Kennlinie der Leuchtdiode

„Ab etwa 0,7 V fließt Strom“ — woher weiß man das eigentlich? Man misst es nach.

• Beim Widerstand:Doppelte Spannung bedeutet doppelte Stromstärke — das ohmsche Gesetz ergibt im I-U-Diagramm eine Ursprungsgerade.
• Bei der LED:Unterhalb der Schwelle fließt praktisch nichts, darüber schießt der Strom hoch — ein fester Widerstand existiert nicht.
• Folge:Ein einzelner Messwert reicht nicht; man braucht eine ganze Kennlinie aus vielen Wertepaaren von U und I.
• In diesem Kapitel:Du nimmst sie selbst auf — im virtuellen Labor weiter unten und im Unterricht mit echten Messgeräten.

Ein sauberer Versuch besteht aus drei Teilen — und alle drei gehören ins Protokoll.

Der Versuchsaufbau

Du brauchst eine regelbare Spannungsquelle, die LED, einen Vorwiderstand (etwa 100 Ω), ein Voltmeter und ein Amperemeter.

• Voltmeter:Parallel zur LED — es soll genau die Spannung über der LED messen, nicht die der Quelle.
• Amperemeter:In Reihe, damit der gesamte Strom des Zweiges hindurchfließt.
• Vorwiderstand:Ebenfalls in Reihe; er begrenzt den Strom — ohne ihn ist die LED beim ersten Aufdrehen zerstört.
• Polung:Die Anode (langes Bein) kommt an den Pluspol, sonst misst du überall null.

Die Durchführung

• Start:Spannung zunächst auf null stellen und dann in kleinen Schritten erhöhen.
• Schrittweite:Unterhalb der Schwelle genügen 0,2 V, in ihrer Umgebung 0,05 V — dort passiert alles Interessante.
• Notieren:Zu jedem Schritt das Wertepaar aus Spannung U und Stromstärke I in eine Messwerttabelle eintragen.
• Schluss:Spätestens beim angegebenen Maximalstrom aufhören, bei Standard-LEDs meist 20 mA.

Die Auswertung

• Achsen:Spannung U in V nach rechts, Stromstärke I in mA nach oben — beide mit Größe und Einheit beschriften.
• Maßstab:So wählen, dass die Messwerte das Blatt gut ausfüllen.
• Punkte:Jedes Wertepaar einzeln eintragen.
• Ausgleichskurve:Eine glatte Linie dem Verlauf der Punkte folgen lassen; sie trifft nicht jeden Punkt, denn jede Messung streut.

Was die Kurve verrät

Deine Kurve besteht aus drei Abschnitten, die du im Protokoll beschreiben können musst.

• Flacher Bereich:Von 0 V bis fast zur Schwelle liegt die Kurve auf der U-Achse — kein messbarer Strom, die Sperrschicht ist noch zu breit.
• Das Knie:Hier biegt die Kurve nach oben ab; die Spannung an dieser Stelle ist die Schleusenspannung (auch Kniespannung).
• Steiler Anstieg:Ein paar Hundertstel Volt mehr bedeuten mehrere Milliampere mehr — hier wird der Vorwiderstand lebenswichtig.

Die Farbe und die Schleusenspannung

Misst du mehrere LEDs, liegt das Knie bei jeder Farbe woanders — und das ist kein Zufall.

• Ursache:Jedes Elektron gibt seine Energie als Lichtteilchen ab; blaues Licht ist energiereicher als rotes.
• Regel:Je kurzwelliger (blauer) das Licht, desto höher die Schleusenspannung.
• Vergleich:Eine Silizium-Diode ohne Lichtabgabe kommt mit etwa 0,7 V aus — die höheren Werte der LEDs sind der Preis für das Licht.

Links steht die Messschaltung, rechts dein noch leeres I-U-Diagramm für die Kennlinie.

Nimm zuerst nur wenige Punkte unterhalb von 1,5 V auf — dort passiert nichts, dort genügen grobe Schritte. Um das Knie herum brauchst du dagegen viele dicht liegende Messwerte, sonst übersiehst du genau die Stelle, auf die es ankommt. Wechsle danach die Farbe und vergleiche: Dieselbe Kurvenform, nur nach rechts verschoben.

Drei Punkte, die im Praktikum über Erfolg oder Rauchzeichen entscheiden.