Proudově-napěťová charakteristika - Current–voltage characteristic

Charakteristiky proudového napětí čtyř zařízení: a odpor s velkými odpor, odpor s malým odporem, spojení P – N dioda a baterie s nenulovým vnitřním odporem. Vodorovná osa představuje pokles napětí, svislá osa proud. Všechny čtyři parcely používají konvence pasivního znaku.

A proudově-napěťová charakteristika nebo I – V křivka (křivka proud-napětí) je vztah, obvykle reprezentovaný jako a schéma nebo graf, mezi elektrický proud prostřednictvím obvodu, zařízení nebo materiálu a odpovídající Napětí nebo potenciální rozdíl přes to.

V elektronice

MOSFET odtokový proud vs. napětí odtoku ke zdroji pro několik hodnot přepěťové napětí,

{ displaystyle V_ {GS} -V_ {th}}

; hranice mezi lineární (ohmický) a nasycení (aktivní) režimy je indikováno směrem nahoru zakřivenou parabolou.

v elektronika, vztah mezi přímým proud (DC ) prostřednictvím elektronické zařízení a DC Napětí přes jeho svorky se nazývá charakteristika proudu a napětí zařízení. Elektroničtí inženýři použijte tyto grafy k určení základních parametrů zařízení a k modelování jeho chování v elektrický obvod. Tyto charakteristiky jsou také známé jako I – V křivky, odkazující na standardní symboly pro proud a napětí.

v elektronické komponenty s více než dvěma terminály, například vakuové trubky a tranzistory, vztah proud-napětí na jednom páru svorek může záviset na proudu nebo napětí na třetí svorce. To se obvykle zobrazuje na složitějším grafu aktuálního napětí s více křivkami, z nichž každá představuje vztah proudu a napětí na jiné hodnotě proudu nebo napětí na třetí svorce.^[1]

Například diagram vpravo ukazuje rodinu I – V křivek pro a MOSFET jako funkce vypouštěcího napětí s přepětím (PROTI_GS - V_th) jako parametr.

Nejjednodušší křivka I – V je křivka a odpor, který podle Ohmův zákon exponáty a lineární vztah mezi aplikovaným napětím a výsledným elektrický proud; proud je úměrný napětí, takže křivka I – V je přímka vedená přes původ s pozitivním sklon. The reciproční sklonu se rovná odpor.

Křivku I – V elektrické komponenty lze měřit pomocí nástroje zvaného a sledovač křivky. The transkonduktance a Časné napětí a tranzistor jsou příklady parametrů tradičně měřených z křivky I – V zařízení.

Typy I – V křivek

Tvar charakteristické křivky elektrické součásti prozrazuje mnoho o jejích provozních vlastnostech. I – V křivky různých zařízení lze rozdělit do kategorií:

Kvadranty Já – v letadlo. Zdroje energie mají křivky procházející červenými oblastmi.

Aktivní vs pasivní: Zařízení, která mají křivky I – V, které jsou omezeny na první a třetí kvadranty roviny I – V procházející skrz původ, jsou pasivní komponenty (zatížení), které spotřebovávají elektrická energie z okruhu. Příklady jsou rezistory a elektromotory. Konvenční proud těmito zařízeními vždy protéká ve směru elektrické pole, od kladné svorky napětí k záporné, takže náboje ztratí potenciální energie v zařízení, které se přeměňuje na teplo nebo jinou formu energie.

Naproti tomu zařízení s křivkami I – V, která procházejí druhým nebo čtvrtým kvadrantem, jsou aktivní komponenty, zdroje energie, které mohou vyrábět elektrickou energii. Příklady jsou baterie a generátory. Když pracuje ve druhém nebo čtvrtém kvadrantu, je proud nucen protékat zařízením ze záporného na kladný pól napětí proti opačné síle elektrického pole, takže elektrické náboje získávají potenciální energie. Zařízení tedy přeměňuje nějakou jinou formu energie na energii elektrickou.

