خصائص التيار-الجهد

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
خصائص التيار-الجهد لأربعة أجهزة: مقاومة ذات مقاومة عالية ، ومقاومة ذات مقاومة منخفضة، وثنائي وصلة P-N ، وبطارية ذات مقاومة داخلية غير صفرية. يمثل المحور الأفقي انخفاض الجهد ، بينما يمثل المحور الرأسي التيار . تستخدم جميع الرسومات البيانية الأربعة اصطلاح الإشارة السلبية .

خاصية التيار -الجهد أو منحنى I-V (منحنى التيار-الجهد) هي علاقة، يتم تمثيلها عادةً على شكل مخطط أو رسم بياني، بين التيار الكهربائي المار عبر دائرة أو جهاز أو مادة، والجهد المقابل ، أو فرق الجهد، عبرها.

في مجال الإلكترونيات

تيار تصريف MOSFET مقابل جهد التصريف إلى المصدر لعدة قيم لجهد التشغيل الزائد ،VجيS-Vتح{\displaystyle V_{GS}-V_{th}}; يتم الإشارة إلى الحد الفاصل بين الأنماط الخطية ( الأومية ) وأنماط التشبع ( النشطة ) بواسطة القطع المكافئ المنحني لأعلى.

في مجال الإلكترونيات ، تُعرف العلاقة بين التيار المستمر المار عبر جهاز إلكتروني والجهد المستمر عبر أطرافه بخاصية التيار-الجهد للجهاز. يستخدم مهندسو الإلكترونيات هذه المخططات لتحديد المعايير الأساسية للجهاز ونمذجة سلوكه في الدائرة الكهربائية . تُعرف هذه الخصائص أيضًا بمنحنيات I-V، نسبةً إلى الرموز القياسية للتيار والجهد.

في المكونات الإلكترونية التي تحتوي على أكثر من طرفين، مثل الصمامات المفرغة والترانزستورات ، قد تعتمد علاقة التيار بالجهد عند زوج من الأطراف على التيار أو الجهد عند الطرف الثالث. وعادةً ما يُعرض ذلك على رسم بياني أكثر تعقيدًا للتيار بالجهد ، يتضمن منحنيات متعددة، يمثل كل منها علاقة التيار بالجهد عند قيمة مختلفة للتيار أو الجهد عند الطرف الثالث. [ 1 ]

على سبيل المثال ، يوضح الرسم البياني على اليمين مجموعة من منحنيات التيار-الجهد لـ MOSFET كدالة لجهد المصرف مع الجهد الزائد ( VGS - Vth ) كمعامل.

أبسط منحنى للتيار-الجهد هو منحنى المقاومة ، والذي يُظهر ، وفقًا لقانون أوم، علاقة خطية بين الجهد المطبق والتيار الكهربائي الناتج ؛ فالتيار يتناسب طرديًا مع الجهد، لذا فإن منحنى التيار-الجهد عبارة عن خط مستقيم يمر بنقطة الأصل وله ميل موجب . ومقلوب الميل يساوي المقاومة .

يمكن قياس منحنى التيار-الجهد لمكون كهربائي باستخدام جهاز يُسمى جهاز تتبع المنحنيات . وتُعدّ كلٌّ من ناقلية الترانزستور وجهد إيرلي مثالين على المعايير التي تُقاس عادةً من منحنى التيار-الجهد للجهاز.

أنواع منحنيات التيار-الجهد

يكشف شكل منحنى خصائص المكون الكهربائي الكثير عن خصائص تشغيله. ويمكن تصنيف منحنيات التيار-الجهد للأجهزة المختلفة إلى فئات:

