전류-전압 특성

Current–voltage characteristic
저항이 큰 저항, 저항이 작은 저항, P-N 접합 다이오드, 내부 저항이 0이 아닌 배터리 등 4가지 장치의 전류-전압 특성. 가로축은 전압 강하, 세로축은 전류를 나타냅니다. 네 그림 모두 수동 부호 규칙을 사용합니다.

전류-전압 특성 또는 I-V 곡선(전류-전압 곡선)은 일반적으로 차트 또는 그래프로 표시되는 회로, 장치 또는 재료를 통과하는 전류와 그에 따른 전압 또는 전위차 사이의 관계입니다.

전자제품에서는

과구동 전압, V GS- {\displaystyle 의 여러 값에 대한 MOSFET 드레인 전류 대 소스 전압 선형(오믹) 모드와 포화(활성) 모드의 경계는 상향 곡선 포물선으로 표시됩니다.

전자 기기에서 전자 기기를 통한 직류(DC)와 단자를 통한 직류 전압 사이의 관계를 전류-전압 특성이라고 합니다. 전자 공학자는 이러한 차트를 사용하여 장치의 기본 매개 변수를 결정하고 전기 회로에서 장치의 동작을 모델링합니다. 이러한 특성은 전류 및 전압에 대한 표준 기호를 참조하여 I–V 곡선이라고도 합니다.

진공관 및 트랜지스터와 같이 두 개 이상의 단자가 있는 전자 부품에서 한 쌍의 단자에서 전류-전압 관계는 세 번째 단자의 전류 또는 전압에 따라 달라질 수 있습니다. 이 그래프는 일반적으로 여러 개의 곡선이 있는 보다 복잡한 전류-전압 그래프에 표시되며, 각 곡선은 세 번째 단자의 다른 전류 또는 전압 값에서 전류-전압 관계를 나타냅니다.[1]

예를 들어 오른쪽 다이어그램은 과전압(VGS - Vth)을 매개 변수로 하는 드레인 전압의 함수로 MOSFET에 대한 I-V 곡선 제품군을 보여줍니다.

가장 간단한 I-V 곡선은 저항기의 곡선으로 옴의 법칙에 따라 인가된 전압과 생성된 전류 사이에 선형 관계를 나타냅니다. 전류는 전압에 비례하므로 I-V 곡선은 양의 기울기를 가진 원점을 통과하는 직선입니다. 기울기의 역수는 저항과 같습니다.

전기 부품의 I-V 곡선은 곡선 추적기라고 하는 기기로 측정할 수 있습니다. 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스와 초기 전압은 전통적으로 장치의 I-V 곡선에서 측정되는 파라미터의 예입니다.

I-V 곡선의 종류

전기 부품의 특성 곡선의 모양은 그 작동 특성에 대해 많은 것을 보여줍니다. 다양한 장치의 I-V 곡선은 다음과 같은 범주로 분류할 수 있습니다.

