Característica corriente-tensión

Una característica corriente-tensión o curva I-V (curva corriente-tensión) es una relación, generalmente representada como un diagrama o gráfico, entre la corriente eléctrica que atraviesa un circuito, dispositivo o material, y la tensión correspondiente , o diferencia de potencial, a través de él.

En electrónica , la relación entre la corriente continua (CC) que circula por un dispositivo electrónico y la tensión continua (CC) entre sus terminales se denomina curva característica corriente-tensión (CC-T). Los ingenieros electrónicos utilizan estas gráficas 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 de corriente y tensión.

En componentes electrónicos con más de dos terminales, como tubos de vacío y transistores , la relación corriente-tensión en un par de terminales puede depender de la corriente o tensión en un tercer terminal. Esto se suele representar en un gráfico de corriente-tensión más complejo con múltiples curvas, cada una de las cuales representa la relación corriente-tensión para un valor diferente de corriente o tensión en el tercer terminal. ^{[ 1 ]}

Por ejemplo, el diagrama de la derecha muestra una familia de curvas I-V para un MOSFET en función del voltaje de drenaje con la sobretensión ( V _GS − V _th ) como parámetro.

La curva I-V más simple es la de una resistencia , que según la ley de Ohm presenta 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 la tensión de Early de un transistor son ejemplos de parámetros que tradicionalmente se miden 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 de funcionamiento. Las curvas I-V de diferentes dispositivos se pueden agrupar en categorías:

• Componentes activos frente a pasivos : Los dispositivos cuyas curvas I-V 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. Ejemplos de ello son las resistencias , las bombillas y los 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, la cual se convierte en calor u otra forma de energía.

En cambio, los dispositivos con curvas I-V que pasan por el segundo o cuarto cuadrante son componentes activos , fuentes de energía que pueden generar electricidad. Ejemplos de ello son las baterías y los generadores . Cuando opera en el segundo o cuarto cuadrante, la corriente fluye a través del dispositivo desde el terminal de voltaje negativo al positivo, en contra de la fuerza opuesta del campo eléctrico, por lo que las cargas eléctricas adquieren energía potencial . De esta forma, el dispositivo convierte otra forma de energía en energía eléctrica.

• Lineal vs. no lineal : Una línea recta que pasa por el origen representa un elemento de circuito lineal , mientras que una línea curva representa un elemento no lineal . Por ejemplo, las resistencias, los condensadores y los inductores son lineales, mientras que los diodos y los transistores son no lineales. Una curva I-V, que es una línea recta que pasa por el origen con pendiente positiva , representa una resistencia lineal u óhmica, el tipo de resistencia más común en los circuitos. Obedece la ley de Ohm ; la corriente es proporcional a la tensión aplicada en un amplio rango. Su resistencia , igual al recíproco de la pendiente de la línea, es constante. Una línea I-V curva representa una resistencia no lineal, como un diodo. En este tipo, la resistencia varía con la tensión o la corriente aplicadas.
• Resistencia negativa frente a resistencia positiva : Si la curva I-V tiene una pendiente positiva (que aumenta hacia la derecha) en toda su extensión, representa una resistencia positiva. Una curva I-V no monótona (con picos y valles) representa un dispositivo con resistencia negativa . Las regiones de la curva con pendiente negativa (que disminuyen hacia la derecha) representan regiones de operación donde el dispositivo tiene resistencia diferencial negativa , mientras que las regiones con pendiente positiva representan resistencia diferencial positiva. Los dispositivos con resistencia negativa se pueden usar para fabricar amplificadores y osciladores . Los diodos túnel y los diodos Gunn son ejemplos de componentes con resistencia negativa.
• Histéresis frente a univaluación : Los dispositivos con histéresis , es decir, aquellos en los que la relación corriente-tensión depende no solo de la entrada aplicada en el momento, sino también del historial de entradas anteriores, presentan curvas I-V formadas por familias de bucles cerrados. Cada rama del bucle está marcada con una dirección representada por una flecha. Ejemplos de dispositivos con histéresis incluyen inductores y transformadores con núcleo de hierro , tiristores como los SCR y los DIAC , y tubos de descarga de gas como las luces de neón .

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  La curva I-V es similar a la curva característica de un diodo túnel . Presenta resistencia negativa en la región de voltaje sombreada, entre v ₁ y v _2.
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  Curva I-V de DIAC . V _BO es la tensión de ruptura .
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  Curva I-V del memristor , que muestra una histéresis estrecha.
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  Curva I-V del diodo Gunn , que muestra resistencia diferencial negativa con histéresis (observe las flechas).

Si bien las curvas I-V son aplicables a cualquier sistema eléctrico, se utilizan ampliamente en el campo de la electricidad biológica, particularmente en la subdisciplina de la electrofisiología . En este caso, el voltaje se refiere al potencial de membrana (voltaje ) y la corriente es el flujo de iones cargados a través de los canales de dicha membrana. La corriente está determinada por la conductancia de estos canales.

En el caso de la corriente iónica a través de las membranas biológicas, las corrientes se miden desde el interior hacia el exterior. Es decir, las corrientes positivas, conocidas como "corriente de salida", corresponden a iones con carga positiva que atraviesan la membrana celular desde el interior hacia el exterior, o a iones con carga negativa que la atraviesan desde el exterior hacia el interior. De manera similar, las corrientes con valor negativo se denominan "corriente de entrada" y corresponden a iones con carga positiva que atraviesan la membrana celular desde el exterior hacia el interior, o a iones con carga negativa que la atraviesan desde el interior hacia el exterior.

La figura de la derecha muestra una curva I-V más relevante para las corrientes en membranas biológicas excitables (como un axón neuronal ). La línea azul muestra la relación I-V para el ion potasio. Es lineal, lo que indica que el canal iónico de potasio no depende del voltaje. La línea amarilla muestra la relación I-V para el ion sodio. No es lineal, lo que indica que el canal iónico de sodio sí 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 a la relación real entre el potencial de membrana y la corriente de una célula que contiene ambos tipos de canales.

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