Kennlinien aufnehmen und darstellen

Im Praktikum Kennlinien messen und darstellen wird gezeigt, wie Kennlinien ermittelt werden können.

In diesem Rezept werden weitere Verfahren vorgestellt und zusammengefasst.

Schaltungen für das Aufnehmen von Kennlinien

Die ersten beiden Schaltungen arbeiten mit einer festen Versorgungsspannung und einem variablen Widerstand.

Natürlich können wir auch die Versorgungsspannung variieren.

• Dazu ist meistens ein Labornetzgerät erforderlich.

• Labornetzgeräte zeigen oft die gelieferte Spannung und den gelieferten Strom an.

• In einigen Fällen ist der Widerstand R nicht erforderlich.

Werte für Widerstände

In den meisten Fällen wird ein veränderlicher Widerstand R benötigt.

Dazu kann natürlich auch ein Potentiometer verwendet werden. Bei einem Potentiometer ist jedoch zu beachten, dass

• es überlastet werden kann,

• wenn R klein ist, kann ein relativ hoher Strom fließen.

• der Einstellbereich nicht ausreicht.

• Bei einem Potentiometer ist es schwierig, einen Wert auf ein Hundertstel einzustellen.

Festwiderstände

Wir können einfach eine Reihe von Festwiderständen für R einsetzen.

In den meisten Fällen sind Werte mit 1 2,2 4,7 10 usw. in Ω und kΩ sinnvoll. Damit kann ein großer Wertebereich abgedeckt werden.

Kennlinien aufnehmen

Mit Hilfe der Versorgungsspannung und des Widerstandes R wird ein Spannungs-/Stromwert am untersuchten Bauteil eingestellt.

Wir messen die Spannung U_x und den Strom I_x und tragen die Werte in eine Tabelle ein.

Diese Tabelle laden wir später in ein Programm, das die Kennlinie für uns darstellt.

Dazu müssen wir die Tabelle für dieses Programm etwas aufbereiten. Am besten erstellen wir die Tabelle direkt am Computer in einem einfachen Texteditor.

• Wir dürfen keine rafinierten Programme wie Word oder Openoffice verwenden, sondern einfache Editoren wie den NOTEPAD oder den Notepad++ unter Windows.

Die Werte werden mit einem Dezimalpunkt geschrieben. Einheiten wie V, mA usw. werden nicht angegeben. Stattdessen müssen alle Spannungs- bzw. Stromwerte in den gleichen Einheiten angegeben werden.

Jeder Messwert wird in eine Zeile eingetragen. Die beiden Werte werden durch ein Komma voneinander getrennt. Leerzeichen zwischen den Werten sind erlaubt.

Die erste Zeile der Tabelle enthält die Spaltenüberschriften, die Beschreibung der Werte in den Spalten, z.B.

LED-Spannung in V, LED-Strom in mA
            2.72 ,  2.05
            2.76 ,  2.86
            3.11 , 18.9

Eine Beispieldatei kann unter BlaueLED-kleine-Werte.csv heruntergeladen werden.

Die Spaltenüberschriften können Leerzeichen, aber keine Kommas enthalten. Die Spalten werden durch Kommas getrennt.

Eine solche Datei enthält durch Komma getrennte Werte - Comma Separated Values. Es handelt sich um eine CSV-Datei, die am besten als xxx.csv bezeichnet wird.

Kennlinie darstellen

Im Internet gibt es verschiedene Seiten, mit denen die Daten der Kennlinien dargestellt werden können.

CSV Plot

CSV Plot verfügt über eine einfache interaktive Benutzeroberfläche.

Eine Beispieldatei kann unter BlaueLED-kleine-Werte.csv heruntergeladen werden.

Scharen von Kennlinien

Scharen von Kennlinien wie z.B.

können aufgenommen werden, indem das zu messende Bauelement über einen weiteren Eingang gesteuert wird.

Für die Kennlinienschar in Bild 5 wird für verschiedene Basisströme jeweils eine Kennlinie der Kollektor-Emitter-Strecke gemessen.

• Am besten wird der Kollektorstrom bei einer variablen Spannung gemessen.

• Der Basisstrom wird über einen Vorwiderstand von einer zweiten Spannungsquelle eingestellt.

Die Werte werden in eine gemeinsame CSV-Datei geschrieben.

• Die erste Spalte enthält die Kollektor-Emitter-Spannung.

• Die folgenden Spalten enthalten den Kollektorstrom bei einem bestimmten Basisstrom.

   Uce,  0.2mA, 0.4mA, 0.6mA, 0.8mA, 1.0mA, 1.2mA, 1.6mA, 2.0mA, 2.4mA, 2.8mA
   0.0,      0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0,     0
   0.2,     25,    50,    98,   102,   120,   150,   195,   225,   240,   250
   0.4,     45,    80,   130,   170,   195,   230,   270,   320,   355,   400
   0.6,     49,    90,   140,   185,   215,   245,   300,   355,   400,   440
   0.8,     50,   100,   145,   190,   220,   255,   310,   370,   420,   460
   1.0,     50,   100,   145,   192,   225,   260,   315,   380,   425,   470
   1.2,     50,   100,   145,   193,   230,   265,   320,   383,   430,   475
   1.6,     50,   100,   145,   195,   235,   270,   325,   385,   440,   480

Beispiel der CSV-Datei

Die Beispieldatei kann unter BC337-Ausgangskennlinie.csv heruntergeladen werden.

Kennlinienschar unter Online Graph Maker

Unter Online Graph Maker kann die Kennlinienschar dargestellt werden.

Anleitung für Graph Maker

• Den Online Graph Maker aufrufen.

• Mit Import kann die CSV-Datei hochgeladen werden.

• Im Subdialog Upload klicken.

• Die CSV-Datei wählen.

• Es wird noch keine Grafik dargestellt, aber oben wird der Inhalt der geladenen Tabelle angezeigt.

Die einzelnen Kennlinien müssen definiert werden:

• Mit + Trace wird eine Kennlinie definiert:

• Unter Scatter kann der Typ Line ausgewählt werden,

• im Feld X immer Uce auswählen und

• im Feld Y einen Basisstrom zuordnen.

• Axes to Use ignorieren.

• Mit einem Klick auf "trace nn" rechts in der Grafik kann diese neue Kennlinie beschriftet werden.

• Dies ist erst ab dem zweiten Trace möglich.

• Für jeden Basisstrom wird ein neuer Trace angelegt.

• Der Titel, die X- und Y-Achse können definiert werden. Klick auf

• den Titel (Click to enter Plot title),

• die X-Achse (Click to enter X axis title) und

• die Y-Achse (Click to enter Y axis title).

• Mit Save das Diagramm als Bild herunterladen (erfordert Anmeldung).

• Das Diagramm kann natürlich auch einfach per Bildschirmfoto kopiert werden.

Kennlinien mit gnuplot

gnuplot ist ein skript- bzw. kommandozeilengesteuertes Programm, das es als Open Source für alle gängigen Betriebssysteme verfügbar ist.

Das Bild 5 wurde mit gnuplot erstellt. Es enthält unter anderem geglättete Linien.

• Es wird auf der Kommandozeile gearbeitet

• und dann per Skript-Datei.

• Die Originalbeschreibung ist ein Wälzer von über 300 Seiten.