{"id":4194,"date":"2019-05-15T21:48:20","date_gmt":"2019-05-15T20:48:20","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/?p=4194"},"modified":"2021-02-22T08:41:31","modified_gmt":"2021-02-22T07:41:31","slug":"diodenkennlinie-mit-sourcemeter-und-matlab-aufnehmen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/2019\/05\/15\/diodenkennlinie-mit-sourcemeter-und-matlab-aufnehmen\/","title":{"rendered":"Diodenkennlinie mit Sourcemeter und Matlab aufnehmen"},"content":{"rendered":"
<\/div>\n

<\/path><\/svg><\/i> \"Loading\"<\/p>\n

<\/div>\n

\"\"<\/a>Dieses Mal gibt es hier keinen Bericht \u00fcber die Restauration oder die Vorstellung eines alten Ger\u00e4tes. Im Rahmen meiner beruflichen T\u00e4tigkeit muss ich immer wieder Messaufbauten realisieren und diese nach M\u00f6glichkeit automatisieren, um die Messzeiten zu minimieren. Auch die Datenauswertung und das Postprocessing m\u00f6chte ich immer gerne automatisieren. Daf\u00fcr gibt es sehr viele unterschiedliche L\u00f6sungsans\u00e4tze. Der Grundansatz ist aber immer gleich. Ein, oder mehrere Messger\u00e4te sind \u00fcber eine Schnittstelle mit einem Rechner oder Controller verbunden. Auf dem Rechner oder Controller l\u00e4uft eine Software, die das Messger\u00e4t steuert und die gemessenen Daten an den Rechner zur\u00fccksendet. Auf dem Rechner werden die Daten dann gespeichert, den Anforderungen entsprechend aufbereitet und ausgegeben.<\/p>\n

\"\"<\/a>Die Schnittstellen zwischen Rechner und Messtechnik k\u00f6nnen je nach Ausstattung des Messger\u00e4tes dabei RS232, GPIP, IEEE1394, USB oder LAN sein. Bei vielen Ger\u00e4ten wird der einfache SCPI-Befehlssatz im ASCII Code zum Befehle senden und empfangen \u00fcber das entsprechende Protokoll der gew\u00e4hlten Schnittstelle verwendet. Die Software am Rechner oder Controller muss in der Lage sein die Hardware anzusprechen und schon kann eine Datenkommunikation hergestellt werden. Als Software oder Skriptsprache kann hier beispielsweise NI-LabVIEW, Matlab, C-Code, C++ Code, C#, Python, etc. verwendet werden. Und die Rechner- oder Controllerhardware kann ein Windows, Mac, oder LinuxPC sein, aber auch ein einfacher Arduino, RaspberryPi, oder ein programmierter Mikro-Controller, der eine der ben\u00f6tigten Schnittstelleninterfaces besitzt.<\/p>\n

Bei meiner Arbeit wird das gerne mit Matworks Matlab gemacht (bzw. ich mache es gerne mit Matlab, weil ich Programme und Skripten lieber tippe als sie zu zeichnen \ud83d\ude00 ), einer skriptorientierten Software. Im konkreten Beispiel habe ich ein SOURCEMETER des Herstellers Keithley, das Keithley2400 \u00fcber die RS232 Schnittstelle an einem WIN10 PC mit Matlab 2017b angesteuert. Das Sourcemeter hat die Aufgabe eine Diodenkennlinie aufzunehmen. Das Sourcemeter ist imstande einen Strom zu sourcen, also eine steuerbare Stromquelle zu sein und gleichzeitig den gesourcten Strom und die an den Klemmen anliegende Spannung zu messen. Umgekehrt wiederum kann es auch als steuerbare Spannungsquelle eingesetzt werden, die Spannung an den Klemmen und den Strom durch den DUT (Device Under Test) messen.  Und das geht in allen vier Quadranten, also Stromquelle oder -Senke, oder Spannungsquelle oder -Senke sein.<\/p>\n

\"\"<\/a>Genau das ben\u00f6tigte ich in diesem supereinfachen Beispiel um die Kennlinie eines PN-\u00dcberganges aufzunehmen und zwar vom Diffusionsbereich bis in den Durchlassbereich und nat\u00fcrlich auch wenn der PN-\u00dcbergang unter Photonenbeschuss steht \ud83d\ude42<\/p>\n

Die folgenden beiden Matlab-Skripten erm\u00f6glichen diese einfache Kennlinienaufnahme. Der Messaufbau selbst besteht lediglich aus einer, an die Klemmen des K2400 angeschlossenen Diode (in diesem Fall eine Photozelle). Dabei stellt das erste Skript eine gesteuerte Stromquelle dar und im zweiten Skript wird die Spannungsquelle durchgesteuert und jeweils die Daten aufgezeichnet und zum Schluss als Plot dargestellt.<\/p>\n

