Einfach aufzubauender Kennlinienschreiber für Transistoren und Dioden

17.12.2019

Der nachfolgend vorgestellte Kennlinienschreiber ist dank eines vorhandenen Leiterplattenentwurfs schnell aufgebaut. Die Schaltung kommt mit diskreten Bauteilen aus, die meistens schon vorhanden sind.

Voraussetzung für den Betrieb der Schaltung ist ein vorhandener Zweikanaloszilloskop, das über den X- und Y-Eingang mit der kleinen Schaltung zu verbinden ist. Es lassen sich npn-Transistoren und Dioden untersuchen, wobei der maximale Dioden- oder Kollektorstrom bei etwa 6 mA liegt. Die maximale Spannung zwischen Kollektor und Emitter liegt bei etwa 4 Volt. Für die Untersuchung von Leistungstransistoren müsste man die Schaltung erweitern.


Der fertig aufgebaute Kennlinienschreiber kommt ohne exotische Bauteile aus.


Die Leiterplatte lässt sich nach der Toner-Transfer-Methode herstellen und stellt keine hohen Anforderungen an ihre Genauigkeit.

Wo finde ich die Schaltung und das Layout? Vorgestellt wurde die Schaltung in der Zeitschrift Elektor Electronics Magazine, September 1980, Seite 36 – 37, transistor curve tracer

Siehe auch

https://archive.org/details/ElektorMagazine oder besser unter
https://www.americanradiohistory.com/Elektor.htm (in den UK-Ausgaben).

Auf Youtube ist die Schaltung unter

https://youtu.be/b2Qb6y-Ttkk und
https://youtu.be/V5UJiaRwV88

vorgestellt.

Praktische Tipps: Möchte man auch pnp-Transistoren untersuchen, kann die Schaltung nochmals aufgebaut werden. Allerdings sind dann sämtliche npn-Transistoren durch pnp-Transistoren zu ersetzen und umgekehrt. Die Diode und der Elko sind umgekehrt einzubauen. Die Spannungsversorgung ist zu verpolen.


Kennlinienschar eines 2N2222. Die Darstellung ist leider immer seitenverkehrt. (X-Achse = UCE, Y-Achse = IC).


Der Kennlinienschreiber ist mit dem X- und Y-Eingang eines Zweikanaloszilloskops zu verbinden.

Für die Diode D1 wird eine Germaniumdiode verlangt. Da diese Dioden inzwischen schwer zu beschaffen sind, habe ich ersatzweise eine Schottky-Diode (BAT42) mit Erfolg eingesetzt. Als Transistoren eignen sich alle Kleinleistungs-Transistoren auf Siliziumbasis. In meinem Aufbau kamen die Wald- und Wiesentypen 2N2222 und 2N2907 zum Einsatz.

Die Spannungsversorgung sollte 6 Volt liefern und kann sich nach meinen Tests zwischen 6 und 23 Volt bewegen, falls der zu messende Transistor diese Spannung aushält. Die Spannungsversorgung darf nicht mit Masse verbunden sein. Bei einer Versorgungsspannung von 23 Volt lassen sich also die Durchlasskurven von Zener-Dioden bis knapp 23 Volt darstellen.


Untersuchung einer Diode in Durchlassrichtung zwischen den Anschlüssen für Kollektor und Emitter.


Unbekannter npn-Germaniumtransistor.


Kennlinienschar des unbekannten Germaniumtransistors.

Die Leiterplatte habe ich mit der Toner-Transfer-Methode ( Platinen-Herstellung mit der Direkt-Toner-Methode ) mittels eines Screenschots aus der PDF erzeugt. Für die Wahl des Ausschnitts und der Größenanpassung kam das Bildbearbeitungsprogramm IrfanView zum Einsatz.

Schaltungsbeschreibung: T1 und T2 bilden einen Rechteckgenerator, der mit etwa 1 kHz schwingt. Durch Integration mit C5 und R5 entsteht daraus ein Sägezahn, mit dem T6 gesteuert wird. Das Treppensignal, welches der Basis des zu messenden Transistors zugeführt wird, ist schon etwas trickreicher erzeugt. Während der positiven Halbwelle des Rechtecksignals wird C3 bis auf die Vorsorgungsspannung aufgeladen. Während der negativen Halbwelle schaltet C3 den Transistor  C3 durch. Dadurch wird die Spannung am Emitter von T4 etwas niedriger. Somit wird über R8 auch die Spannung an der Basis des zu messenden Transistors niedriger. Durch das schrittweise Laden des des C4 bewirkt jede negative Halbwelle des Rechtecksignals ein Herabsetzen der Spannung am Emitter des T4 bis T5 durchschaltet. C4 wird entladen und das Spiel fängt wieder von vorne an. Die Anzahl der Stufen und damit die Anzahl der dargestellen Kennlinien ist durch das Kapazitätsverhältnis von C3 und C4 bestimmt. In der Schaltung liegt das  Verhältnis bei 5 und somit besteht die Kennlinienschar aus 5 Kennlinien mit den Basisströmen 0,75 uA, 4,5 uA, 8 uA, 12 uA und 17 uA. Möchte man die Zahl der Kennlinien erhöhen, kann C4 erhöht werden.

Weitere Untersuchungen: Schließt man einen Widerstand zwischen den Messanschlüssen für C und E an, erhält man eine Gerade, dessen Steigung vom Widerstandswert abhängt. Eine Induktivität erzeugt ein Oval.

Modifikationen: Um Leistungstransistoren zu untersuchen, könnte man die Speisespannung erhöhen, T6 durch eine Darlington-Schaltung ersetzen, R8 und R7 verkleinern. Ausprobiert habe ich es noch nicht.
Kennlinienschreiber für Leistungstransistoren, (NPN, PNP, FET):  Für den Nachbau habe ich in ELEKTOR ELECTRONICS DECEMBER 1989, Seite 60 bis 63 einen solchen Transistor Curve Tracer für npn- und pnp-Transistoren und hohen Kollketorströmen gefunden, der mit leicht beschaffbaren Bauteilen auskommt:

( siehe https://www.americanradiohistory.com/Elektor.htm ).

Dort wird man inder englischsprachigen UK-Ausgabe das Platinenlayout vergeblich suchen. Gefunden habe ich es schließlich in der niederländischen Ausgabe Elektuur Dezember 1989

https://archive.org/details/Elektuur314198912Gen/page/n43

– Download der PDF weiter unten unter Download Options ). Dort ist die Druckqualität der Abbildungen besser. Die Platine habe ich bereits geätzt. Selbstverständlich werde ich über den Fortgang berichten.

Laut der Bachelor-Arbeit http://eprints.utar.edu.my/88/1/EE-2011-0703010-1.pdf lässt sich dieser Kennlienenschreiber für die Untersuchungen von Feldeffekttransistoren erweitern. Dazu dient ein zusätzlicher Widerstand, der aus der Stromquelle für den Basisstrom einen Spannungsquelle für das Gate macht.

Nach meinen Überlegungen lässt sich dieser Kennlienenschreiber mit relativ wenig Aufwand auch für die Untersuchung von Dioden und Elektronenröhren erweitern. Ich arbeite daran und werde berichten.