-Diode in die Schaltung (Abbildung 2.1) ein. Wählen Sie eine passende Z-Diode mithilfe des Datenblattauszugs BZX 85 (Abbildung 2.2) aus und berechnen Sie den erforderlichen Vorwiderstand in der Schaltung.

Hinweise: Der Strom durch die Z-Diode ist so zu wählen, dass die Sensorspannung exakt 5 V beträgt. Der Innenwiderstand des Sensors beträgt 350 Ω.

2.2

Analysieren Sie die möglichen Auswirkungen auf die Belastung der Z-Diode, wenn durch einen Kabelbruch die Last (Sensor) nicht mehr mit der Spannungsversorgung verbunden ist und beurteilen Sie mithilfe des Datenblattauszugs BZX 85 (Abbildung 2.2), ob dieses Problem auch in der konkreten Schaltung auftreten kann.

Hinweis: Wenn Sie den Strom durch den Vorwiderstand in Aufgabe 2.1 nicht ermittelt haben, ist mit I = 150 mA weiterzurechnen.

2.4

Berechnen Sie $R_2$ im Spannungsteiler der Sensorschaltung (Abbildung 2.1) für einen Strom von 0,5 mA. Überprüfen Sie, ob das Potentiometer geeignet ist, die Spannung nach den Vorgaben ($U_{R2} = 5{,}5\,\mathrm{mV}$) einzustellen.

Hinweis: In die Eingänge des Operationsverstärkers fließt kein Strom.