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Wir gehen wir pragmatisch an die Verwendung von Kennlinien heran.


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Kennlinien

Für dieses Praktikum ist es hilfreich, Dioden zu kennen wie sie in Dioden vorgestellt werden.

Kennlinien sind eine grafische Darstellung einer Eigenschaft eines Bauelements.

Kennlinie einer Diode

Wir wissen, dass Dioden eine Flussspannung haben. Z.B haben wir für eine 1N4001 eine Flussspannung von 1V angenommen.

Wenn wir allerdings genauer messen, stellen wir fest, dass dieser Wert of nicht stimmt. Insbesondere hängt die Flussspannung von dem Strom durch die Diode ab.

Dioden-Kennlinie_1N4001.png
Bild 1: Kennlinie der Diode 1N4001

Die Kennlinie in Bild 1 stellt dar, bei welcher Flussspannung welcher Strom fließt. Oder wie hoch die Flussspannung bei welchem Strom ist.

Auf der horizontalen Achse ist die Flussspannung eingetragen. Auf der vertikalen der Strom.

Zum Auswerten der Kennlinie werden einfach zwei Linien eingetragen:

Dioden-Kennlinie_1N4001-Linien.png
Bild 2: Auswertung der Kennlinie der Diode 1N4001

Meistens wollen wir wissen, wie hoch die Flussspannung der 1N4001 bei einem bestimmten Strom, z.B. 1A ist. Wie in Bild 2 tragen wir z.B. eine horizontale Line bei 1,0A ein. An der Stelle, wie diese Linie die Kennlinie kreuzt, ziehen wir eine vertikale Linie nach unten. Dort können wir ablesen, wie hoch die Flussspannung ist: 0,95V. Der Wert ist geschätzt, weil die Zahlen auf der horizontalen Achse nur ungenau ist.

Komplexe Kennlinien

Dioden-Kennlinie_1N4148.png
Bild 3: Kennlinien der Diode 1N4148

In Bild 3 sind drei Kennlinien der 1N4148 eingetragen. Die Hilfslinien erleichtern uns die Flussspannung für einen bestimmten Strom abzulesen.

Die Kennlinie (2) ist die typische Kennlinie einer 1N4148. Aufgrund von Exemplarstreuungen kann die Kennlinie aber auch (3) entsprechen. Wenn die 1N4148 heiß ist (175°C) ist die Kennlinie (1) gültig.

Wir lesen ab,

  • Bei 200mA ist die Flussspannung meistens 1,02V
  • Es kann aber vorkommen, dass die bei 200mA 1,43V ist.
  • Ist die 1N4148 175°C heiß, ist die Flussspannung 0,95V.

Die zweite Stelle hinter dem Komma ist geschätzt.

Die wichtigste Aussage ist, dass die Flussspannung einer 1N4148 ist nur sehr ungenau dargestellt ist.

Das ist der Grund, warum wir für die Flussspannung einer 1N4148 einfach nur 1V annehmen.

Die Darstellung in Bild 3, erlaubt es nicht, die Flussspannung für kleine Ströme um 1mA zu bestimmen. Wir können nur grob schätzen, dass es um 0,6V ist.

Dioden-Kennlinie_1N4148-log.png
Bild 4: Kennlinie einen 1N4148 mit weitem Strombereich

In Bild 4 ist der Strom nicht in gleichmäßig (linear), sondern gespreizt (logarithmisch) dargestellt. Damit können wir auch die Flussspannung bei 1mA ablesen, nämlich 0,6V. Bei 200mA können wir der Kennlinie entnehmen, dass eine Flussspannung von 0,9V abfällt.

Kennlinie eines Widerstands

Abschließend sehen wir uns die Kennlinie eines Widerstands an:

Widerstands-Kennlinie.png
Bild 4: Kennlinie eines Widerstands

Eine Widerstandskennlinie ist langweilig. Es ist eine Grade, die beim Strom 0 immer die Spannung 0 hat.

Widerstands-Kennlinie-rotiert.png
Bild 5: Kennlinie eines Widerstands mit vertauschten Achsen

Bild 5 zeigt die Kennlinie des selben Widerstands. Die horizontale und vertikale Achse wurde allerdings vertauscht.

Kennlinien werden von den Herstellern in verschiedenen Darstellungen bereitgestellt.

Kennlinien mit negativen Werten

Widerstands-Kennlinie-negativ.png
Bild 6: Kennlinie eines Widerstands mit negativen Werten

Negative Spannungen an Widerständen treten auf, wenn die Polarität am Widerstand vertauscht wird, also die Anschlüsse des Widerstands vertauscht werden.

Das hat beim Widerstand, wie wir wissen, keine besondere Wirkung. Die Spannung liegt in entgegengesetzter Richtung an und der Strom fließt in andere Richtung. Eben negativ. Genau das zeigt die Kennlinie in Bild 6.

Die negative Spannung liegt auf der linken Seite, Der negative Strom unten.

Ein Widerstand wird immer noch durch eine Gerade beschrieben.

Bei einer negativen Spannung fließt ein negativer Strom:
Die Kurve verläuft auf der linken Seite unten.

Dioden-Kennlinie-negativ_1N4001.png
Bild 7: Kennlinie einer Diode mit negativen Werten

Eine Diode sperrt beim Vertauschen der Polarität. Es fließt kein Strom bei negativer Spannung. Das zeigt Bild 7.

Regeln

Eine Kennlinie stellt eine Eigenschaft eines Bauelements graphisch dar.

Eine wird in einem Feld mit

  • einem Wert auf einer horizontalen Achse und
  • einem anderen auf der vertikalen dargestellt.

An den Achsen sind die Werte der Achsen angetragen.

Die Kennlinie ist die Kurve in dem Feld.

Es können auch mehrere Kennlinie in einem Bild dargestellt werden.

Es gibt Kennlinien mit negativen Bereichen.

Der negative Bereich der horizontalen Achse liegt links,

der negative Bereich der vertikalen Achse rechts.