I-V特性曲線

電流-電壓（I-V）特性曲線定義了電子器件的工作特性。

I-V特性曲線，全稱為電流-電壓特性曲線，簡稱I-V曲線，是用于定義電氣設備或元件在電路中工作特性的一組圖形曲線。顧名思義，I-V特性曲線展示了通過電子器件的電流與其兩端施加電壓之間的關系。

I-V特性曲線通常用作確定和理解元件或器件基本參數的工具，并且還可以用于數學建模其在電子電路中的行為。但與大多數電子設備一樣，存在無限數量的I-V特性曲線，代表各種輸入或參數，因此我們可以在同一圖表上顯示一組或多組曲線以表示各種值。

例如，雙極型晶體管的“電流-電壓特性”可以顯示不同基極驅動量下的情況，或者二極管在其正向和反向區域工作的I-V特性曲線。

但是，元件或器件的靜態電流-電壓特性不必是直線。以固定值電阻的特性為例，我們期望它在一定的電流、電壓和功率范圍內是相當直且恒定的，因為它是一個線性或歐姆器件。

然而，還有其他電阻元件，如光敏電阻（LDR）、熱敏電阻、壓敏電阻，甚至燈泡，它們的I-V特性曲線不是直線或線性線，而是曲線或形狀，因此被稱為非線性器件，因為它們的電阻是非線性電阻。

如果施加到上述電阻元件R端子的電源電壓V變化，并測量得到的電流I，則該電流可以表征為：I = V/R，這是歐姆定律方程之一。

我們從歐姆定律知道，隨著電阻兩端的電壓增加，通過它的電流也會增加，可以構建一個圖表來顯示電壓和電流之間的關系，如圖表所示，代表電阻元件的伏安特性（其I-V特性曲線）。考慮下面的電路。

理想電阻

電阻屬性

上述I-V特性曲線定義了電阻元件，在這個意義上，如果我們對電阻元件施加任何電壓值，可以從I-V特性直接得到相應的電流。因此，電阻元件消耗（或產生）的功率也可以從I-V曲線中確定。

如果電壓和電流本質上是正的，那么I-V特性曲線將在第一象限為正；如果電壓和電流本質上是負的，那么曲線將顯示在第三象限，如圖所示。

在純電阻中，電壓和電流之間的關系在恒定溫度下是線性且恒定的，因此電流（i）與電位差V乘以比例常數1/R成正比，即i = (1/R) x V。然后通過電阻的電流是施加電壓的函數，我們可以使用I-V特性曲線直觀地展示這一點。

在這個簡單的例子中，電流i與電位差V的關系是一條斜率為1/R的直線，因為關系是線性和歐姆的。然而，實際電阻在某些條件下可能表現出非線性行為，例如在高溫下。

有許多電子元件和器件具有非線性特性，即它們的V/I比不是恒定的。半導體二極管的特性是非線性電流-電壓特性，因為通過正向偏置的普通硅二極管的電流受到PN結歐姆電阻的限制。

半導體器件的I-V特性曲線

半導體器件，如二極管、晶體管和晶閘管，都是使用半導體PN結連接在一起構建的，因此它們的I-V特性曲線將反映這些PN結的工作特性。因此，這些器件將具有非線性I-V特性，與電阻的電流和電壓之間的線性關系相反。

例如，半導體二極管的主要功能是將交流電整流為直流電。當二極管正向偏置（較高電位連接到其陽極）時，它將通過電流。當二極管反向偏置（較高電位連接到其陰極）時，電流被阻斷。然后，PN結需要一定極性和幅度的偏置電壓才能通過電流。該偏置電壓還控制結的電阻，從而控制通過它的電流。考慮下面的二極管電路。

二極管屬性

二極管屬性

當二極管正向偏置時，陽極相對于陰極為正，正向或正電流通過二極管，并在其I-V特性曲線的右上象限工作，如圖所示。從零交點開始，曲線逐漸增加到正向象限，但正向電流和電壓非常小。

當正向電壓超過二極管P-N結的內部勢壘電壓（對于硅約為0.7伏）時，發生雪崩，正向電流隨著電壓的極小增加而迅速增加，產生非線性曲線。正向曲線上的“膝點”。

同樣，當二極管反向偏置時，陰極相對于陽極為正，二極管阻斷電流，除了極小的漏電流，并在其I-V特性曲線的左下象限工作。二極管繼續阻斷通過它的電流，直到二極管兩端的反向電壓大于其擊穿電壓點，導致反向電流突然增加，隨著電壓失去控制，產生一條相當直的向下曲線。這個反向擊穿電壓點在齊納二極管中得到有效利用。

然后我們可以看到，硅二極管的I-V特性曲線是非線性的，與之前電阻的線性I-V曲線非常不同，因為它們的電氣特性不同。電流-電壓特性曲線可用于繪制任何電氣或電子元件的工作特性，從電阻到放大器，再到半導體和太陽能電池。

電子元件的電流-電壓特性曲線告訴我們很多關于其工作的信息，并且可以作為一個非常有用的工具，通過顯示其可能的電流和電壓組合來確定特定器件或元件的工作特性，并且作為圖形輔助工具，可以幫助直觀地更好地理解電路中發生的情況。