I-U-Kennlinien

Als Kennlinie bezeichnet man eine Funktionskurve in einem speziellen x-y-Diagramm, mit deren Hilfe man das Leitungsverhalten eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes grafisch darstellen kann. Meist untersucht man die Stromstärke-Spannungs-Kennlinie (I-U-Kennlinie), das heißt, man stellt in einem Stromstärke-Spannung-Diagramm dar, wie hoch die Stromstärke ist, die bei einer bestimmten, an einem Bauelement anliegenden Spannung durch dieses Bauelement fließt.

Die Bauelemente im elektrischen Stromkreis besitzen für sie charakteristische Kennlinien, d.h. man kann sie anhand ihrer Kennlinien identifizieren. Aus einer Kennlinie kann man wichtige physikalische Informationen ablesen. Zum einen zeigt der Kurvenverlauf den Zusammenhang zwischen der anliegenden Spannung und der Stromstärke im Bauelement. Zum anderen ist der Anstieg des Graphen ein Maß für den elektrischen Widerstand. Nachfolgend wird die Identifizierung von Bauelementen anhand ihrer Kennlinien mithilfe einiger Beispiele erläutert:

Bild 1 zeigt eine lineare Kennlinie (mit geradem Kurvenverlauf). Ihr ist zu entnehmen, dass bei dem betreffenden Bauelement Stromstärke und Spannung direkt proportional zueinander sind:

I ~ U

Diese Abhängigkeit wird von ohmschen Widerständen erfüllt, denn für sie gilt:

$U=R\cdot I$

Daraus folgt, dass die vorliegende Kennlinie mit großer Wahrscheinlichkeit zu einem ohmschen Widerstand bei konstanter Temperatur gehört.

Bei einem weiteren Diagramm wurden gleich zwei Kennlinien von Bauteilen eingezeichnet, die offenbar ein entgegengesetztes Verhalten zeigen (Bild 2). Eines dieser Bauteile lässt bei höheren Spannungen kaum mehr Ladungsträger passieren, weshalb die Stromstärke auch nur unwesentlich zunimmt. Im anderen hingegen wird der elektrische Widerstand bei höheren Spannungen immer geringer, denn die Stromstärke nimmt sehr schnell mit der Spannung zu.

In solchen Fällen kann man die betreffende Kennlinie nicht mehr ohne weiteres eindeutig einem einzigen Bauelement zuordnen, sondern muss sorgfältig eine Auswahl aus ihnen prüfen.

Im ersten Fall könnte es sich zum Beispiel um eine Glühlampe handeln, die bei geringen Betriebsspannungen noch recht kühl ist und somit wie ein herkömmlicher Widerstandsdraht wirkt. Erhöht man die Spannung aber, dann erhitzt sie sich sehr schnell auf Glühtemperaturen, wodurch ihr ohmscher Widerstand sehr viel größer wird und die Stromstärke dementsprechend kaum noch anwachsen kann. Ganz ähnlich wie Glühlampen arbeiten auch Kaltleiter. Sie dienen zwar nicht zur Abgabe von Licht, basieren aber auf einem glühlampenähnlichen Funktionsprinzip. Fließt ein hoher Strom durch den Kaltleiter, dann erhitzt er sich und verringert dadurch seine elektrische Leitfähigkeit.

Die zweite Kennlinie könnte zu einem Heißleiter gehören. Der Widerstand von Heißleitern sinkt bei steigenden Temperaturen. Eine Stromerwärmung ruft deshalb in ihnen einen noch größeren Stromfluss hervor.

Die nebenstehende Kennlinie gehört zu einem Bauelement, welches den Strom nur dann passieren lässt, wenn die Spannung in einer bestimmten Richtung gepolt wurde. Es handelt sich bei diesem Bauteil mit großer Wahrscheinlichkeit um eine Diode.