Русская Википедия:Отрицательное дифференциальное сопротивление
[[Файл:Diagram negative resistance.svg|thumb|Вольт-амперные характеристики (ВАХ) (зависимости [[Электрический ток|Шаблон:Math]] от [[Электрическое напряжение|Шаблон:Math]]) N-типа (слева) и S-типа (справа) для нелинейных элементов, обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением]]
Если через отдельные элементы или узлы электрической цепи протекает ток Шаблон:Math, и при увеличении тока Шаблон:Math уменьшается напряжение Шаблон:Math на этих элементах, то сопротивление Шаблон:Math таких элементов называют отрица́тельным дифференциа́льным.
Характер изменения Шаблон:Math можно наблюдать на 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 Шаблон:Math, то есть понятие отрицательного дифференциального сопротивления сохраняет смысл для соответствующих 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 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 в области существования отрицательного дифференциального сопротивления неустойчивость может приводить к разбиению образца на участки сильного и слабого поля (доменная неустойчивость) для характеристики N-типа или шунтированию тока по сечению образца для характеристики S-типа.
Элемент цепи с отрицательным сопротивлением называют негатроном[1]. Такие элементы могут иметь различную физическую реализацию.
Примеры элементов с отрицательным дифференциальным сопротивлением
- Электронно-дырочный переход в вырожденных полупроводниках (туннельный диод) имеет вольтамперную характеристику N-типа. 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 GaAs или InP в сильных электрических полях позволяют реализовать характеристику N-типа в объёме материала за счёт зависимости подвижности электронов от 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 Шаблон:Math и скоростью Шаблон:Math дрейфа электронов в поле (Шаблон:Math) и может достигать Шаблон:S.
- В транзисторных и ламповых генераторах электромагнитных колебаний транзистор (лампа) вместе с цепью 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.
- Газоразрядная лампа имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. После зажигания лампы протекающий в ней ток многократно возрастает. Если ток не ограничить, лампа выйдет из строя. Шаблон:Details
См. также
Примечания
Литература
- ↑ Биберман Л. И. Широкодиапазонные генераторы на негатронах. – М.: Радио и связь, 1982. – 89 с.
