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Wir gehen wir pragmatisch an die Verwendung von Kennlinien heran.


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Kennlinien

Attention >

Ein Praktiker muss mit den Kennlinien von Bauelementen umgehen können.

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

Kennlinien sind die 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 vom 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, an der 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 Diode 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 sie 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.

Kennlinien von LED

Oft werden auch die Kennlinien verschiedener Bauelemente gemeinsam dargestellt.

LED-Kennlinie.png
Bild 5: Kennlinien von LEDs verschiedener Farben

Kennlinie von Widerständen

Sehen wir uns die Kennlinien von Widerständen an:

Widerstands-Kennlinie.png
Bild 5: Kennlinien von Widerständen

Widerstands-Kennlinien sind langweilig. Es sind Graden, die beim Strom 0 immer die Spannung 0 haben.

In Bild 5 sind die Kennlinien dreier Widerstände dargestellt. Die rote Kennlinie gehört zu einem Widerstand, der kleiner als der blaue oder grüne ist.

  • Die Kennlinie eines kleinen Widerstands verläuft steil und
  • die eines großen flach.
Attention work

Kennlinie eines Widerstands zeichnen

  1. Wir legen die Spannung und den Strom fest, die uns interessieren.

Meistens haben wir eine maximale Spannung Umax und einen Widerstand R. Dann ist der maximale Strom Imax = Umax / R.

  1. Wir berechnen den Strom I durch den Widerstand R bei einer Spannung U mit I = U / R

Am besten nehmen wir die maximale Spannung Umax und den schon bekannten Strom Imax.

  1. Wir tragen einen Punkt an der Stelle U und I ein (bzw. Umax und Imax).
  1. Wir ziehen eine Gerade von diesem Punkt durch den Nullpunkt (0V und 0A).
Widerstands-Kennlinie-rotiert.png
Bild 6: Kennlinie eines Widerstands mit vertauschten Achsen

Bild 6 zeigt die Kennlinie der selben Widerstände. Die horizontale und vertikale Achse wurde allerdings vertauscht.

Bei Widerstands-Kennlinien mit vertauschten Achsen

  • verläuft die Kennlinie eines kleinen Widerstands flach und
  • die eines großen steil.

Kennlinien mit negativen Werten

Widerstands-Kennlinie-negativ.png
Bild 7: 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 7.

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.

Kennlinie einer Diode mit negativen Werten

Dioden-Kennlinie-negativ_1N4001.png
Bild 8: Kennlinie einer Diode mit negativen Werten

Eine Diode sperrt beim Vertauschen der Polarität. Es fließt kein Strom bei negativer Spannung. Das zeigt Bild 8.

Regeln

Eine Kennlinie stellt eine Eigenschaft eines Bauelements grafisch dar.

Eine Kennlinie 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 im Feld.
  • Es können auch mehrere Kennlinien in einem Bild dargestellt werden.
  • Bild 1, Bild 3 und Bild 5

Es gibt Kennlinien mit negativen Bereichen.

  • Der negative Bereich der horizontalen Achse liegt links,
  • der negative Bereich der vertikalen Achse unten.
  • Bild 7 und Bild 8

Kennlinien werden von den Herstellern der Bauelemente in verschiedenen Darstellungen bereitgestellt.

  • Die horizontale und vertikale Achsen können vertauscht sein.
  • Die Achsen können linear oder logarithmische Skalen haben.
  • Negative Bereiche können mit dargestellt sein.

Kennlinien können verwendet werden, um das Verhalten einer Schaltung zu bestimmen. Wir werden darauf im Praktikum Mit Kennlinien arbeiten eingehen.