Una característica de corriente-voltaje o curva I-V ( curva de corriente-voltaje) es una relación, típicamente representada como un cuadro o gráfico, entre la corriente eléctrica a través de un circuito, dispositivo o material, y el voltaje correspondiente o la diferencia de potencial entre eso.
En electrónica
En electrónica , la relación entre la corriente continua ( CC ) a través de un dispositivo electrónico y el voltaje de CC a través de sus terminales se denomina característica de 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 para 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 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 a 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 de la tensión de drenaje con sobretensión ( V GS - V th ) como parámetro.
La curva I – V más simple es la de un resistor , que según la ley de Ohm muestra 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 medidos tradicionalmente 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:
- 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.
- En contraste, 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. Los ejemplos son baterías y generadores . Cuando está operando 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 están ganando energía potencial . Por tanto, el dispositivo convierte alguna otra forma de energía en energía eléctrica.
- Lineal vs no lineal : una línea recta que pasa por el origen representa unelemento de circuito lineal , mientras que una línea curva representa unelemento no lineal . Por ejemplo, las resistencias, condensadores e inductores son lineales, mientras que los diodos y transistores no son lineales. Una curva I – V que es una línea recta que pasa por el origen con pendiente positivarepresenta 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 línea, 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 la corriente aplicados.
- Resistencia negativa frente a resistencia positiva : una curva I – V que no es monotónica (con picos y valles) representa un dispositivo que tiene resistencia negativa . Las regiones de la curva que tienen una pendiente negativa (declinando 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. Se pueden usar dispositivos de resistencia negativa para hacer amplificadores y osciladores . Los diodos de túnel y los diodos de Gunn son ejemplos de componentes que tienen resistencia negativa.
- Histéresis vs valor único : dispositivos que tienen histéresis ; es decir, en los que la relación corriente-voltaje depende no solo de la entrada aplicada presente sino también del historial pasado de las entradas, tienen curvas I – V que consisten en familias de lazos cerrados. Cada rama del bucle está marcada con una dirección representada por una flecha. Ejemplos de dispositivos con histéresis incluyen inductores y transformadores de 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 de túnel . Tiene resistencia negativa en la región de voltaje sombreada, entre v 1 y v 2
Curva DIAC I – V. V BO es el voltaje de ruptura .
Curva de memristor I – V, que muestra una histéresis pellizcada
Curva I – V del diodo Gunn , que muestra una resistencia diferencial negativa con histéresis (observe las flechas)
En electrofisiología
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 las membranas biológicas, las corrientes se miden desde adentro hacia afuera. Es decir, corrientes positivas, conocidas como "corriente de salida", que corresponden a iones cargados positivamente que cruzan una membrana celular de adentro hacia afuera, o un ión cargado negativamente que cruza de afuera hacia adentro. De manera similar, las corrientes con un valor negativo se denominan "corriente de entrada", que corresponden a iones cargados positivamente que cruzan una membrana celular de afuera hacia adentro, o un ión cargado negativamente que cruza de adentro hacia afuera.
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. Tenga en cuenta que es lineal, lo que indica que no hay compuerta dependiente del voltaje del canal de iones de potasio. La línea amarilla muestra la relación I-V para el ion sodio. Tenga en cuenta que no es lineal, lo que indica que el canal de iones 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
- Maximo poder punto
- Voltamperometría
Referencias
- ↑ HJ van der Bijl (1919). "Teoría y características de funcionamiento del amplificador temático" . Actas de la IRE . Instituto de Ingenieros de Radio. 7 (2): 97–126. doi : 10.1109 / JRPROC.1919.217425 .