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Kennlinien aufnehmen und darstellen.


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Kennlinien aufnehmen und darstellen

In dem Praktikum Kennlinien messen und darstellen wird dargestellt, wie Kennlinien ermittelt werden können.

In diesem Rezept werden weitere Verfahren vorgestellt und zusammengefasst.

Schaltungen für das Aufnehmen von Kennlinien

Kennlinie-messen-Prinzip.png
Bild 1: Eine Kennlinie messen
Kennlinie-messen.png
Bild 2: Eine Kennlinie mit Voltmeter messen
Kennlinie-messen-Spannung.png
Bild 3: Kennlinien mit variabler Spannung messen

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

Natürlich können wir auch die Versorgungsspannung variieren.

  • Das setzt meistens ein Labornetzgerät voraus.
  • Labornetzgeräte zeigen oft die bereitgestellte Spannung und den abgegebenen Strom an.
  • In einigen Fällen ist der Widerstand R nicht nötig

Werte für Widerstände

Meistens wird ein variabler Widerstand R benötigt.

Dafür kann natürlich ein Potentiometer eingesetzt werden. Bei einem Potentiometer ist aber zu beachten, dass

  • es überlastet werden kann
  • Wenn R klein ist, kann ein relativ hoher Strom fließen, der das Potentiometer überlasten kann.
  • der Einstellbereich nicht ausreicht.
  • Mit einem Potentiometer kann kaum ein Wert auf ein Hundertstel eingestellt werden.

Festwiderstände

Wir können für R einfach eine Reihe von Festwiderständen einsetzen.

In den meisten Fällen sind Werte mit 1 2,2 4,7 10 usw. in Ω und kΩ sinnvoll. Damit kann ein weiter Bereich von Werten überstrichen werden.

Kennlinien aufnehmen

Die Versorgungsspannung und der Widerstand R dienen dazu, einen Spannungs/Strom-Wert an dem untersuchten Bauelement einzustellen.

Wir messen die Spannung Ux und den Strom Ix und tragen die Werte in eine Tabelle ein.

Diese Tabelle laden wir später in ein Programm, dass die Kennlinie für uns darstellt. Wir müssen daher die Tabelle ein wenig für dieses Programm vorbereiten.

Die Tabelle erstellen wir am besten gleich auf dem Computer in einem einfachen Texteditor.

  • Wir dürfen keine schlauen 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. Vielmehr müssen alle Werte der Spannung bzw. des Stroms in gleichen Einheiten angegeben werden.

Jede Messung wird in eine Zeile eingetragen. Die beiden Werte werden durch ein Komma getrennt. Um die Werte dürfen Leerzeichen stehen.

In der ersten Zeile der Tabelle tragen wir die Bezeichnung für die Werte in den Spalten ein.

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

Die Bezeichnung der Spalten darf Leerzeichen enthalten, aber kein Komma. Die Spalten werden durch ein Komma getrennt.

Eine solche Datei enthält durch Komma getrennt Werte - Comma Separated Values. Es ist eine CSV-Datei, die am besten mit xxx.csv bezeichnet wird.

Kennlinie darstellen

Es gibt verschiedene Seiten im Internet, mit denen die Daten von Kennlinien dargestellt werden können.

CSV Plot

CSV Plot hat ein einfaches interaktives Interface.

BlaueLED-Kurve-kleine-Werte.png
Bild 4: Interface von CSV Plot
  • Load CSV file anklicken und dann die Datei hochladen.
  • Eine Linie wird durch Klicken auf das zweite Symbol oben links dargestellt.
  • Bild per Bildschirmfoto kopieren

Online Graph Maker

  • Die interaktive Bedienung ist vielfältiger und entsprechend komplizierter
  • Bilder lassen sich herunterladen (vorher registrieren)

Scharen von Kennlinien

Scharen von Kennlinien wie z.B.

BC337-Ausgangskennlinie.png
Bild 5: Ausgangskennlinien eines BC337

können aufgenommen werden indem das gemessene Bauelement über einen weiteren Eingang angesteuert 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.
Kennlinie-messen-Transistor.png
Bild 6: Messschaltung zum Messen der Ausgangskennlinien eines Transistors

Die Werte werden in eine gemeinsame CSV-Datei eingetragen.

  • Die erste Spalte ist die Kollektor-Emitter-Spannung.
  • Die nächsten Spalten enthalten den Kollektorstrom bei einem bestimmten Basisstrom.

Kennlinienschar unter Online Graph Maker

Unter Online Graph Maker kann die Kennlinienschar dargestellt werden.

BC337-chart-studio_s.png
Bild 7: Interface von Graph Maker
  • Mit Import kann die CSV-Datei hochgeladen werden.
  • Mit + Trace wird eine Kennlinie definiert:
  • Scatter kann der Typ Line ausgewählt werden,
  • unter X immer Uce auswählen und
  • unter Y einen Basisstrom zuordnen.
  • Per Klicks die Überschrift, die X- und Y-Achse beschriften.
  • Per Klicks die traces beschriften.
  • Mit Save das Diagramm als Bild herunterladen (erfordert Anmeldung).
BC337-linear.png
Bild 8: Ausgangskennlinien des BC337 mit Graph Maker

Kennlinien mit gnuplot

gnuplot ist ein skript- bzw. kommandozeilengesteuertes Programm, das es als Opensource für alle gängigen Betriebssysteme gibt.

Das Bild 5 wurde mit gnuplot erstellt. Es enthält u.a. geglättete Linien.

  • per Kommandozeile :-)
  • und dann per Skript