Salida de corriente en función del voltaje aplicado para un material o dispositivo.
Las características de corriente-voltaje de cuatro dispositivos: una resistencia con resistencia grande , una resistencia con resistencia pequeña, un diodo de unión P-N y una batería con resistencia interna distinta de cero. El eje horizontal representa la caída de tensión , el eje vertical la corriente . Los cuatro gráficos utilizan la convención de signos pasiva .
Una característica de corriente-voltaje o curva I-V (curva de corriente-voltaje) es una relación, generalmente representada como un cuadro o gráfico, entre la corriente eléctrica a través de un circuito, dispositivo o material, y el voltaje correspondiente , o diferencia de potencial, a través de él.
en electronica
Corriente de drenaje MOSFET versus voltaje de drenaje a fuente para varios valores del voltaje de sobreexcitación ; El límite entre los modos lineal ( óhmico ) y de saturación ( activo ) está indicado por la parábola curva hacia arriba.
En electrónica , la relación entre la corriente continua (CC) a través de un dispositivo electrónico y el voltaje CC a través de sus terminales se denomina característica corriente-voltaje del dispositivo. Los ingenieros electrónicos utilizan estos gráficos para determinar los parámetros básicos de un dispositivo y modelar su comportamiento en un circuito eléctrico . Estas características también se conocen como curvas I-V, en referencia a los símbolos estándar de corriente y voltaje.
En componentes electrónicos con más de dos terminales, como tubos de vacío y transistores , la relación corriente-voltaje en un par de terminales puede depender de la corriente o el voltaje en un tercer terminal. Esto generalmente se muestra en un gráfico de corriente-voltaje más complejo con múltiples curvas, cada una de las cuales representa la relación corriente-voltaje en un valor diferente de corriente o voltaje en el tercer terminal. [1]
Por ejemplo, el diagrama de la derecha muestra una familia de curvas I – V para un MOSFET en función del voltaje de drenaje con sobretensión ( V GS − V th ) como parámetro.
La curva I-V más simple es la de una resistencia , que según la ley de Ohm presenta una relación lineal entre el voltaje aplicado y la corriente eléctrica resultante ; la corriente es proporcional al voltaje, por lo que la curva I – V es una línea recta que pasa por el origen con pendiente positiva . El recíproco de la pendiente es igual a la resistencia .
La curva I-V de un componente eléctrico se puede medir con un instrumento llamado trazador de curvas . La transconductancia y el voltaje inicial de un transistor son ejemplos de parámetros que tradicionalmente se miden a partir de la curva I-V del dispositivo.
Tipos de curvas I-V
La forma de la curva característica de un componente eléctrico revela mucho sobre sus propiedades operativas. Las curvas I-V de diferentes dispositivos se pueden agrupar en categorías:
Los cuadrantes del plano I-V . Las fuentes de energía tienen curvas que pasan por las regiones rojas.
Activo vs pasivo : los dispositivos que tienen curvas I – V que se limitan al primer y tercer cuadrante del plano I – V, pasando por el origen , son componentes pasivos (cargas) que consumen energía eléctrica del circuito. Algunos ejemplos son resistencias y motores eléctricos . La corriente convencional siempre fluye a través de estos dispositivos en la dirección del campo eléctrico , desde el terminal de voltaje positivo al negativo, por lo que las cargas pierden energía potencial en el dispositivo, que se convierte en calor o alguna otra forma de energía.
Por el contrario, los dispositivos con curvas I-V que pasan por el segundo o cuarto cuadrante son componentes activos , fuentes de energía , que pueden producir energía eléctrica. Algunos ejemplos son las baterías y los generadores . Cuando está funcionando en el segundo o cuarto cuadrante, la corriente se ve obligada a fluir a través del dispositivo desde el terminal de voltaje negativo al positivo, contra la fuerza opuesta del campo eléctrico, por lo que las cargas eléctricas van ganando energía potencial . Por tanto, el dispositivo convierte alguna otra forma de energía en energía eléctrica.
