Отрицательное дифференциальное сопротивление: различия между версиями

Нет описания правки
[[Файл:Diagram negative resistance.PNG|thumb|[[Вольт-амперная характеристика|Вольт-амперные характеристики (ВАХ)]] (зависимости [[Электрический ток|{{math|''I''}}]] от [[Электрическое напряжение|{{math|''V''}}]]) [[N-тип]]а (слева) и [[S-тип]]а (справа) для нелинейных [[Электрический элемент|элементов]], обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением]]
'''Отрица́тельное дифференциа́льное сопротивле́ние''' — свойство отдельных элементов или узлов электрических цепей, проявляющееся в возникновении на вольтамперной характеристике участка, где напряжение ''V'' уменьшается при увеличении протекающего тока ''I (dV/dl = R < 0)''. C точки зрения радиотехники такие элементы являются активными, позволяющими трансформировать энергию источника питания в незатухающие колебания. Такие элементы можно также использовать в схемах переключения.
 
Если через отдельные [[Электрический элемент|элементы]] или [[Узел цепи (электроника)|узлы]] [[Электрическая цепь|электрической цепи]] протекает [[Электрический ток|ток]] {{math|''I''}}, и при увеличении [[Электрический ток|тока]] {{math|''I''}} уменьшается [[Электрическое напряжение|напряжение]] {{math|''V''}} на этих элементах, то [[Электрическое сопротивление|сопротивление]] {{math|''R''}} таких элементов называют '''отрица́тельным дифференциа́льным'''.
[[Файл:Diagram negative resistance.PNG|thumb|Зависимость ''I'' от ''V'' в нелинейном элементе с отрицательным дифференциальным сопротивлением может быть [[N-тип]]а и [[S-тип]]а.]]
 
: {{math|1=d''V''/d''l'' = ''R'' < 0.}}
В общем случае отрицательное внутреннее сопротивление является функцией напряжения (тока) и частоты ω, то есть понятие ''отрицательного дифференциального сопротивления'' сохраняет смысл для соответствующих Фурье-компонент:
 
Характер изменения {{math|''I''(''V'')}} можно наблюдать на [[Вольт-амперная характеристика|вольт-амперной характеристике (ВАХ)]] (см. рисунок). C точки зрения радиотехники такие элементы являются активными, позволяют преобразовать энергию источника питания в незатухающие колебания, могут использоваться в схемах переключения.
 
В общем случае отрицательное [[внутреннее сопротивление]] является функцией напряжения (тока) и частоты  {{math|''ω''}}, то есть понятие «''отрицательного дифференциального сопротивления''» сохраняет смысл для соответствующих Фурье-компонент разложения в [[ряд Фурье]]:
 
: <math>R (\omega) = dV(\omega)/dI(\omega).</math>
 
Понятие отрицательного дифференциального сопротивления используют при рассмотрении устойчивости различных радиотехнических цепей. Такое сопротивление может компенсировать некоторую часть потерь в электрической цепи, если его абсолютная величина меньше [[Активное сопротивление|активного сопротивления]]; в противоположном случае состояние становится неустойчивым, возможен переход в другое состояние (состояние устойчивого равновесия) (переключение) или возникновение колебаний (генерация). В однородном образце полупроводника[[полупроводник]]а в области существования отрицательного дифференциального сопротивления неустойчивость может приводить к разбиению образца на участки сильного и слабого поля (доменная неустойчивость) для характеристики [[N-тип]]а или шунтированию тока по сечению образца для характеристики [[S-тип]]а.
 
Элемент цепи с отрицательным сопротивлением называют '''негатроном'''<ref>Биберман Л. И. '''Широкодиапазонные генераторы на негатронах.''' – М.: Радио и связь, 1982. – 89 с.</ref>. ЭтиТакие элементы могут иметь различную физическую реализацию.
 
== Примеры элементов с отрицательным внутренним сопротивлением ==
* Электронно-дырочный переход в вырожденных полупроводниках ([[туннельный диод]]) имеет вольтамперную характеристику [[N-тип]]а. Включение его в цепь приводит к возникновению в цепи неустойчивости и генерации колебаний. Амплитуда и частотный спектр колебаний определяются параметрами внешней цепи и нелинейностью вольт-амперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Наличие такого участка позволяет использовать туннельный диод в качестве быстродействующего переключателя.
 
* Полупроводники типа ''[[Арсенид галлия|GaAs]]'' или ''[[Фосфид индия|InP]]'' в сильных [[Электрическое поле|электрических полях]] позволяют реализовать характеристику [[N-тип]]а в объёме материала за счёт зависимости подвижности электронов от [[Напряжённость электрического поля|напряжённости электрического поля]] ([[эффект Ганна]]). В сильном электрическом поле образец становится неустойчивым, переходит в резко неоднородное состояние  — разбивается на области (домены) слабого и сильного поля. Рождение домена (на катоде), его движение по образцу и исчезновение (на аноде) сопровождаются колебаниями тока во внешней цепи, частота которых в простейшем случае определяется длиной образца  {{math|''L''}} и скоростью  {{math|''v''}} дрейфа электронов в поле ({{math|''ω'' ~ ''v''/''L''}}) и может достигать {{s|~ 100 ГГц[[Гига-|Г]][[Герц (единица измерения)|Гц]]}}.
 
* В транзисторных и ламповых [[Генератор колебаний электрический|генераторах электромагнитных колебаний]] транзистор (лампа) вместе с цепью [[Положительная обратная связь|положительной обратной связи]] (и источником питания) играет роль отрицательного дифференциального сопротивления, соединённого последовательно с сопротивлением контура, что эквивалентно поступлению энергии в контур. Если абсолютная величина действующего отрицательного внутреннего сопротивления превышает активные потери, происходит самовозбуждение генератора, стационарные колебания соответствуют состоянию, когда активные потери полностью компенсируются за счёт отрицательного внутреннего сопротивления.
 
== См. также ==
 
* [[Внутреннее сопротивление]]
* [[Полупроводники]]
 
== Литература ==
 
# {{книга|автор=Бонч-Бруевич А. М. '''|заглавие=Радиоэлектроника в экспериментальной физике.'''}}
# {{книга|автор=Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. '''|заглавие=Физика полупроводников.'''}}
# {{книга|автор=Бенинг 3. Ф. Бенинг |заглавие=Отрицательные сопротивления в электронных схемах. |место=М. |год=1975}}
 
[[Категория:Радиоэлектроника]]
[[Категория:Физическая электроника]]
Анонимный участник