أرباع مستوى التيار-الجهد . مصادر الطاقة لها منحنيات تمر عبر المناطق الحمراء.
على النقيض من ذلك، فإن الأجهزة ذات منحنيات التيار-الجهد التي تمر عبر الربعين الثاني والرابع هي مكونات فعالة ، أي مصادر طاقة ، قادرة على إنتاج الطاقة الكهربائية. ومن أمثلتها البطاريات والمولدات . عندما تعمل هذه الأجهزة في الربعين الثاني أو الرابع، يُجبر التيار على التدفق عبرها من الطرف السالب إلى الطرف الموجب، في مواجهة قوة المجال الكهربائي المعاكسة، مما يؤدي إلى اكتساب الشحنات الكهربائية طاقة كامنة . وبالتالي، يحول الجهاز شكلاً آخر من أشكال الطاقة إلى طاقة كهربائية.
  • الخطية مقابل غير الخطية : يُمثل الخط المستقيم المار بنقطة الأصل عنصرًا خطيًا في الدائرة ، بينما يُمثل الخط المنحني عنصرًا غير خطي . على سبيل المثال، تُعد المقاومات والمكثفات والمحاثات عناصر خطية، بينما تُعد الثنائيات والترانزستورات عناصر غير خطية. يُمثل منحنى التيار-الجهد (I-V) الذي يكون خطًا مستقيمًا يمر بنقطة الأصل وله ميل موجب ، مقاومة خطية أو أومية، وهي أكثر أنواع المقاومات شيوعًا في الدوائر الكهربائية. تخضع هذه المقاومة لقانون أوم ؛ حيث يتناسب التيار طرديًا مع الجهد المُطبق ضمن نطاق واسع. وتكون مقاومتها ثابتة ، وتساوي مقلوب ميل الخط. أما منحنى التيار-الجهد المنحني فيُمثل مقاومة غير خطية، مثل الثنائي. في هذا النوع، تتغير المقاومة بتغير الجهد أو التيار المُطبق.
  • المقاومة السالبة مقابل المقاومة الموجبة : إذا كان منحنى التيار-الجهد (I-V) ذا ميل موجب (يزداد باتجاه اليمين) بشكل كامل، فإنه يمثل مقاومة موجبة. أما منحنى التيار-الجهد غير الرتيب (الذي يحتوي على قمم وقيعان) فيمثل جهازًا ذا مقاومة سالبة . تمثل المناطق ذات الميل السالب (التي تتناقص باتجاه اليمين) مناطق تشغيل يكون فيها للجهاز مقاومة تفاضلية سالبة ، بينما تمثل المناطق ذات الميل الموجب مقاومة تفاضلية موجبة. يمكن استخدام الأجهزة ذات المقاومة السالبة في صناعة المضخمات والمذبذبات. تُعد ثنائيات النفق وثنائيات غان أمثلة على المكونات ذات المقاومة السالبة.
  • التخلف المغناطيسي مقابل القيمة الواحدة : الأجهزة التي تتميز بالتخلف المغناطيسي ، أي التي تعتمد فيها علاقة التيار بالجهد ليس فقط على المدخلات الحالية بل أيضًا على تاريخ المدخلات السابقة، يكون لها منحنيات تيار-جهد تتكون من مجموعات من الحلقات المغلقة. يُشار إلى كل فرع من فروع الحلقة باتجاه يُمثله سهم. من أمثلة الأجهزة التي تتميز بالتخلف المغناطيسي: المحاثات والمحولات ذات القلب الحديدي ، والثايرستورات مثل SCRs و DIACs ، وأنابيب التفريغ الغازي مثل مصابيح النيون .

في علم وظائف الأعضاء الكهربائية

تقريب لمكونات أيونات البوتاسيوم والصوديوم لما يسمى منحنى التيار-الجهد "للخلية الكاملة" للعصبون.

على الرغم من أن منحنيات التيار-الجهد قابلة للتطبيق على أي نظام كهربائي، إلا أنها تُستخدم على نطاق واسع في مجال الكهرباء البيولوجية، وخاصةً في فرع الفيزيولوجيا الكهربائية . في هذه الحالة، يُشير الجهد إلى فرق الجهد عبر غشاء بيولوجي، أي جهد الغشاء ، بينما يُشير التيار إلى تدفق الأيونات المشحونة عبر قنوات هذا الغشاء. ويتحدد التيار بموصلية هذه القنوات.

في حالة التيار الأيوني عبر الأغشية البيولوجية، تُقاس التيارات من الداخل إلى الخارج. أي أن التيارات الموجبة، والمعروفة باسم "التيار الخارجي"، تُشير إلى عبور أيونات موجبة الشحنة غشاء الخلية من الداخل إلى الخارج، أو عبور أيون سالب الشحنة من الخارج إلى الداخل. وبالمثل، تُعرف التيارات ذات القيمة السالبة باسم "التيار الداخلي"، وتُشير إلى عبور أيونات موجبة الشحنة غشاء الخلية من الخارج إلى الداخل، أو عبور أيون سالب الشحنة من الداخل إلى الخارج.

يُظهر الشكل على اليمين منحنى التيار-الجهد (I-V) الأكثر صلةً بالتيارات في الأغشية البيولوجية القابلة للاستثارة (مثل محور العصبون ). يُظهر الخط الأزرق علاقة التيار-الجهد لأيون البوتاسيوم، وهو خطي، مما يدل على عدم وجود بوابات تعتمد على الجهد لقناة أيون البوتاسيوم. أما الخط الأصفر فيُظهر علاقة التيار-الجهد لأيون الصوديوم، وهو غير خطي، مما يدل على أن قناة أيون الصوديوم تعتمد على الجهد. ويُشير الخط الأخضر إلى علاقة التيار-الجهد المُستنتجة من جمع تيارات الصوديوم والبوتاسيوم، وهو ما يُقارب جهد الغشاء الفعلي وعلاقة التيار في خلية تحتوي على كلا النوعين من القنوات.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ HJ van der Bijl (1919). "نظرية وخصائص تشغيل مكبر الصوت الثيميوني" . وقائع معهد مهندسي الراديو . 7 (2). معهد مهندسي الراديو: 97-126 . doi : 10.1109/JRPROC.1919.217425 .