Lineární vs nelineární: Přímka procházející počátkem představuje a lineární obvod prvek, zatímco zakřivená čára představuje a nelineární živel. Například rezistory, kondenzátory a induktory jsou lineární, zatímco diody a tranzistory jsou nelineární. Křivka I – V, která je přímkou procházející počátkem s kladem sklon představuje lineární nebo ohmický odpor, nejběžnější typ odporu v obvodech. Poslouchá Ohmův zákon; proud je úměrný použitému napětí v širokém rozsahu. Své odpor, rovnající se reciproční sklonu přímky je konstantní. Zakřivená čára I – V představuje nelineární odpor, například diodu. U tohoto typu se odpor mění s přiloženým napětím nebo proudem.
Negativní odpor vs pozitivní odpor: Křivka I – V, která je nonmonotonic (s vrcholy a údolími) představuje zařízení, které má negativní odpor. Oblasti křivky, které mají záporný sklon (klesající doprava), představují operační oblasti, kde má zařízení záporný diferenciální odpor, zatímco oblasti pozitivního sklonu představují pozitivní diferenciální odpor. Lze použít zařízení se záporným odporem zesilovače a oscilátory. Tunelové diody a Gunn diody jsou příklady komponent, které mají negativní odpor.
Hystereze vs jednohodnotová: Zařízení, která mají hystereze; to znamená, že vztah proudu a napětí závisí nejen na současném použitém vstupu, ale také na minulé historii vstupů, mají I – V křivky sestávající z rodin uzavřených smyček. Každá větev smyčky je označena směrem představovaným šipkou. Mezi příklady zařízení s hysterezí patří železné jádro induktory a transformátory, tyristory jako SCR a DIAC, a plynové výbojky jako neonová světla.

I – V křivka podobná a tunelová dioda charakteristická křivka. Má negativní odpor v oblasti stínovaného napětí mezi proti₁ a proti₂
DIAC I – V křivka. PROTI_BO je přerušovací napětí.
Memristor Křivka I – V, ukazující na sevření hystereze
Gunnova dioda Křivka I – V, zobrazující záporný diferenciální odpor s hysterezí (všimněte si šipek)

V elektrofyziologii

Aproximace draslíkových a sodíkových iontových složek takzvané „celé buňky“ I – V křivky neuronu.

I když jsou křivky I – V použitelné v jakémkoli elektrickém systému, nacházejí široké uplatnění v oblasti biologické elektřiny, zejména v dílčím poli elektrofyziologie. V tomto případě se napětí vztahuje k napětí přes biologickou membránu, a membránový potenciál a proud je tok nabitých iontů skrz kanály v této membráně. Proud je určen vodivostí těchto kanálů.

V případě iontového proudu přes biologické membrány se proudy měří zevnitř ven. To znamená, že kladné proudy, známé jako „vnější proud“, odpovídající kladně nabitým iontům procházejícím buněčnou membránou zevnitř ven, nebo záporně nabitým iontům procházejícím z vnějšku dovnitř. Podobně se proudy se zápornou hodnotou označují jako „proud dovnitř“, což odpovídá kladně nabitým iontům procházejícím buněčnou membránou z vnějšku dovnitř nebo záporně nabitým iontům procházejícím zevnitř ven.

Obrázek vpravo ukazuje křivku I – V, která je relevantnější pro proudy v excitovatelných biologických membránách (jako je neuron axon Modrá čára ukazuje vztah I – V pro iont draslíku. Všimněte si, že je lineární, což naznačuje, že na kanále iontového kanálu draslíku není závislé na napětí. Žlutá čára ukazuje vztah I – V pro sodíkový iont. Všimněte si, že to není lineární, což znamená, že sodíkový iontový kanál je závislý na napětí. Zelená čára označuje vztah I – V odvozený od součtu sodíkových a draselných proudů. To se blíží skutečnému potenciálu membrány a aktuálnímu vztahu buňky obsahující oba typy kanálu.

Viz také

Sledování maximálního výkonu

Reference

^ H. J. van der Bijl (1919). "Teorie a provozní charakteristiky themionového zesilovače". Sborník IRE. Institute of Radio Engineers. 7 (2): 97–126. doi:10.1109 / JRPROC.1919.217425.

[1] H. J. van der Bijl (1919). "Teorie a provozní charakteristiky themionového zesilovače". Sborník IRE. Institute of Radio Engineers. 7 (2): 97–126. doi:10.1109 / JRPROC.1919.217425.

[1]