Der Freundeskreis Eisenbahn-Modellbau

Hemsbach e.V.

präsentiert für seine Modellbahn-Jugendgruppe und für alle technisch
interessierten Modellbahnfreunde diese Web-Seite:



Messewerte einer Diodenkennlinie darstellen

Einführung

Für Modelleisenbahner ist es schon mal von Bedeutung, den Verlauf einer
Diodenkennlinie zu kennen. Im Durchlassbereich von einer Diode ist der
Kennlinienverlauf vom Diodenstrom und der Diodenspannung stark nichtlinear.
Als Beispiel einer Diode, die wir sehr häufig in elektronischen Schaltung in
unseren Modelleisenbahnanlagen einsetzen, haben wir die Siliziumdiode 1N4001
ausgewählt.
Es handelt sich bei dieser Diode um ein Halbleiterbauelement mit einem p- und n-
Übergang aus Silizium. Dioden lassen den Strom in einer Richtung, der
Durchlassrichtung (Rd klein) passieren und sperren in der anderen Richtung
(Sperrrichtung Rd groß).

Siliziumdioden

Zum Vergleich sind im obigen Bild drei Silizium-Dioden dargestellt. Die maximalen
Ströme in Durchlassrichtung sind:

1N5400 Idmax = 3 A
1N4001 Idmax = 1 A
1N4148 Idmax = 100 mA

Der silbergraue Farbring an einer Seite der Diode kennzeichnet den Minuspol.
Die Stromrichtung verläuft vom Pluspol zum Minuspol. Das Symbol einer Diode
wird wie folgt gezeichnet:

Diodensymbol


Testschaltung für die Messwerterfassung

Als Spannungsquelle Uo wird ein regelbares Netzgerät verwendet.
Ein Potentiometer ist parallel an das Netzgerät geschaltet. Der Potiabgriff
ermöglicht die Feineinstellung der Spannungshöhe für den daran
angeschlossenen Stromkreis bestehend aus einem Vorwiderstand (Rv=100Ω),
einem Strommesser und der zu untersuchenden Diode 1N4001. Parallel zur Diode
ist ein hochohmiges Voltmeter geschaltet.

Schaltung

Diodenstrom messen

Um den Diodenstrom messen zu können, muss der Stromkreis zwischen Diode
und dem Vorwiderstand zunächst aufgetrennt werden. Mit dem Strommessgerät
wird der Stromkreis wieder geschlossen. Wir verwenden ein Universalmessgerät
mit Zeiger und Skalenteilung. Dies ist ein Analoginstrument mit einem
Messbereichsschalter.
Wie aus dem folgenden Bild ersichtlich, befindet sich der Messbereichsschalter
in der Stellung 0...15 mA und Gleichstrom "A =".

Analoginstrument

Die Einstellung von aufsteigenden Stromwerten im mA-Bereich erfolgt mit dem
Potentiometer.

Durchlass-Spannung messen

Die Messung der Diodenspannung erfolgt mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter,
das parallel zur Diode geschaltet ist.

Digitalinstrument

Der Spannungsmessbereich ist auf Stellung 2000 mV und Gleichspannung "DCV"
eingestellt.

Messwerte der Diodenkennlinie in Tabellenform

Tabelle der Wertepaare Diodenstrom und Durchlass-Spannung:

Id in mA 0,5 1 5 10 20 40 60 80 100
Ud in Volt 0,537 0,573 0,652 0,683 0,716 0,749 0,769 0,782 0,793

Schaubild der Durchlass-Kennlinie einer Si-Diode

Die gemessenen Wertepaare liefern die dunkelblauen Punkte im folgenden Schaubild.
Von jedem Messpunkt wird der Spannungsmesswert Ud auf der horizontalen Achse
und der Stromwert Id auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die dunkelblaue
Verbindungslinie liefert die Diodenkennlinie.

Diodenkennlinie

Ergebnis:
Erst ab ca. 0,5 Volt fliesst Strom durch eine Siliziumdiode. Im Bereich von
0,5 bis 0,7 Volt ist die Diodenkennlinie gekrümmt und erreicht bei 0,7 Volt
einen Durchlassstrom von ca. 18 mA. Danach steigt der Durchlassstrom steil an,
wenn die Diodenspannung weiter erhöht wird.
Die rote Gerade ist eine vereinfachte Diodenkennlinie und beginnt bei 0,7 Volt. Der
Durchlasswiderstand Rd im Bereich bis 120 mA beträgt dann nur noch etwa 0,8 Ohm.

Brückengleichrichter mit Si-Dioden

Vier Silizium-Dioden bilden einen Brückengleichrichter, der aus der angelegten
Wechselspannung eine pulsierenden Gleichspannung liefert. Die Brückenschaltung
zeigt das folgende Bild :

Brückenschaltung

Die grünen und roten Pfeile zeigen den Stromverlauf der beiden Halbwellen
von der Wechselspannung.

Ein Brückengleichrichter für 1,5 A hat folgendes Aussehen:

Brückengleichrichter

Spitzendiode

Die Germanium-Spitzendiode OA 81 ist eine Halbleiter-Diode, bei der eine Drahtspitze
auf ein einkristallines Halbleiterplättchen drückt.

Spitzendiode

Die Durchlassspannung bei der OA 81 beträgt nur 0,5 Volt.

Private Bemerkung:
Die niedrige Durchlassspannung der OA 81 ermöglichte den Radioempfang mit
einem Detektorempfänger. Die Schaltung eines Detektors ist ganz einfach:

Detektorschaltung


Als 13-jähriger Schüler habe ich einen solchen Detektor gebaut und damit den
Mittelwellen-Ortssender sehr gut empfangen. Abends im Bett nach 22 Uhr hörte ich,
ohne das meine Eltern es bemerkten, sehr oft die spannende Hörspielreihe von
Francis Durbridge mit dem Titel "Paul Tempel und der Fall ..." .

Mit wenig Aufwand habe ich in der heutigen Zeit einen Detektor nachgebaut und ausprobiert:

Detektor


Das Ergebnis ist sehr enttäuschend: Ich höre am Tage mit dieser Detektorschaltung
überhaupt nichts im Ohrhörer. Der Grund: Es gibt in unserer Region keinen
MW-Sender mehr. Man hört heutzutage nur noch Radio auf UKW.
Mit meinem Sony-Radio durchsuche ich nun den MW-Bereich: Es gibt noch einen Sender
auf 1422 kHz.

Sony-Radio


Ich höre einen Kommentar, kurze Zeit später kommt die Ansage: Hier ist der
Deutschlandfunk (DLF), den Kommentar sprach ...
Aus dem Internet hole ich mir weitere Informationen: Der MW-Sender mit 1422 kHz und 400 kW
Sendeleistung befindet sich, 140 km entfernt von Weinheim, in Heusweiler, nördlich
von Saarbrücken. Die betrübliche Nachricht: Die Mittelwellen-Ära endet am
31.12.2015, es werden dann alle MW-Sender in Deutschland abgeschaltet.

Nun zurück zur Modelleisenbahn mit Elektronik. Für rote und grüne Leuchtdioden
(LEDs) z.B. in Lichtsignalen wird die 14V - Wechselspannung vom Trafo mit einer Diode in
pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Außerdem begrenzt ein Vorwiderstand den Strom
durch die LED auf etwa 20 mA.


©Jugendbetreuer Norbert Meier 2015

Homepage vom Modelleisenbahnclub in Hemsbach