Negativ differentialmodstand

Hvis strøm I strømmer gennem individuelle elementer eller knudepunkter i et elektrisk kredsløb , og med en stigning i strøm I , falder spændingen V på disse elementer, så kaldes modstanden R af sådanne elementer negativ differential .     

Arten af ​​ændringen i  I ( V ) kan observeres på strøm-spændingskarakteristikken (CVC) (se figur). Fra et radioteknisk synspunkt er sådanne elementer aktive, giver dig mulighed for at konvertere energien fra strømkilden til udæmpede svingninger og kan bruges til at skifte kredsløb.

I det generelle tilfælde er negativ intern modstand en funktion af spænding (strøm) og frekvens  ω , det vil sige, at begrebet negativ differensmodstand bevarer sin betydning for de tilsvarende komponenter i Fourier-seriens ekspansion :

Konceptet med negativ differentialmodstand bruges, når man overvejer stabiliteten af ​​forskellige radiokredsløb. En sådan modstand kan kompensere for nogle af tabene i det elektriske kredsløb, hvis dens absolutte værdi er mindre end den aktive modstand ; i det modsatte tilfælde bliver tilstanden ustabil, en overgang til en anden tilstand (en tilstand af stabil ligevægt) (omskiftning) eller forekomsten af ​​svingninger (generering) er mulig. I en homogen halvlederprøve i området for eksistensen af ​​en negativ differentiel modstand, kan ustabilitet føre til en opsplitning af prøven i områder med stærke og svage felter (domæne-ustabilitet) for en N-type karakteristik eller shunting af strømmen over krydset sektion af prøven for en S-type karakteristik .

Et kredsløbselement med negativ modstand kaldes en negatron [1] . Sådanne elementer kan have forskellige fysiske implementeringer.

Eksempler på elementer med negativ differentialmodstand

• Elektron-hul-forbindelsen i degenererede halvledere ( tunneldiode ) har en N-type strøm-spændingskarakteristik . Dens inklusion i kredsløbet fører til fremkomsten af ​​ustabilitet i kredsløbet og generering af svingninger. Amplituden og frekvensspektret af oscillationer bestemmes af parametrene for det eksterne kredsløb og ulineariteten af ​​strømspændingskarakteristikken med en negativ differensmodstand. Tilstedeværelsen af ​​en sådan sektion gør det muligt at bruge tunneldioden som en højhastighedskontakt.

• Halvledere som GaAs eller InP i stærke elektriske felter gør det muligt at realisere N-type- karakteristikken i hovedparten af ​​materialet på grund af elektronmobilitetens afhængighed af den elektriske feltstyrke ( Gunn-effekten ). I et stærkt elektrisk felt bliver prøven ustabil, går over i en skarpt inhomogen tilstand og bryder op i områder (domæner) med svage og stærke felter. Fødslen af ​​et domæne (ved katoden), dets bevægelse langs prøven og forsvinden (ved anoden) er ledsaget af strømsvingninger i det eksterne kredsløb, hvis frekvens i det enkleste tilfælde bestemmes af prøvelængden  L og elektrondriftshastigheden v i feltet (ω ~  v / L ) og kan nå ~ 100 Hz .

• I transistor- og lampegeneratorer af elektromagnetiske oscillationer spiller transistoren (lampen) sammen med det positive feedback -kredsløb (og strømkilden) rollen som en negativ differentialmodstand forbundet i serie med kredsløbets modstand, hvilket svarer til strøm af energi ind i kredsløbet. Hvis den absolutte værdi af den effektive negative indre modstand overstiger de aktive tab, exciterer generatoren selv; stationære svingninger svarer til tilstanden, når aktive tab fuldt ud kompenseres af negativ intern modstand.

• Udladningslampen har en negativ differensmodstand. Efter at lampen er tændt, øges strømmen, der flyder i den, mange gange. Hvis strømmen ikke er begrænset, vil lampen svigte.

Se også

• Indre modstand
• Halvledere
• Cristadyne effekt

Noter

1. ↑ Biberman L.I. Bredtrækkende generatorer på negatroner. - M .: Radio og kommunikation, 1982. - 89 s.

Litteratur

1. Bonch-Bruevich AM Radioelektronik i eksperimentel fysik.
2. Bonch-Bruevich V. L., Kalashnikov S. G. Halvlederes fysik.
3. Bening 3. F. Negative modstande i elektroniske kredsløb. - M. , 1975.