#!/usr/bin/python3
# Plot einer nichtlinearen Ausgleichsrechnung (fit)
from sys import exit
import numpy as np
from scipy.optimize import curve_fit
import matplotlib.pyplot as plt
from time import strftime
# Messwerte, Listen mit den x- und y-Koordinaten
d = "BAT43" # Name der Diode (für Beschriftung)
T = 25  # Temperatur in Grad Celsius
Ut = 1.380649*(T+273.15)/(10.0*1.602177)
x = [123.6, 167.5, 263.7, 288.7, 313.1] # mV
y = [7.9, 33.1, 512.2, 983.0, 2134.1] # uA
if len(x) != len(y): print("Fehler 1") ; exit(1)
# Bildschirm-Ausgabe
print("\nStart: Programm shockley,",strftime("\
%d. %B %Y, %H Uhr %M und %S s"))
# Definition der Modellfunktion f
def f(x,Is,n):
    return Is*(np.exp(x/(n*Ut))-1)
# Fit der Modellfunktion an die Messwerte
p,c = curve_fit(f,x,y)  # Fit (ergibt Parameter)
mx = np.linspace(100,400,num=50)     # Modell-x
my = (p[0]*(np.exp(mx/(p[1]*Ut))-1)) # Modell-y
# Bildschirm-Ausgabe
print("Diode: ",d)
print("Temperatur T =",str(T),"\u00b0C,",\
"Temperaturspannung U_T =",round(Ut,3),"mV")
print("Shockley-Gleichung:\n      Saettigungs\
sperrstrom Is =",round(p[0],4),"\u03bcA","\n \
     Idealitaetsfaktor n =",round(p[1],3))
# Plot von Messwerten und Modellfunktion, Labels
plt.yscale('log') ; plt.grid(c='y',linewidth=0.2)
plt.plot(x, y, 'o', color='g', markersize=8,\
label='n = '+str(len(x))+' Punkte')
plt.plot(mx, my, '-', color='tab:brown',\
label="Shockley-Gleichung")
# Labels für drei theoretische Kennlinienpunkte
x10 = p[1]*Ut*np.log(10/p[0]+1) # U (I = 10 uA)
u10 = "U("+str(round(x10,1)).replace(".",",")+\
" V) = 10 \u03bcA"
plt.plot([],[],' ',label=u10) # Zeile in Legende
x100 = p[1]*Ut*np.log(100/p[0]+1) # U (I = 100 uA)
u100 = "U("+str(round(x100,1)).replace(".",",")+\
" V) = 100 \u03bcA"
plt.plot([],[],' ',label=u100) # Zeile in Legende
x1000 = p[1]*Ut*np.log(1000/p[0]+1) # U (I = 1 mA)
u1000 = "U("+str(round(x1000,1)).replace(".",",")+\
" V) = 1 mA"
plt.plot([],[],' ',label=u1000) # Zeile in Legende
# Titelzeile, Achsenbeschriftungen und Legende
l='$T$ = '+str(T)+' \u00b0C, $I$ = '+\
str(round(p[0],3)).replace(".",",")+\
' \u03bcA \u00b7 (exp('+' $U$ / ('+\
str(round(p[1],2)).replace(".",",")+\
' \u00b7 $U_T$) - 1))'+', $U_T$ = '+\
str(round(Ut,1)).replace(".",",")+' mV'
fd={'fontsize':'medium','fontweight':'normal'}
plt.title('Kennlinie einer Diode '+d+', '+\
strftime("%d. %B %Y, %H Uhr %M")+"\n"+l\
,fontdict=fd)
plt.xlabel('Spannung $U$  [mV]')
plt.ylabel('Strom $I$  [\u03bcA]')
plt.legend(loc='upper left')
# Speicherung der Graphik in einer Bilddatei
datei = strftime("fit_"+"%y%m%d%H%M%S"+".png")
md = {'Title':'Diodenkennlinie','Author':\
'AHG','Description':'Shockley-Fit, Diode: '+d}
plt.savefig(fname=datei, dpi=100, metadata=md)
# Bildschirm-Ausgabe
print(" Stop: Programm shockley,",strftime("\
%d. %B %Y, %H Uhr %M und %S s")+"\n")