Negativt differentialmotstånd

Om ström I flyter genom enskilda element eller noder i en elektrisk krets , och med en ökning av ström I , minskar spänningen V på dessa element, då kallas motståndet R för sådana element negativ differential .     

Naturen av förändringen i  I ( V ) kan observeras på ström-spänningskarakteristiken (CVC) (se figur). Ur radioteknikens synvinkel är sådana element aktiva, låter dig omvandla energin från kraftkällan till odämpade svängningar och kan användas i omkopplingskretsar.

I det allmänna fallet är negativ intern resistans en funktion av spänning (ström) och frekvens  ω , det vill säga begreppet negativt differentialmotstånd behåller sin betydelse för motsvarande komponenter i Fourier-seriens expansion :

Konceptet med negativt differentialmotstånd används när man överväger stabiliteten hos olika radiokretsar. Sådant motstånd kan kompensera för en del av förlusterna i den elektriska kretsen om dess absoluta värde är mindre än det aktiva motståndet ; i det motsatta fallet blir tillståndet instabilt, en övergång till ett annat tillstånd (ett tillstånd av stabil jämvikt) (växling) eller förekomsten av svängningar (generering) är möjlig. I ett homogent halvledarprov i området där det finns ett negativt differentiellt motstånd, kan instabilitet leda till en uppdelning av provet i områden med starka och svaga fält (domäninstabilitet) för en N-typ karakteristik eller shuntning av strömmen över korset sektion av provet för en karakteristik av S-typ .

Ett kretselement med negativt motstånd kallas en negatron [1] . Sådana element kan ha olika fysiska implementeringar.

Exempel på element med negativt differentialmotstånd

• Elektronhålsövergången i degenererade halvledare ( tunneldiod ) har en ström-spänningskarakteristik av N-typ . Dess inkludering i kretsen leder till uppkomsten av instabilitet i kretsen och generering av svängningar. Amplituden och frekvensspektrumet för oscillationer bestäms av parametrarna för den externa kretsen och olinjäriteten hos strömspänningskarakteristiken med en negativ differentialresistans. Närvaron av en sådan sektion gör att tunneldioden kan användas som en höghastighetsomkopplare.

• Halvledare som GaAs eller InP i starka elektriska fält gör det möjligt att realisera N- typkarakteristiken i huvuddelen av materialet på grund av elektronmobilitetens beroende av den elektriska fältstyrkan ( Gunn-effekten ). I ett starkt elektriskt fält blir provet instabilt, övergår i ett kraftigt inhomogent tillstånd och bryts upp i områden (domäner) med svaga och starka fält. Födelsen av en domän (vid katoden), dess rörelse längs provet och försvinnandet (vid anoden) åtföljs av strömsvängningar i den externa kretsen, vars frekvens i det enklaste fallet bestäms av provlängden  L och elektrondrifthastigheten v  i fältet ( ω ~ v / L ) och kan nå ~ 100 Hz .

• I transistor- och lampgeneratorer av elektromagnetiska oscillationer spelar transistorn (lampan), tillsammans med den positiva återkopplingskretsen (och strömkällan), rollen som en negativ differentialresistans kopplad i serie med kretsens resistans, vilket är ekvivalent med energiflödet in i kretsen. Om det absoluta värdet av det effektiva negativa interna motståndet överstiger de aktiva förlusterna, exciterar generatorn själv; stationära svängningar motsvarar tillståndet när aktiva förluster helt kompenseras av negativt internt motstånd.

• Urladdningslampan har ett negativt differentialmotstånd. Efter att lampan har tänts ökar strömmen som flyter i den många gånger om. Om strömmen inte är begränsad kommer lampan att gå sönder.

Se även

• Internt motstånd
• Halvledare
• Cristadyne effekt

Anteckningar

1. ↑ Biberman L.I. Generatorer med bred räckvidd på negatroner. - M .: Radio och kommunikation, 1982. - 89 sid.

Litteratur

1. Bonch-Bruevich AM Radioelektronik i experimentell fysik.
2. Bonch-Bruevich V. L., Kalashnikov S. G. Halvledares fysik.
3. Bening 3. F. Negativa resistanser i elektroniska kretsar. - M. , 1975.