電流電圧特性
この素子は広い範囲でオームの法則に従い、電流は印加電圧に比例し、直線の傾きすなわち抵抗値の逆数は定数である。ダイオードなどの非線形素子の電流電圧特性は曲線であらわされ、電流および電圧によって抵抗値は変化する。
負性抵抗と正性抵抗:I–V曲線が正の傾きをもつとき、それは正の抵抗値をあらわす。I–V曲線が単調増加しない場合、その素子は負性抵抗をもつ。I–V曲線が負の傾きをもつ領域ではその素子は負の微分抵抗をもち、正の傾きをもつ領域では正の微分抵抗を持つ。負性抵抗素子は増幅回路および発振回路に利用することができる。負性抵抗を持つ代表的素子はトンネルダイオードやガン・ダイオードが挙げられる。
ヒステリシスとsingle-valued:ヒステリシスをもつ、すなわち電流電圧特性が現在の入力だけでなく過去の入力履歴に依存する素子は、閉ループのあるI–V曲線を持つ。閉ループの各分枝には矢印を付して方向を表わす。ヒステリシスを持つ素子の例として、鉄芯インダクタや鉄芯変圧器、サイリスタやDIAC、ネオン管などのガス封入管が挙げられる。
模式化されたトンネルダイオードの電流電圧特性。v1からv2までの影をつけられた領域が負性抵抗領域である。
DIACの電流電圧特性。VBOはブレークオーバ電圧をあらわす。
メモリスタの電流電圧特性。pinched hysterisisを持つ。
ガン・ダイオードの電流電圧特性。ヒステリシスのある(矢印に注目)負性抵抗領域を持つ。
電流電圧特性はいかなる電気的な系にも適用可能だが、生体電気、とりわけ電気生理学の分野で広く用いられる。この分野では、電圧は生体膜の両側の電位差、すなわち膜電位を意味し、電流は生体膜上のイオンチャネルを通るイオンの流れを意味する。イオンチャネルの伝導率により電流は決定する。
生体膜を通るイオン電流の向きは、内側から外側が正とされる。すなわち、正電荷を帯びた陽イオンが細胞膜の内側から外側へ流れているとき、もしくは負電荷を帯びた陰イオンが外側から内側に流れているとき、電流値は正となる。逆に、陽イオンが外側から内側へ、員イオンが内側から外側へ流れているときは電流値は負となる。
右図は神経繊維のような興奮性膜を流れる電流のI–V曲線である。青線はカリウムイオンのI–V曲線であり、直線であることからカリウムイオンチャネルは電位依存のゲーティングを行わないことがわかる。黄線はナトリウムイオンのI–V曲線であり、曲線を描いていることからナトリウムイオンチャネルは電位依存性をもつことがわかる。緑線はナトリウム電流とカリウム電流を合計したもので、これら2種類のイオンチャネルを持つ膜の総電流電圧特性を近似的に表わす。
電子工学においては、ある電子部品を流れる直流電流と、端子間に生じる直流電圧との関係をその素子の電流電圧特性と呼ぶ。技術者はこの図を用いて素子の基本パラメータを決定し、電気回路中でのその素子のふるまいをモデル化する。電流と電圧を表わす標準的な変数名を用いてI–V曲線と呼ばれることもある。
真空管やトランジスタなど、2つ以上の端子を持つ電子部品の場合、ある2つの端子間の電流電圧特性は別の端子に流れる電流やかかる電圧に依存することがある。このような場合には、電流電圧特性を表わすグラフは別の端子の様々な条件に対応する複数の曲線からなる複雑なものとなる。
例として、右図にMOSFETのオーバードライブ電圧(VGS−Vth)をパラメータとする一群のI–V曲線を示す。
最も単純なI–V曲線を持つのは抵抗器で、オームの法則によりそのI–V曲線は原点を通り、コンダクタンス(電気抵抗の逆数)を傾きとする直線となる。
電子部品のI–V曲線はカーブトレーサーと呼ばれる装置によって測定することができる。I–V曲線から導出される伝統的なパラメータとして、相互コンダクタンスやアーリー電圧(英語版)が挙げられる。