Les courbes de caractéristiques I-V, qui signifient Caractéristiques Courant-Tension ou simplement courbes I-V d’un appareil ou d’un composant électrique, sont un ensemble de courbes graphiques utilisées pour définir son fonctionnement dans un circuit électrique. Comme son nom l’indique, les courbes caractéristiques I-V montrent la relation entre le courant circulant dans un dispositif électronique et la tension appliquée à ses bornes.

Les courbes caractéristiques I-V sont généralement utilisées comme un outil pour déterminer et comprendre les paramètres de base d’un composant ou d’un dispositif et qui peuvent également être utilisées pour modéliser mathématiquement son comportement dans un circuit électronique. Mais comme pour la plupart des dispositifs électroniques, il existe un nombre infini de courbes caractéristiques I-V représentant les diverses entrées ou paramètres et il est donc possible d’afficher une famille ou un groupe de courbes sur le même graphique pour représenter les diverses valeurs.

Par exemple, les « caractéristiques courant-tension » d’un transistor bipolaire peuvent être montrées avec différentes quantités de commande de base ou les courbes caractéristiques I-V d’une diode fonctionnant à la fois dans ses régions directes et inverses.

Cependant, les caractéristiques courant-tension statiques d’un composant ou d’un dispositif n’ont pas besoin d’être une ligne droite. Prenons par exemple les caractéristiques d’une résistance à valeur fixe, on s’attendrait à ce qu’elles soient raisonnablement droites et constantes dans certaines plages de courant, de tension et de puissance, car il s’agit d’un dispositif linéaire ou ohmique.

Il existe cependant d’autres éléments résistifs tels que les LDR, les thermistances, les varistances et même l’ampoule, dont les courbes caractéristiques I-V ne sont pas des lignes droites ou linéaires, mais qui sont courbées ou façonnées et sont donc appelées dispositifs non linéaires car leurs résistances sont des résistances non linéaires.

Si la tension d’alimentation électrique, V appliquée aux bornes de l’élément résistif R ci-dessus était modifiée, et le courant résultant, I mesuré, ce courant serait caractérisé comme : I = V/R, étant l’une des équations de la loi d’Ohm.

Nous savons grâce à la loi d’Ohm qu’à mesure que la tension à travers la résistance augmente, le courant qui la traverse augmente également, il serait donc possible de construire un graphique montrant la relation entre la tension et le courant comme indiqué avec le graphique représentant les caractéristiques volt-ampère (ses courbes caractéristiques I-V) de l’élément résistif. Considérons le circuit ci-dessous.

Une Résistance Idéale

Les courbes caractéristiques I-V ci-dessus définissent l’élément résistif, dans le sens où si nous appliquons une valeur de tension à l’élément résistif, le courant résultant est directement obtenable à partir des caractéristiques I-V. Par conséquent, la puissance dissipée (ou générée) par l’élément résistif peut également être déterminée à partir de la courbe I-V.

Si la tension et le courant sont positifs, alors les courbes caractéristiques I-V seront positives dans le quadrant Ι, si la tension et donc le courant sont négatifs, la courbe sera affichée dans le quadrant ΙΙΙ comme indiqué.

Dans une résistance pure, la relation entre la tension et le courant est linéaire et constante à une température constante, de sorte que le courant ( i ) est proportionnel à la différence de potentiel V multipliée par la constante de proportionnalité 1/R, donnant i = (1/R) x V. Ainsi, le courant à travers la résistance est une fonction de la tension appliquée et nous pouvons le démontrer visuellement à l’aide d’une courbe caractéristiques I-V.

Dans cet exemple simple, le courant i par rapport à la différence de potentiel V, est une ligne droite avec une pente constante 1/R puisque la relation est linéaire et ohmique. Cependant, les résistances pratiques peuvent présenter un comportement non linéaire dans certaines conditions, par exemple, lorsqu’elles sont exposées à des températures élevées.

Il existe de nombreux composants électroniques et dispositifs qui ont des caractéristiques non linéaires, c’est-à-dire que leur ratio V/I n’est pas constant. Les diodes semi-conductrices sont caractérisées par des caractéristiques courant-tension non linéaires, car le courant circulant à travers une diode en polarisation directe commune en silicium est limité par la résistance ohmique de la jonction PN.

Courbes de Caractéristique I-V des Semi-conducteurs

Les dispositifs semi-conducteurs tels que les diodes, les transistors et les thyristors sont tous construits à l’aide de jonctions PN semi-conductrices reliées entre elles et leurs courbes caractéristiques I-V refléteront donc le fonctionnement de ces jonctions PN. Ces dispositifs auront alors des caractéristiques I-V non linéaires, contrairement aux résistances qui ont une relation linéaire entre le courant et la tension.

Par exemple, la fonction principale d’une diode semi-conductrice est la redressement du courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Lorsqu’une diode est polarisée en direct (le potentiel le plus élevé est connecté à son anode), elle laisse passer le courant. Lorsque la diode est polarisée en inverse (le potentiel le plus élevé est connecté à sa cathode), le courant est bloqué. Une jonction PN nécessite donc une tension de polarisation d’une certaine polarité et amplitude pour que le courant circule. Cette tension de polarisation contrôle également la résistance de la jonction et donc le flux de courant à travers celle-ci. Considérons le circuit de la diode ci-dessous.

Attributs de la Diode

Lorsque la diode est polarisée en direct, l’anode positive par rapport à la cathode, un courant direct ou positif traverse la diode et fonctionne dans le quadrant supérieur droit de ses courbes caractéristiques I-V, comme indiqué. En commençant à l’intersection zéro, la courbe augmente progressivement dans le quadrant direct, mais le courant et la tension en avant sont extrêmement faibles.

Lorsque la tension directe dépasse la tension interne de barrière de la jonction P-N de la diode, qui est d’environ 0,7 volts pour le silicium, une avalanche se produit et le courant en avant augmente rapidement pour une très petite augmentation de tension, produisant une courbe non linéaire. Le point de « genou » sur la courbe directe.

De même, lorsque la diode est polarisée en inverse, avec la cathode positive par rapport à l’anode, la diode bloque le courant sauf pour un très petit courant de fuite, et fonctionne dans le quadrant inférieur gauche de ses courbes caractéristiques I-V. La diode continue de bloquer le flux de courant à travers elle jusqu’à ce que la tension inverse à travers la diode dépasse son point de tension de claquage, entraînant une augmentation soudaine du courant inverse produisant une courbe descendante assez droite, car les pertes de tension contrôlent. Ce point de tension inverse de claquage est utilisé efficacement avec les diodes zener.

Ainsi, nous pouvons voir que les courbes de caractéristiques I-V pour une diode en silicium sont non linéaires et très différentes de celles des courbes I-V linéaires des résistances, car leurs caractéristiques électriques sont différentes. Les courbes de caractéristiques courant-tension peuvent être utilisées pour tracer le fonctionnement de tout composant électrique ou électronique, des résistances aux amplificateurs, en passant par les semi-conducteurs et les cellules solaires.

Les caractéristiques courant-tension d’un composant électronique nous en disent beaucoup sur son fonctionnement et peuvent être un outil très utile pour déterminer les caractéristiques de fonctionnement d’un dispositif ou d’un composant particulier en montrant ses combinaisons possibles de courant et de tension, et en tant qu’aide graphique, peuvent aider à mieux comprendre visuellement ce qui se passe dans un circuit.