Kurva Karakteristik I-V (Arus-Tegangan)
Kurva Karakteristik (I-V) Arus Tegangan, atau hanya Kurva I-V menentukan karakteristik pengoperasian perangkat elektronik, dari perangkat listrik atau komponen.
Kurva Karakteristik (I-V) adalah seperangkat kurva grafis yang digunakan untuk mendefinisikan operasi dalam suatu rangkaian listrik. Seperti namanya, kurva karakteristik I-V menunjukkan hubungan antara arus yang mengalir melalui perangkat elektronik dan tegangan yang diterapkan di terminalnya.
Kurva karakteristik I-V umumnya digunakan sebagai alat untuk menentukan dan memahami parameter dasar dari suatu komponen atau perangkat dan yang juga dapat digunakan untuk memodelkan secara matematis perilakunya dalam rangkaian elektronik.
Tetapi seperti halnya dengan sebagian besar perangkat elektronik, ada kurva karakteristik I-V dalam jumlah tak terbatas yang mewakili berbagai input atau parameter dan dengan demikian kita dapat menampilkan keluarga atau kelompok kurva pada grafik yang sama untuk mewakili berbagai nilai.
Misalnya, "karakteristik arus-tegangan" dari transistor bipolar dapat ditunjukkan dengan berbagai jumlah penggerak dasar atau kurva karakteristik I-V dari dioda yang beroperasi di daerah maju dan mundur.
Tetapi karakteristik arus tegangan statis dari komponen atau perangkat tidak harus berupa garis lurus. Ambil contoh karakteristik dari resistor nilai tetap, kita akan mengharapkan mereka menjadi cukup lurus dan konstan dalam rentang arus, tegangan dan daya tertentu karena merupakan perangkat linier atau ohmik.
Namun ada, elemen resistif lainnya seperti LDR, termistor, varistor, dan bahkan bola lampu, yang kurva karakteristik I-V-nya tidak garis lurus atau linier melainkan melengkung atau berbentuk dan oleh karena itu disebut perangkat non-linear karena resistansi hambatannya tidak-linear.
Jika tegangan supply listrik, V yang diterapkan pada terminal elemen resistif R di atas bervariasi, dan arus yang dihasilkan, I diukur, arus ini akan ditandai sebagai: I = V/R, menjadi salah satu persamaan Hukum Ohm.
Kita tahu dari Hukum Ohm bahwa ketika tegangan melintasi resistor meningkat, arus juga mengalir melaluinya, akan mungkin untuk membuat grafik untuk menunjukkan hubungan antara arus dan tegangan seperti ditunjukkan dengan grafik yang mewakili volt-ampere karakteristik (kurva karakteristik I-V) dari elemen resistif. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kurva karakteristik I-V di atas mendefinisikan elemen resistif Resistor, dalam arti bahwa jika kita menerapkan nilai tegangan apa pun ke elemen resistif, arus yang dihasilkan dapat langsung diperoleh dari karakteristik I-V. Akibatnya, daya yang hilang (atau dihasilkan) oleh elemen resistif juga dapat ditentukan dari kurva I-V.
Jika arus dan tegangan positif di alam, maka kurva karakteristik I-V akan positif di kuadran Ι, jika tegangan dan karenanya arus negatif di alam maka kurva akan ditampilkan di kuadran ΙΙΙ seperti yang ditunjukkan.
Dalam resistansi murni hubungan antara arus dan tegangan adalah linier dan konstan pada suhu konstan, sehingga arus ( i ) sebanding dengan beda potensial V kali konstanta proporsionalitas 1/R memberikan i = (1/R) x V. Kemudian arus melalui resistor adalah fungsi dari tegangan yang diberikan dan kita dapat menunjukkan ini secara visual menggunakan kurva karakteristik I-V.
Dalam contoh sederhana ini, arus i terhadap beda potensial V, adalah garis lurus dengan kemiringan konstan 1/R karena hubungannya linear dan ohmik. Namun, resistor praktis dapat menunjukkan perilaku non-linear dalam kondisi tertentu misalnya, ketika terkena suhu tinggi.
Ada banyak komponen dan perangkat elektronik yang memiliki karakteristik non-linear, yaitu rasio V/I tidak konstan. Dioda semikonduktor dicirikan oleh karakteristik arus-tegangan non-linier karena arus yang mengalir melalui dioda silikon umum yang forward bias dibatasi oleh resistansi ohmik dari persimpangan-PN-junction.
Jadi misalnya, fungsi utama dioda semikonduktor adalah penyearah AC ke DC. Ketika sebuah dioda forward bias (potensial yang lebih tinggi terhubung ke anoda-nya), ia akan melewati arus. Ketika dioda reverse bias (potensial lebih tinggi terhubung ke katoda-nya), arus diblokir.
Kemudian persimpangan PN-junction membutuhkan tegangan bias dari polaritas dan amplitudo tertentu untuk arus mengalir. Tegangan bias ini juga mengontrol resistansi persimpangan dan oleh karena itu aliran arus melewatinya. Pertimbangkan rangkaian dioda di bawah ini.