 Matlab Code stromgetrieben:<\/p>\n

\n
% IV Logger PN Kennlinie<\/span>\r\n% 2.05.2019 ingmarsretro<\/span>\r\n% der supereasysimple-code<\/span>\r\n% drive current and measure voltage<\/span>\r\n% with sourcemter \u00fcber RS232 <\/span>\r\n\r\n serialObject = serial('COM4'<\/span>,'BaudRate'<\/span>,19200<\/span>, 'DataBits'<\/span>,8<\/span>);   \r\n\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % Sourcemeter 2400 setup                             %<\/span>\r\n    % serial config: 8N1, 19200, termchar CR+LF          %<\/span>\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  <\/span>\r\n    fopen(serialObject)\r\n    s.InputBufferSize = 6000<\/span>;\r\n    fprintf(serialObject,'*RST'<\/span>);\r\n    \r\n    mincurr = -15E-3<\/span>;  % maximaler negativer strom (load an der Zelle) <\/span>\r\n    maxcurr = 10E-4<\/span>;   % maximaler positiver strom <\/span>\r\n    step = 1E-5<\/span>;       % schrittweite<\/span>\r\n    \r\n\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % Messgeraet einstellen  %<\/span>\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % SOURCING ->  CURRENT<\/span>\r\n    %<\/span>\r\n    %fprintf(serialObject,':INIT:CONT OFF;:ABOR');<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':FORM:DATA ASCII'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:FUNC CURR'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:CURR:MODE FIX'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:CURR:RANG 10E-2'<\/span>); % -> 000.000mA<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:CURR:LEV 0.0'<\/span>); % -> Starteinstellung 0 A<\/span>\r\n    \r\n    % MEASUREMENT -> Spannung <\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:FUNC \"VOLT:DC\"'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:VOLT:PROT 8'<\/span>);     % -> compliance 8V<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:VOLT:RANG 10E-1'<\/span>); % -> 0.00000 V<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':TRIG:COUN 1'<\/span>);\r\n    \r\n    %fprintf(serialObject,':CONF:VOLT:DC');<\/span>\r\n    \r\n    fprintf(serialObject,':OUTP ON'<\/span>);\r\n\r\n        %% Messen und Daten abholen<\/span>\r\n    count = 1<\/span>; \r\n    v(1<\/span>)=0<\/span>; i<\/span>(1<\/span>)=0<\/span>;  %init der arrays <\/span>\r\n   \r\n       for<\/span> curr = mincurr:step:maxcurr\r\n           \r\n          strom=num2str(curr);\r\n          command = strcat(':SOUR:CURR:LEV '<\/span>,{' '<\/span>},strom);\r\n          fprintf(serialObject,char(command));\r\n         \r\n\r\n          fprintf(serialObject,':READ?'<\/span>);\r\n          data=fscanf(serialObject);  % gesamten buffer des device einlesen<\/span>\r\n          c = strsplit(data,','<\/span>);          % gelesenen string nach ',' in zellen zerlegen<\/span>\r\n          i<\/span>(count) = str2num(cell2mat(c(2<\/span>)));                 % stromzelle <\/span>\r\n          v(count) = str2num(cell2mat(c(1<\/span>)));                 % spannungszelle<\/span>\r\n        \r\n\r\n        count = count +1<\/span>;\r\n       end<\/span>\r\n   \r\n    \r\n    figure(1<\/span>);\r\n    plot(v,i<\/span>);\r\n    grid on; hold on;\r\n    xlabel('voltage [V]'<\/span>); ylabel('current [A]'<\/span>)\r\n    title('IV - Kennlinie '<\/span>);\r\n    \r\n    %% instrument in local mode schalten<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':OUTP OFF'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,'SYSTEM:LOCAL'<\/span>);\r\n    fclose(serialObject);\r\n<\/pre>\n<\/div>\n
 <\/p>\n
Matlab Code spannungsgetrieben:<\/p>\n
\n
% IV Logger PN Kennlinie<\/span>\r\n% 3.05.2019 ingmarsretro<\/span>\r\n% der supereasysimple-code<\/span>\r\n% drive current and measure voltage<\/span>\r\n% wit sourcemter \u00fcber RS232 <\/span>\r\n\r\n serialObject = serial('COM4'<\/span>,'BaudRate'<\/span>,19200<\/span>, 'DataBits'<\/span>,8<\/span>);   \r\n\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % Sourcemeter 2400 setup                             %<\/span>\r\n    % serial config: 8N1, 19200, termchar CR+LF          %<\/span>\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  <\/span>\r\n    fopen(serialObject)\r\n    s.InputBufferSize = 6000<\/span>;\r\n    fprintf(serialObject,'*RST'<\/span>);\r\n    \r\n    minvolt = -1<\/span>;      % maximale negative spannung  <\/span>\r\n    maxvolt = 0.5<\/span>;       % maximale positive spannung<\/span>\r\n    \r\n    %mincurr = -20E-3;  % maximaler negativer strom (load an der Zelle) <\/span>\r\n    %maxcurr = 10E-4;   % maximaler positiver strom <\/span>\r\n    \r\n    step = 1E-2<\/span>;       % schrittweite<\/span>\r\n    \r\n    % <\/span>\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % Messgeraet einstellen  %<\/span>\r\n    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%<\/span>\r\n    % SOURCING ->  VOLTAGE<\/span>\r\n    %<\/span>\r\n    %fprintf(serialObject,':INIT:CONT OFF;:ABOR');<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':FORM:DATA ASCII'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:FUNC VOLT'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:VOLT:MODE FIX'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:VOLT:RANG 10E-0'<\/span>);    % -> 00.0000 V<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SOUR:VOLT:LEV 0.0'<\/span>);       % -> Starteinstellung 0 V<\/span>\r\n    \r\n    % MEASUREMENT -> CURRENT <\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:FUNC \"CURR:DC\"'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:CURR:PROT 40E-3'<\/span>);     % -> compliance 10.0000 mA<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':SENS:CURR:RANG 10E-2'<\/span>);     % -> 0.00000 mA  (muss kleiner als complience sein)<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':TRIG:COUN 1'<\/span>);\r\n    \r\n    %fprintf(serialObject,':CONF:VOLT:DC');<\/span>\r\n    \r\n    fprintf(serialObject,':OUTP ON'<\/span>);\r\n\r\n\r\n        %% Messen und Daten abholen<\/span>\r\n    count = 1<\/span>; \r\n    v(1<\/span>)=0<\/span>; i<\/span>(1<\/span>)=0<\/span>;  %init der arrays <\/span>\r\n   \r\n       for<\/span> volt = minvolt:step:maxvolt\r\n           \r\n          spannung=num2str(volt);\r\n          command = strcat(':SOUR:VOLT:LEV '<\/span>,{' '<\/span>},spannung);\r\n          fprintf(serialObject,char(command));\r\n           \r\n\r\n\r\n          fprintf(serialObject,':READ?'<\/span>);\r\n          data=fscanf(serialObject);  % gesamten buffer des device einlesen<\/span>\r\n          c = strsplit(data,','<\/span>);          % gelesenen string nach ',' in zellen zerlegen<\/span>\r\n          i<\/span>(count) = str2num(cell2mat(c(2<\/span>)));                 % stromzelle <\/span>\r\n          v(count) = str2num(cell2mat(c(1<\/span>)));                 % spannungszelle<\/span>\r\n        \r\n        \r\n\r\n        count = count +1<\/span>;\r\n       end<\/span>\r\n   \r\n    \r\n    figure(1<\/span>);\r\n    plot(v,i<\/span>);\r\n    grid on; hold on;\r\n    xlabel('voltage [V]'<\/span>); ylabel('current [A]'<\/span>)\r\n    title('IV - Kennlinie '<\/span>);\r\n    \r\n    %% instrument in local mode schalten<\/span>\r\n    fprintf(serialObject,':OUTP OFF'<\/span>);\r\n    fprintf(serialObject,'SYSTEM:LOCAL'<\/span>);\r\n    fclose(serialObject);\r\n<\/pre>\n<\/div>\n
 <\/p>\n
Das Ergebnis der beiden Skripten ist der folgende Kennlinienverlauf:<\/p>\n
\"\"<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
<\/div>\n
<\/path><\/svg><\/i> \"Loading\"<\/p>\n
<\/div>\n
Dieses Mal gibt es hier keinen Bericht \u00fcber die Restauration oder die Vorstellung eines alten Ger\u00e4tes. Im Rahmen meiner beruflichen T\u00e4tigkeit muss ich immer wieder Messaufbauten realisieren und diese nach M\u00f6glichkeit automatisieren, um die Messzeiten zu minimieren. Auch die Datenauswertung und das Postprocessing m\u00f6chte ich immer gerne automatisieren. Daf\u00fcr gibt es sehr viele unterschiedliche L\u00f6sungsans\u00e4tze.… 
 Weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":86,"featured_media":4201,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"inline_featured_image":false,"ngg_post_thumbnail":0,"footnotes":""},"categories":[57],"tags":[1238,1239,1241,1235,1236,1244,1245,1247,964,1243,1242,1237,1246,344,977,1248,1240],"class_list":["post-4194","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-elektronikbastler","tag-c-code","tag-c","tag-diodenkennlinie","tag-gpip","tag-ieee1394","tag-keithley-2400","tag-keithley-sourcemter","tag-kennlinie-schreiben","tag-matlab","tag-matlab-diodenkennlinie","tag-matlab-sourcemter","tag-ni-labview","tag-photozelle-messen","tag-python","tag-rs232","tag-scpi-sourcemeter","tag-sourcemeter"],"a3_pvc":{"activated":true,"total_views":143,"today_views":0},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4194","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/users\/86"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4194"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4194\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/media\/4201"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4194"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4194"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4194"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}