Áram - feszültség jellemző - Current–voltage characteristic
Az áram -feszültség karakterisztika vagy az I -V görbe (áram -feszültség görbe) kapcsolat, amelyet általában diagramként vagy grafikonként ábrázolnak, az áramkörön, eszközön vagy anyagon áthaladó elektromos áram és a megfelelő feszültség vagy potenciálkülönbség között azt.
Az elektronikában
Az elektronika , a kapcsolat a közvetlen aktuális ( DC ) keresztül elektronikus készülék és az egyenáramú feszültség annak kapcsai nevezzük áram-feszültség jellemző a készüléket. Az elektronikai mérnökök ezen diagramok segítségével határozzák meg az eszköz alapvető paramétereit és modellezik viselkedését egy elektromos áramkörben . Ezeket a jellemzőket I – V görbéknek is nevezik, utalva az áram és feszültség szabványos szimbólumaira.
A kettőnél több terminállal rendelkező elektronikus alkatrészekben , például vákuumcsövekben és tranzisztorokban , az egyik feszültségkapcsoló áram-feszültség kapcsolata függhet a harmadik terminál áramától vagy feszültségétől. Ez általában egy bonyolultabb áram-feszültség grafikonon jelenik meg, több görbével, amelyek mindegyike az áram-feszültség viszonyt képviseli a harmadik terminál különböző értékű áramán vagy feszültségén.
Például a jobb oldali diagram egy MOSFET I -V görbecsaládját mutatja az elvezetési feszültség függvényében, túlfeszültség ( V GS - V th ) paraméterként.
A legegyszerűbb I-V görbe, hogy egy ellenállás , amely szerint a Ohm törvényét mutat lineáris közötti kapcsolat az alkalmazott feszültség, és a kapott elektromos áram ; az áram arányos a feszültséggel, így az I – V görbe az egyenes vonal, amely pozitív lejtéssel rendelkezik az origón . A meredekség reciproka egyenlő az ellenállással .
Az I-V görbe egy elektromos alkatrész lehet, amelyet egy műszerrel úgynevezett görbe nyomjelző . A meredekség és a korai feszültség egy tranzisztor példái paraméterek hagyományosan mért a készülék I-V görbe.
Az I – V görbék típusai
Az elektromos alkatrész jellemző görbéjének alakja sokat elárul annak működési tulajdonságairól. A különböző eszközök I – V görbéi kategóriákba sorolhatók:
- Aktív vs passzív : Azok az eszközök, amelyek I – V görbékkel rendelkeznek, amelyek az I – V sík első és harmadik negyedére korlátozódnak, és átmennek az origón , passzív alkatrészek (terhelések), amelyek áramot fogyasztanak az áramkörből. Ilyenek például az ellenállások és az elektromos motorok . A hagyományos áram mindig ezeken az eszközökön áramlik át az elektromos tér irányába , a pozitív feszültségű kivezetéstől a negatívig, így a töltések elveszítik a készülékben lévő potenciális energiát , amely hővé vagy más energiává alakul.
- Ezzel szemben az I – V görbékkel rendelkező eszközök, amelyek áthaladnak a második vagy a negyedik negyeden, aktív komponensek , áramforrások , amelyek elektromos energiát termelhetnek. Ilyenek például az akkumulátorok és a generátorok . Amikor a második vagy a negyedik negyedben működik, az áram kénytelen áramolni a készüléken a negatívról a pozitív feszültségű terminálra, szemben az elektromos mező ellentétes erejével, így az elektromos töltések potenciális energiát nyernek . Így a készülék más energiát alakít át elektromos energiává.