Ketika dioda forward bias (bias maju), anoda positif berkenaan dengan katoda, arus maju atau positif melewati dioda dan beroperasi di kuadran kanan atas kurva karakteristik I-V seperti yang ditunjukkan. Mulai dari persimpangan nol, kurva meningkat secara bertahap ke kuadran maju tetapi arus dan tegangan maju sangat kecil.
Ketika tegangan maju melebihi dioda PN, tegangan penghalang internal persimpangan, yang untuk silikon sekitar 0.7 volt, terjadi penurunan tajam dan arus maju meningkat dengan cepat untuk peningkatan tegangan yang sangat kecil menghasilkan kurva non-linear. Titik "knee" pada kurva maju.
Demikian juga, ketika dioda reverse bias (bias balik), katoda positif sehubungan dengan anoda, dioda memblok arus kecuali untuk arus bocor yang sangat kecil, dan beroperasi di kuadran kiri bawah dari kurva karakteristik I-V-nya.
Dioda terus memblokir aliran arus melaluinya sampai tegangan balik melintasi dioda menjadi lebih besar dari titik tegangan tembusnya yang mengakibatkan peningkatan tiba-tiba arus balik menghasilkan kurva garis lurus ke bawah yang cukup karena tegangan kehilangan kontrol. Titik tegangan reverse breakdown ini digunakan untuk efek yang baik dengan Dioda Zener.
Kemudian kita dapat melihat bahwa Kurva Karakteristik I-V untuk dioda silikon adalah non-linier dan sangat berbeda dengan kurva linier resistor I-V sebelumnya karena karakteristik listriknya berbeda. Kurva karakteristik Arus-Tegangan dapat digunakan untuk merencanakan operasi setiap komponen listrik atau elektronik dari resistor, ke amplifier, ke semikonduktor dan sel surya.
Karakteristik tegangan arus dari komponen elektronik memberi tahu kita banyak tentang operasinya dan dapat menjadi alat yang sangat berguna dalam menentukan karakteristik pengoperasian perangkat atau komponen tertentu dengan menunjukkan kemungkinan kombinasi arus dan tegangan, dan sebagai bantuan grafis dapat membantu memahami secara visual lebih baik apa yang terjadi dalam suatu rangkaian.
Kurva Karakteristik (I-V) adalah seperangkat kurva grafis yang digunakan untuk mendefinisikan operasi dalam suatu rangkaian listrik. Seperti namanya, kurva karakteristik I-V menunjukkan hubungan antara arus yang mengalir melalui perangkat elektronik dan tegangan yang diterapkan di terminalnya.
Kurva karakteristik I-V umumnya digunakan sebagai alat untuk menentukan dan memahami parameter dasar dari suatu komponen atau perangkat dan yang juga dapat digunakan untuk memodelkan secara matematis perilakunya dalam rangkaian elektronik.
Tetapi seperti halnya dengan sebagian besar perangkat elektronik, ada kurva karakteristik I-V dalam jumlah tak terbatas yang mewakili berbagai input atau parameter dan dengan demikian kita dapat menampilkan keluarga atau kelompok kurva pada grafik yang sama untuk mewakili berbagai nilai.
Misalnya, "karakteristik arus-tegangan" dari transistor bipolar dapat ditunjukkan dengan berbagai jumlah penggerak dasar atau kurva karakteristik I-V dari dioda yang beroperasi di daerah maju dan mundur.
Tetapi karakteristik arus tegangan statis dari komponen atau perangkat tidak harus berupa garis lurus. Ambil contoh karakteristik dari resistor nilai tetap, kita akan mengharapkan mereka menjadi cukup lurus dan konstan dalam rentang arus, tegangan dan daya tertentu karena merupakan perangkat linier atau ohmik.
Namun ada, elemen resistif lainnya seperti LDR, termistor, varistor, dan bahkan bola lampu, yang kurva karakteristik I-V-nya tidak garis lurus atau linier melainkan melengkung atau berbentuk dan oleh karena itu disebut perangkat non-linear karena resistansi hambatannya tidak-linear.
Jika tegangan supply listrik, V yang diterapkan pada terminal elemen resistif R di atas bervariasi, dan arus yang dihasilkan, I diukur, arus ini akan ditandai sebagai: I = V/R, menjadi salah satu persamaan Hukum Ohm.
Kita tahu dari Hukum Ohm bahwa ketika tegangan melintasi resistor meningkat, arus juga mengalir melaluinya, akan mungkin untuk membuat grafik untuk menunjukkan hubungan antara arus dan tegangan seperti ditunjukkan dengan grafik yang mewakili volt-ampere karakteristik (kurva karakteristik I-V) dari elemen resistif. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kurva Karakteristik I-V dari Resistor Ideal
Kurva karakteristik I-V di atas mendefinisikan elemen resistif Resistor, dalam arti bahwa jika kita menerapkan nilai tegangan apa pun ke elemen resistif, arus yang dihasilkan dapat langsung diperoleh dari karakteristik I-V. Akibatnya, daya yang hilang (atau dihasilkan) oleh elemen resistif juga dapat ditentukan dari kurva I-V.
