Curbele caracteristice de curent-tensiune (I-V) definesc caracteristicile de funcționare ale unui dispozitiv electronic.

După cum sugerează și numele, curbele caracteristice I-V arată relația dintre curentul care trece printr-un dispozitiv electronic și tensiunea aplicată pe terminalele sale.

Curbele caracteristice I-V sunt utilizate în general ca instrument de determinare și înțelegere a parametrilor de bază ai unei componente sau a unui dispozitiv și care pot fi, de asemenea, utilizate pentru modelarea matematică a comportamentului său în cadrul unui circuit electronic. Dar, la fel ca în cazul majorității dispozitivelor electronice, există un număr infinit de curbe caracteristice I-V reprezentând diferitele intrări sau parametri și, ca atare, putem afișa o familie sau un grup de curbe pe același grafic pentru a reprezenta diferitele valori.

De exemplu, caracteristicile "curent-tensiune" ale unui tranzistor bipolar pot fi arătate cu diferite valori ale comenzii bazei sau curbele caracteristice I-V ale unei diode care operează în ambele regiuni directă și inversă.

Dar caracteristicile statice curent-tensiune ale unei componente sau ale unui dispozitiv nu trebuie să fie o linie dreaptă. De exemplu, caracteristicile unui rezistor cu valoare fixă, ne-am aștepta ca acestea să fie în mod rezonabil drepte și constante în anumite intervale de curent, tensiune și putere, deoarece este un dispozitiv liniar sau ohmic.

Există totuși și alte elemente rezistive, cum ar fi LDR, termistor, varistor și chiar bec, ale căror curbe caracteristice I-V nu sunt linii drepte sau lineare, ci sunt curbate sau modelate și prin urmare sunt numite dispozitive neliniare deoarece rezistențele lor sunt rezistențe nelineare.

Dacă tensiunea de alimentare cu energie electrică V aplicată la terminalele elementului rezistiv R de mai sus a fost variată, iar curentul rezultat I măsurat, acest curent va fi caracterizat de: I = V/R, fiind una din ecuațiile Legii lui Ohm.

Știm din Legea lui Ohm că, pe măsură ce crește tensiunea pe rezistor și curentul care trece prin el crește, ar fi posibil să se construiască un grafic pentru a arăta relația dintre tensiune și curent așa cum este arătat cu graficul reprezentând caracteristicile volt-amper (curbele caracteristice I-V) ale elementului rezistiv. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Curbe caracteristice I-V ale unui rezistor ideal

Curbele caracteristice I-V de mai sus definesc elementul rezistiv, în sensul că dacă aplicăm orice valoare de tensiune elementului rezistiv, curentul rezultat este obținut direct din caracteristicile I-V. Ca rezultat, puterea disipată (sau generată) de elementul rezistiv poate fi, de asemenea, determinată din curba I-V.

Dacă tensiunea și curentul sunt pozitive, atunci curbele caracteristice I-V vor fi pozitive în cadranul I, dacă tensiunea și deci curentul sunt negative, curba va fi afișată în cadranul III, așa cum este arătat.

Într-o rezistență pură, relația dintre tensiune și curent este liniară și constantă la o temperatură constantă, astfel încât curentul (i) este proporțional cu diferența de potențial V ori constanta de proporționalitate 1/R dând i = (1/R) x V. Deci, curentul prin rezistor este o funcție de tensiunea aplicată și putem demonstra aceasta vizual, utilizând o curbă a caracteristicilor I-V.

În acest exemplu simplu, curentul i, funcție de diferența de potențial V, este o linie dreaptă cu panta constantă 1/R deoarece relația este liniară și ohmică. Dar, rezistențele practice pot prezenta comportament neliniar în anumite condiții, de exemplu, când sunt expuse la temperaturi ridicate.

Există multe componente și dispozitive electronice care au caracteristici neliniare, raportul lor V/I nu este constant. Diodele semiconductoare sunt caracterizate prin caracteristici neliniare de curent-tensiune, deoarece curentul care trece printr-o diodă de siliciu obișnuită, polarizată direct, este limitat de rezistența ohmică a joncțiunii PN.

Curbe caracteristice I-V ale semiconductoarelor

Dispozitivele semiconductoare, cum ar fi diodele, tranzistoarele și tiristoarele, sunt construite folosind joncțiunile PN semiconductoare conectate între ele și astfel curbele lor caracteristice I-V vor reflecta funcționarea acestor joncțiuni PN. Deci, aceste dispozitive vor avea caracteristici I-V nelineare, spre deosebire de rezistoare care au o relație liniară între curent și tensiune.

De exemplu, funcția primară a unei diode semiconductoare este redresarea AC la DC. Când o diodă este polarizată direct (potențialul mai mare este conectat la anodul său), va trece curent. Când dioda este polarizată invers (potențialul superior este conectat la catodul său), curentul este blocat. Deci, o joncțiune PN are nevoie de o tensiune de polarizare cu o anumită polaritate și amplitudine pentru ca să circule curent. Această tensiune de polarizare controlează rezistența joncțiunii și, prin urmare, fluxul de curent prin ea. Luați în considerare circuitul cu diodă de mai jos.

Curba caracteristică I-V a unei diode

Când dioda este polarizată direct, anod pozitiv în raport cu catodul, un curent direct sau pozitiv trece prin diodă și operează în cadranul din dreapta sus al curbelor caracteristice I-V, așa cum se arată. Pornind la intersecția cu zero, curba crește treptat în cadran înainte, dar curentul și tensiunea directe sunt extrem de mici.

Atunci când tensiunea directă depășește tensiunea barierei interne a joncțiunilor PN ale diodei, care pentru siliciu este de aproximativ 0,7 volți, are loc avalanșa și curentul direct crește rapid pentru o creștere foarte mică a tensiunii, producând o curbă neliniară. Punctul se numește punctul "knee-genunchi" de pe curba directă.

Atunci când dioda este polarizată invers, catod pozitiv față de anod, dioda blochează curentul, cu excepția unui curent de scăpări extrem de mic și operează în cadranul stânga jos al curbelor sale caracteristice I-V. Dioda continuă să blocheze fluxul de curent prin ea până când tensiunea inversă pe diodă devine mai mare decât punctul de tensiune de străpungere, rezultând o creștere bruscă a curentului invers, producând o curbă în linie destul de dreaptă în jos, deoarece tensiunea a pierdut controlul. Acest punct de tensiune de străpungere inversă este utilizat pentru un efect bun cu diode zener.

Putem observa că curbele caracteristice I-V pentru o diodă de siliciu sunt neliniare și foarte diferite de cele ale curbelor liniare I-V ale rezistoarelor anterioare, deoarece caracteristicile lor electrice sunt diferite. Curbele caracteristice curent-tensiune pot fi folosite pentru a descrie funcționarea oricărei componente electrice sau electronice de la rezistor, la amplificator, la semiconductor și celulă solară.

Caracteristicile curent-tensiune ale unei componente electronice ne indică foarte mult despre funcționarea ei și pot fi un instrument foarte util în determinarea caracteristicilor de funcționare ale unui dispozitiv sau component particular prin arătarea combinațiilor posibile de curent și tensiune și că un grafic poate ajuta vizual o înțelegere mai bună a ce se întâmplă într-un circuit.