- Lineáris vs nemlineáris : Az origón átmenő egyenes lineáris áramköri elemet, míg egy ívelt vonal nemlineáris elemet jelent. Például az ellenállások, kondenzátorok és induktivitások lineárisak, míg a diódák és tranzisztorok nemlineárisak. Az I – V görbe, amely egyenes vonal az origón, pozitív meredekséggel , lineáris vagy ohmos ellenállást jelent, amely az áramkörökben leggyakrabban előforduló ellenállás. Ez engedelmeskedik Ohm törvényének ; az áram széles tartományban arányos az alkalmazott feszültséggel. A rezisztencia , egyenlő a kölcsönös az egyenes meredeksége, állandó. Az ívelt I – V vonal nemlineáris ellenállást, például diódát jelent. Ebben a típusban az ellenállás az alkalmazott feszültségtől vagy áramtól függően változik.
- Negatív ellenállás és pozitív ellenállás : Az I – V görbe, amely nem monoton (csúcsokkal és völgyekkel rendelkezik), olyan eszközt jelent, amelynek negatív ellenállása van . A görbe negatív meredekségű (jobbra csökkenő) régiói azokat a működési területeket jelentik, ahol az eszköz negatív differenciális ellenállással rendelkezik , míg a pozitív meredekségű régiók pozitív differenciális ellenállást jelentenek. A negatív ellenállású eszközök erősítők és oszcillátorok készítésére használhatók . Az alagútdiódák és a Gunn diódák példák a negatív ellenállású komponensekre.
- Hiszterézis vs egyértékű : Eszközök, amelyek hiszterézissel rendelkeznek ; vagyis amikor az áram-feszültség reláció nemcsak a jelenlegi alkalmazott bemeneten, hanem a bemenetek múltján is múlik, zárt hurkú családokból álló I – V görbékkel rendelkezik. A hurok minden ágát egy nyíl jelzi. A hiszterézissel rendelkező eszközök például a vasmagos induktivitások és transzformátorok , tirisztorok , például SCR-ek és DIAC-ok , valamint gázkisüléses csövek , például neonfények .
Az alagútdiódák jellemző görbéjéhez hasonló I – V görbe. Negatív ellenállása van az árnyékolt feszültségtartományban, v 1 és v 2 között
DIAC I – V görbe. V BO a megszakító feszültség .
Memristor I – V görbe, amely csípett hiszterézist mutat
Gunn dióda I – V görbe, negatív differenciális ellenállást mutat hiszterézissel (figyelmeztető nyilak)
Az elektrofiziológiában
Míg az I – V görbék bármely elektromos rendszerre alkalmazhatók, széles körben alkalmazhatók a biológiai elektromosság területén, különösen az elektrofiziológia alterületén . Ebben az esetben a feszültség egy biológiai membránon lévő feszültségre, membránpotenciálra vonatkozik , és az áram a töltött ionok áramlása a membrán csatornáin . Az áramot ezen csatornák vezetőképessége határozza meg.
A biológiai membránokon áthaladó ionáram esetén az áramokat belülről kifelé mérik. Vagyis pozitív áramok, más néven "kifelé áram", amelyek pozitív töltésű ionoknak felelnek meg, amelyek belülről kifelé haladnak a sejtmembránon, vagy kívülről befelé kereszteződő negatív töltésű ionoknak. Hasonlóképpen, a negatív értékű áramokat "befelé irányuló áramnak" nevezik, ami pozitív töltésű ionoknak felel meg, amelyek kívülről befelé haladnak át a sejtmembránon, vagy belülről kifelé haladó negatív töltésű ionokra.
A jobb oldali ábra egy I – V görbét mutat, amely relevánsabb a gerjeszthető biológiai membránok (például neuronális axon ) áramaira . A kék vonal a káliumion I -V kapcsolatát mutatja. Vegye figyelembe, hogy ez lineáris, és nem jelzi, hogy a kálium-ioncsatorna feszültségfüggő kapuja. A sárga vonal a nátriumion I -V kapcsolatát mutatja. Ne feledje, hogy ez nem lineáris, ami azt jelzi, hogy a nátrium-ioncsatorna feszültségfüggő. A zöld vonal a nátrium- és káliumáram összegzéséből származó I – V kapcsolatot jelzi. Ez közelíti a mindkét típusú csatornát tartalmazó cella tényleges membránpotenciálját és áramviszonyát.