電気デバイスでは、I-V 特性曲線は、電気回路内での動作を定義するために使用されるグラフィカルな曲線の確立されたコレクションです。名前が示すように、I-V 特性曲線は、電気デバイスを流れる電流とその端子間に印加される電圧との関係を表します。
I-V 特性曲線は、コンポーネントまたはデバイスの基本的な特性を決定して理解するため、および電子回路内でのその動作を数学的にモデル化するために一般的に使用されます。ほとんどの電子デバイスと同様に、多くの入力またはパラメーターを表す曲線があるため、さまざまな値を示すために、同じグラフに曲線のファミリまたはグループを表示できます。
たとえば、バイポーラ トランジスタの「電流 - 電圧特性」は、さまざまなレベルのベース駆動、または順方向バイアスと逆方向バイアスの両方で動作するダイオードの I-V 特性曲線で表示できます。
ただし、コンポーネントまたはデバイスの静的な電流-電圧特性は直線である必要はありません。線形または抵抗導体デバイスとして、固定値抵抗器の特性は、電流、電圧、および電力の指定された範囲内で一般に直線的で一定であると予想されます。
オーミックおよび非オーミック導体
オームの法則によれば、電圧と電流は線形関係にあります。オーミック導体は、この法則に準拠する導体および電子部品ですが、非オーミック導体は準拠しません。
オーム導体は線形電子部品としても知られていますが、電圧と電流が線形関係にないため、他の電子部品は非線形です。
エレクトロニクスの基礎と電気科学の他の多くの側面を学びながら、なぜ一部の電子部品と導体がオーミックでオームの法則に従うのかを理解することが重要です.
オーミック導体と非オーミック導体は、次の例によって例示されます。
オーミック導体と非オーミック導体の両方が豊富に見られます。どちらも、あらゆる種類の電気および電子部品およびシステムで広く採用されています。
理想的な抵抗器の I-V 特性曲線
一定の温度では、純粋な抵抗における電圧と電流の関係は線形かつ一定であり、電流 I は電位差 V に比例定数 1/R を掛けたものに比例し、I =(1/R) x V となります。抵抗器を流れる電流は、I-V 特性曲線で示されるように、印加電圧の関数になります。
抵抗器は、電圧と電流の間のオームの法則の線形関係、つまり V=I×R を示すコンポーネントです。高温にさらされた場合など、特定の条件下では、実際の抵抗器が非線形動作を示す場合があります。順方向バイアスされた一般的なシリコン ダイオードを流れる電流は、PN オーム接合の抵抗によって制限されるため、半導体ダイオードは非線形の電流 - 電圧特性を持ちます。
半導体の I-V 特性曲線
半導体デバイスはすべて、互いに結合された半導体 PN 接合で構成されており、それらの I-V 特性曲線は、これらの PN 接合がどのように機能するかを示しています。電流と電圧の間に線形関係がある抵抗器とは対照的に、これらのデバイスは非線形の I-V 特性を示します。
たとえば、半導体ダイオードの基本的な機能は、AC を DC に変換することです。より高い電位がアノードに接続されている場合、順方向にバイアスされたダイオードは電流を通過させます。ダイオードが逆にバイアスされると、電流が抑制されます (より大きな電位がカソードにリンクされます)。このバイアス電圧は接合部の抵抗も調整し、その結果、電流が流れます。
ダイオードの I-V 特性曲線
順方向または正の電流は、ダイオードが順方向にバイアスされている場合に流れ、カソードに関してアノードが正であり、示されているように、その I-V 特性曲線の右上の象限で動作します。順方向電流と電圧は非常に控えめですが、曲線はゼロ交点から順方向象限に次第に上昇します。
順方向電圧がダイオードの P-N 接合の内部バリア電圧 (シリコンでは約 0.7 ボルト) に達すると、アバランシェが発生し、電圧の比較的小さな増加に対して順方向電流が急速に増加し、非線形曲線が得られます。前方カーブの「膝」ポイント。
カソードがアノードに対して正で、ダイオードが逆バイアスされている場合、少量の漏れ電流を除いて電流をブロックし、I-V 特性曲線の左下象限で動作します。ダイオードは、両端の逆電圧がブレークダウン電圧ポイントを超えるまで電流の流れをブロックし続け、電圧損失が制御されるため、逆電流の鋭いスパイクと適度にまっすぐな下降勾配が生じます。ツェナー ダイオードは、この逆方向ブレークダウン電圧ポイントを最大限に活用します。
結論
電子部品の電流-電圧特性は、その動作について多くのことを明らかにします。これらは、考えられるすべての電流と電圧の組み合わせを表示することにより、デバイスまたはコンポーネントの動作特性を決定するのに非常に便利なツールであり、回路内で何が起こっているかをよりよく理解するためのグラフィカルな補助としても使用できます。詳細については、順方向バイアスと逆方向バイアスに関する学習資料ノートを参照することもできます。