Jika arus dan tegangan positif di alam, maka kurva karakteristik I-V akan positif di kuadran Ι, jika tegangan dan karenanya arus negatif di alam maka kurva akan ditampilkan di kuadran ΙΙΙ seperti yang ditunjukkan.
Dalam resistansi murni hubungan antara arus dan tegangan adalah linier dan konstan pada suhu konstan, sehingga arus ( i ) sebanding dengan beda potensial V kali konstanta proporsionalitas 1/R memberikan i = (1/R) x V. Kemudian arus melalui resistor adalah fungsi dari tegangan yang diberikan dan kita dapat menunjukkan ini secara visual menggunakan kurva karakteristik I-V.
Dalam contoh sederhana ini, arus i terhadap beda potensial V, adalah garis lurus dengan kemiringan konstan 1/R karena hubungannya linear dan ohmik. Namun, resistor praktis dapat menunjukkan perilaku non-linear dalam kondisi tertentu misalnya, ketika terkena suhu tinggi.
Ada banyak komponen dan perangkat elektronik yang memiliki karakteristik non-linear, yaitu rasio V/I tidak konstan. Dioda semikonduktor dicirikan oleh karakteristik arus-tegangan non-linier karena arus yang mengalir melalui dioda silikon umum yang forward bias dibatasi oleh resistansi ohmik dari persimpangan-PN-junction.
Kurva Karakteristik Semikonduktor I-V
Perangkat semikonduktor seperti Dioda, Transistor, dan Thyristor semuanya dibangun menggunakan PN-junction semikonduktor yang dihubungkan bersama dan dengan demikian kurva karakteristik I-V mereka akan mencerminkan operasi PN-junction ini. Kemudian perangkat ini akan memiliki karakteristik I-V non-linier, sebagai lawan dari resistor yang memiliki hubungan linier antara arus dan tegangan.Jadi misalnya, fungsi utama dioda semikonduktor adalah penyearah AC ke DC. Ketika sebuah dioda forward bias (potensial yang lebih tinggi terhubung ke anoda-nya), ia akan melewati arus. Ketika dioda reverse bias (potensial lebih tinggi terhubung ke katoda-nya), arus diblokir.
Kemudian persimpangan PN-junction membutuhkan tegangan bias dari polaritas dan amplitudo tertentu untuk arus mengalir. Tegangan bias ini juga mengontrol resistansi persimpangan dan oleh karena itu aliran arus melewatinya. Pertimbangkan rangkaian dioda di bawah ini.
Kurva Karakteristik I-V sebuah Dioda
Ketika dioda forward bias (bias maju), anoda positif berkenaan dengan katoda, arus maju atau positif melewati dioda dan beroperasi di kuadran kanan atas kurva karakteristik I-V seperti yang ditunjukkan. Mulai dari persimpangan nol, kurva meningkat secara bertahap ke kuadran maju tetapi arus dan tegangan maju sangat kecil.
Ketika tegangan maju melebihi dioda PN, tegangan penghalang internal persimpangan, yang untuk silikon sekitar 0.7 volt, terjadi penurunan tajam dan arus maju meningkat dengan cepat untuk peningkatan tegangan yang sangat kecil menghasilkan kurva non-linear. Titik "knee" pada kurva maju.
Demikian juga, ketika dioda reverse bias (bias balik), katoda positif sehubungan dengan anoda, dioda memblok arus kecuali untuk arus bocor yang sangat kecil, dan beroperasi di kuadran kiri bawah dari kurva karakteristik I-V-nya.
Dioda terus memblokir aliran arus melaluinya sampai tegangan balik melintasi dioda menjadi lebih besar dari titik tegangan tembusnya yang mengakibatkan peningkatan tiba-tiba arus balik menghasilkan kurva garis lurus ke bawah yang cukup karena tegangan kehilangan kontrol. Titik tegangan reverse breakdown ini digunakan untuk efek yang baik dengan Dioda Zener.
Kemudian kita dapat melihat bahwa Kurva Karakteristik I-V untuk dioda silikon adalah non-linier dan sangat berbeda dengan kurva linier resistor I-V sebelumnya karena karakteristik listriknya berbeda. Kurva karakteristik Arus-Tegangan dapat digunakan untuk merencanakan operasi setiap komponen listrik atau elektronik dari resistor, ke amplifier, ke semikonduktor dan sel surya.
Karakteristik tegangan arus dari komponen elektronik memberi tahu kita banyak tentang operasinya dan dapat menjadi alat yang sangat berguna dalam menentukan karakteristik pengoperasian perangkat atau komponen tertentu dengan menunjukkan kemungkinan kombinasi arus dan tegangan, dan sebagai bantuan grafis dapat membantu memahami secara visual lebih baik apa yang terjadi dalam suatu rangkaian.