IVKennlinien

IV-Kennlinien (I-V-Kennlinien) beschreiben die Beziehung zwischen dem elektrischen Strom I und der an einem Bauteil oder einer Schaltung anliegenden Spannung V. Sie dienen der Charakterisierung und dem Vergleich von Bauelementen und Systemen wie Dioden, Transistoren, Widerständen und Solarzellen.

Die Messung erfolgt üblicherweise durch eine underschiedliche Spannungsbreite und gleichzeitige Strommessung, oft mit einer Source Measure Unit (SMU). Die resultierende Kurve zeigt, wie sich der Strom in Abhängigkeit von der Spannung verhält und gibt Aufschluss über Parameter wie Leckströme, Widerstände und Nichtlinearitäten.

Bei Dioden folgt die Kennlinie der Shockley-Gleichung: I = I_s (e^(V/(nV_T)) − 1). Im Vorwärtsbetrieb wächst der Strom exponentiell mit der Spannung; im Rückwärtsbetrieb dominiert der kleine Leckstrom, bis es zu einem Durchbruch kommt. Die Idealforderungen werden durch den Idealfaktor n und den Sättigungsstrom I_s charakterisiert.

Transistoren weisen je nach Bauart unterschiedliche IV-Kennlinien auf. Bei Bipolartransistoren beschreibt I_C in Abhängigkeit von V_CE bei festgelegtem Basisstrom die aktiven und Sättigungsbereiche. Bei MOSFETs verläuft I_D in Abhängigkeit von V_DS bei verschiedenen V_GS; die Kennlinien zeigen Bereichscharakteristika wie linearen, saturierenden Betrieb und Grenzbedingungen.

Bei Solarzellen wird die IV-Kurve unter Beleuchtung betrachtet. Typisch verläuft I nahezu konstant bis Annäherung an V_OC, wobei der maximale Leistungspunkt (P_max) und der Füllfaktor FF aus der Kurve abgeleitet werden. Temperatur und Beleuchtungsstärke beeinflussen I_SC, V_OC und FF.

Wichtige Kenngrößen aus IV-Kennlinien sind Rand- bzw. Serien- und Sperrwiderstände, der Idealfaktor, Lücke, I_S, V_OC, I_SC, der Füllfaktor FF und die maximale Leistungsfähigkeit. IV-Kennlinien dienen der Qualitätskontrolle, Parameterextraktion und Optimierung von Bauelementen.

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