Záporný diferenciální odpor

Protéká -li proud I jednotlivými prvky nebo uzly elektrického obvodu a s nárůstem proudu I na těchto prvcích klesá napětí V , pak se odpor R takových prvků nazývá záporný diferenciál .     

Charakter změny  I ( V ) lze pozorovat na charakteristice proud-napětí (CVC) (viz obrázek). Z hlediska radiotechniky jsou takové prvky aktivní, umožňují převádět energii zdroje energie na netlumené kmity a lze je použít ve spínacích obvodech.

V obecném případě je záporný vnitřní odpor funkcí napětí (proudu) a frekvence  ω , to znamená, že koncept záporného diferenciálního odporu si zachovává svůj význam pro odpovídající komponenty rozšíření Fourierovy řady :

Koncept záporného diferenciálního odporu se používá při zvažování stability různých rádiových obvodů. Takový odpor může kompenzovat některé ztráty v elektrickém obvodu, pokud je jeho absolutní hodnota menší než činný odpor ; v opačném případě se stav stává nestabilním, je možný přechod do jiného stavu (stav stabilní rovnováhy) (spínání) nebo vznik oscilací (generování). V homogenním polovodičovém vzorku v oblasti existence záporného diferenciálního odporu může nestabilita vést k rozdělení vzorku na oblasti silných a slabých polí (nestabilita domény) pro charakteristiku typu N nebo přesměrování proudu přes kříž. část vzorku pro charakteristiku typu S .

Obvodový prvek se záporným odporem se nazývá negatron [1] . Takové prvky mohou mít různé fyzické implementace.

Příklady prvků se záporným diferenciálním odporem

• Přechod elektron-díra v degenerovaných polovodičích ( tunelová dioda ) má charakteristiku proud-napětí typu N. Jeho zařazení do obvodu vede ke vzniku nestability v obvodu a generování kmitů. Amplitudové a frekvenční spektrum kmitů je určeno parametry vnějšího obvodu a nelinearitou proudově-napěťové charakteristiky se záporným rozdílovým odporem. Přítomnost takové sekce umožňuje použití tunelové diody jako vysokorychlostního spínače.

• Polovodiče jako GaAs nebo InP v silných elektrických polích umožňují realizovat charakteristiku typu N ve většině materiálu v důsledku závislosti pohyblivosti elektronů na síle elektrického pole ( Gunnův efekt ). V silném elektrickém poli se vzorek stává nestabilním, přechází do ostře nehomogenního stavu a rozpadá se na oblasti (domény) slabých a silných polí. Vznik domény (na katodě), její pohyb po vzorku a zánik (na anodě) jsou doprovázeny proudovými oscilacemi ve vnějším obvodu, jejichž frekvence je v nejjednodušším případě určena délkou vzorku  L a rychlost  elektronového driftu v v poli ( ω ~ v / L ) a může dosáhnout ~ 100 Hz .

• V tranzistorových a lampových generátorech elektromagnetických kmitů hraje tranzistor (lampa) spolu s obvodem s kladnou zpětnou vazbou (a zdrojem energie) roli záporného diferenciálního odporu zapojeného do série s odporem obvodu, který je ekvivalentní proudění energie do okruhu. Pokud absolutní hodnota efektivního záporného vnitřního odporu překročí aktivní ztráty, generátor se sám vybudí; stacionární oscilace odpovídají stavu, kdy jsou aktivní ztráty plně kompenzovány negativním vnitřním odporem.

• Výbojka má záporný diferenciální odpor. Po zapálení lampy se proud, který v ní teče, mnohonásobně zvýší. Pokud proud není omezen, lampa selže.

Viz také

• Vnitřní odpor
• Polovodiče
• Cristadyne efekt

Poznámky

1. ↑ Biberman L.I. Širokorozsahové generátory na negatronech. - M .: Rozhlas a komunikace, 1982. - 89 s.

Literatura

1. Bonch-Bruevich AM Radioelektronika v experimentální fyzice.
2. Bonch-Bruevich V. L., Kalašnikov S. G. Fyzika polovodičů.
3. Bening 3. F. Záporné odpory v elektronických obvodech. - M. , 1975.