I-V 비행기의 사분면. 전원에는 빨간색 영역을 통과하는 곡선이 있습니다.
  • 능동 대 수동: I-V 곡선이 있는 장치는 원점을 통과하는 I-V 평면의 1/4 및 3/4에 국한되며 회로에서 전력을 소비하는 수동 구성 요소(부하)입니다. 저항기와 전기 모터가 그 예입니다. 종래의 전류는 항상 양의 전압 단자에서 음의 방향으로 이러한 장치를 통해 전기장 방향으로 흐르기 때문에 전하가 장치 내에서 위치 에너지를 잃고 이는 열 또는 다른 형태의 에너지로 변환됩니다.
대조적으로, I-V 곡선이 두 번째 또는 네 번째 사분면을 통과하는 장치는 전력을 생산할 수 있는 능동 구성 요소인 전원입니다. 배터리와 발전기가 그 예입니다. 2사분면 또는 4사분면에서 작동할 때 전기장의 반대 힘에 대항하여 음극에서 양극 전압 단자로 전류가 장치를 통해 흐를 수밖에 없기 때문에 전하가 전위 에너지를 얻고 있습니다. 따라서 이 장치는 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 전환하고 있습니다.
  • 선형 대 비선형: 원점을 지나는 직선은 선형 회로 요소를 나타내고 곡선은 비선형 요소를 나타냅니다. 예를 들어 저항, 커패시터 및 인덕터는 선형인 반면 다이오드 및 트랜지스터는 비선형입니다. 양의 기울기를 가진 원점을 지나는 직선인 I-V 곡선은 회로에서 발생하는 가장 일반적인 저항 유형인 선형 또는 오믹 저항을 나타냅니다. 옴의 법칙을 준수합니다. 전류는 넓은 범위에서 인가된 전압에 비례합니다. 선의 기울기의 역수와 같은 저항은 일정합니다. 곡선 I-V 선은 다이오드와 같은 비선형 저항을 나타냅니다. 이 유형에서는 인가된 전압 또는 전류에 따라 저항이 달라집니다.
  • 음의 저항 대 양의 저항: I-V 곡선이 전체적으로 양의 기울기(오른쪽으로 증가)를 가지면 양의 저항을 나타냅니다. 단성이 아닌 I-V 곡선(피크 및 골 포함)은 음의 저항을 갖는 장치를 나타냅니다. 음의 기울기를 갖는 곡선의 영역(오른쪽으로 감소)은 장치가 음의 차동 저항을 갖는 작동 영역을 나타내고 양의 기울기를 갖는 영역은 양의 차동 저항을 나타냅니다. 음의 저항 소자는 증폭기와 발진기를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 음의 저항을 갖는 구성 요소로는 터널 다이오드와 건 다이오드가 있습니다.
  • 히스테리시스 대 단일 값: 히스테리시스가 있는 장치, 즉 전류-전압 관계가 현재 적용된 입력뿐만 아니라 과거 입력 이력에도 의존하는 장치는 폐쇄 루프 계열로 구성된 I-V 곡선을 갖습니다. 루프의 각 분기에는 화살표로 표시된 방향이 표시됩니다. 히스테리시스가 있는 장치의 예로는 철심 인덕터 및 변압기, SCR 및 DIAC와 같은 사이리스터 및 네온 조명과 같은 가스 방전 튜브가 있습니다.
  • I–V curve similar to a tunnel diode characteristic curve. It has negative resistance in the shaded voltage region, between v1 and v2
    터널 다이오드 특성 곡선과 유사한 I–V 곡선. 음영 전압 영역(v와1 v2 사이)에서 음의 저항을 갖습니다.
  • DIAC I–V curve. VBO is the breakover voltage.
    DIAC I–V 곡선. V는BO 브레이크오버 전압입니다.
  • Memristor I–V curve, showing a pinched hysteresis
    조여진 이력을 보여주는 멤리스터 I–V 곡선
  • Gunn diode I–V curve, showing negative differential resistance with hysteresis (notice arrows)
    건 다이오드 I–V 곡선, 히스테리시스와 함께 음의 차동 저항을 나타냄(알림 화살표)

전기생리학에서

뉴런의 소위 "전체 세포" I–V 곡선의 칼륨 및 나트륨 이온 성분의 근사치.

I-V 곡선은 모든 전기 시스템에 적용 가능하지만 생물학적 전기 분야, 특히 전기 생리학 하위 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 여기서 전압은 막전위인 생물막을 가로지르는 전압을 말하며, 전류는 이 막의 채널을 통한 전하를 띤 이온의 흐름입니다. 전류는 이러한 채널의 컨덕턴스에 의해 결정됩니다.

생물막을 가로지르는 이온 전류의 경우 내부에서 외부로 전류를 측정합니다. 즉, 양전하를 띤 이온이 내부에서 외부로 세포막을 가로지르거나, 음전하를 띤 이온이 외부에서 내부로 교차하는 것에 해당하는 양전하를 "외전류"라고 합니다. 마찬가지로 음의 값을 가진 전류를 "내부 전류"라고 하는데, 이는 양전하를 띤 이온이 외부에서 내부로 세포막을 가로지르거나, 음전하를 띤 이온이 내부에서 외부로 교차하는 것에 해당합니다.

오른쪽 그림은 흥분성 생물막(신경 축삭과 같은)의 전류와 더 관련이 있는 I-V 곡선을 보여줍니다. 파란색 선은 칼륨 이온에 대한 I-V 관계를 보여줍니다. 선형으로 칼륨 이온 채널의 전압 의존적 게이팅이 없음을 나타냅니다. 노란색 선은 나트륨 이온에 대한 I-V 관계를 보여줍니다. 선형이 아니므로 나트륨 이온 채널이 전압 의존적임을 나타냅니다. 초록색 선은 나트륨 전류와 칼륨 전류의 합에서 파생된 I-V 관계를 나타냅니다. 이것은 두 가지 유형의 채널을 포함하는 셀의 실제 막 전위와 전류 관계를 근사화합니다.

참고 항목

Wikimedia Commons에는 장치 전류 전압 특성과 관련된 미디어가 있습니다.

참고문헌

  1. ^ H. J. van der Bijl (1919). "Theory and Operating Characteristics of the Themionic Amplifier". Proceedings of the IRE. Institute of Radio Engineers. 7 (2): 97–126. doi:10.1109/JRPROC.1919.217425.