Lineal versus no lineal : una línea recta que pasa por el origen representa un elemento de circuito lineal , mientras que una línea curva representa un elemento no lineal . Por ejemplo, las resistencias, los condensadores y los inductores son lineales, mientras que los diodos y los transistores no son lineales. Una curva I – V que es una línea recta que pasa por el origen con pendiente positiva representa una resistencia lineal u óhmica, el tipo de resistencia más común que se encuentra en los circuitos. Obedece la ley de Ohm ; la corriente es proporcional al voltaje aplicado en un amplio rango. Su resistencia , igual al recíproco de la pendiente de la recta, es constante. Una línea curva I – V representa una resistencia no lineal, como un diodo. En este tipo la resistencia varía con el voltaje o corriente aplicado.
Resistencia negativa versus resistencia positiva : si la curva I – V tiene una pendiente positiva (aumentando hacia la derecha), representa una resistencia positiva. Una curva I-V que no es monótona (que tiene picos y valles) representa un dispositivo que tiene resistencia negativa . Las regiones de la curva que tienen una pendiente negativa (que desciende hacia la derecha) representan regiones operativas donde el dispositivo tiene una resistencia diferencial negativa , mientras que las regiones de pendiente positiva representan una resistencia diferencial positiva. Los dispositivos de resistencia negativa se pueden utilizar para fabricar amplificadores y osciladores . Los diodos de túnel y los diodos Gunn son ejemplos de componentes que tienen resistencia negativa.
Histéresis versus valor único : dispositivos que tienen histéresis ; es decir, en los que la relación corriente-voltaje depende no sólo de la entrada aplicada actualmente sino también de la historia pasada de las entradas, tienen curvas I-V que consisten en familias de bucles cerrados. Cada rama del bucle está marcada con una dirección representada por una flecha. Ejemplos de dispositivos con histéresis incluyen inductores y transformadores con núcleo de hierro , tiristores como SCR y DIAC y tubos de descarga de gas como luces de neón .
Curva I – V similar a la curva característica de un diodo túnel . Tiene resistencia negativa en la región de voltaje sombreada, entre v 1 y v 2.
Curva del diodo Gunn I – V, que muestra una resistencia diferencial negativa con histéresis (observe las flechas)
En electrofisiología
Una aproximación de los componentes de iones potasio y sodio de la llamada curva I-V de "célula completa" de una neurona.
Si bien las curvas I-V son aplicables a cualquier sistema eléctrico, encuentran un amplio uso en el campo de la electricidad biológica, particularmente en el subcampo de la electrofisiología . En este caso, el voltaje se refiere al voltaje a través de una membrana biológica, un potencial de membrana , y la corriente es el flujo de iones cargados a través de canales en esta membrana. La corriente está determinada por las conductancias de estos canales.
En el caso de la corriente iónica a través de membranas biológicas, las corrientes se miden desde el interior hacia el exterior. Es decir, corrientes positivas, conocidas como "corriente de salida", correspondientes a iones cargados positivamente que atraviesan una membrana celular desde el interior hacia el exterior, o un ion cargado negativamente que cruza desde el exterior hacia el interior. De manera similar, las corrientes con un valor negativo se denominan "corriente de entrada", correspondiente a iones cargados positivamente que cruzan una membrana celular desde el exterior hacia el interior, o un ion cargado negativamente que cruza desde el interior hacia el exterior.
La figura de la derecha muestra una curva I-V que es más relevante para las corrientes en las membranas biológicas excitables (como un axón neuronal ). La línea azul muestra la relación I-V para el ion potasio. Es lineal, lo que indica que no hay activación del canal iónico de potasio dependiente del voltaje. La línea amarilla muestra la relación I-V para el ion sodio. No es lineal, lo que indica que el canal iónico de sodio depende del voltaje. La línea verde indica la relación I-V derivada de la suma de las corrientes de sodio y potasio. Esto se aproxima al potencial de membrana real y la relación actual de una célula que contiene ambos tipos de canales.
Ver también
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las características de corriente-voltaje del dispositivo .
^ HJ van der Bijl (1919). "Teoría y características operativas del amplificador temiónico". Actas del IRE . Instituto de Ingenieros de Radio. 7 (2): 97-126. doi :10.1109/JRPROC.1919.217425.
