Resistencia diferencial negativa

Si la corriente I fluye a través de elementos individuales o nodos de un circuito eléctrico , y con un aumento en la corriente I , el voltaje V disminuye en estos elementos, entonces la resistencia R de dichos elementos se llama diferencial negativo .     

La naturaleza del cambio en  I ( V ) se puede observar en la característica de corriente-voltaje (CVC) (ver figura). Desde el punto de vista de la ingeniería de radio, dichos elementos están activos, le permiten convertir la energía de la fuente de alimentación en oscilaciones no amortiguadas y pueden usarse en circuitos de conmutación.

En el caso general, la resistencia interna negativa es función del voltaje (corriente) y la frecuencia  ω , es decir, el concepto de resistencia diferencial negativa conserva su significado para los componentes correspondientes de la expansión de la serie de Fourier :

El concepto de resistencia diferencial negativa se utiliza cuando se considera la estabilidad de varios circuitos de radio. Tal resistencia puede compensar algunas de las pérdidas en el circuito eléctrico si su valor absoluto es menor que la resistencia activa ; en el caso contrario, el estado se vuelve inestable, es posible una transición a otro estado (un estado de equilibrio estable) (conmutación) o la ocurrencia de oscilaciones (generación). En una muestra de semiconductor homogéneo en la región de existencia de una resistencia diferencial negativa, la inestabilidad puede conducir a una división de la muestra en regiones de campos fuertes y débiles (inestabilidad de dominio) para una característica de tipo N o derivación de la corriente a través de la cruz . sección de la muestra para una característica de tipo S.

Un elemento de circuito con resistencia negativa se llama negatrón [1] . Dichos elementos pueden tener diferentes implementaciones físicas.

Ejemplos de elementos con resistencia diferencial negativa

• La unión electrón-hueco en semiconductores degenerados ( diodo de túnel ) tiene una característica de corriente-voltaje de tipo N. Su inclusión en el circuito provoca la aparición de inestabilidad en el circuito y la generación de oscilaciones. La amplitud y el espectro de frecuencia de las oscilaciones están determinados por los parámetros del circuito externo y la no linealidad de la característica de corriente-voltaje con una resistencia diferencial negativa. La presencia de tal sección permite que el diodo de túnel se use como un interruptor de alta velocidad.

• Semiconductores como GaAs o InP en campos eléctricos intensos permiten realizar la característica de tipo N en la mayor parte del material debido a la dependencia de la movilidad de los electrones de la intensidad del campo eléctrico ( el efecto Gunn ). En un campo eléctrico fuerte, la muestra se vuelve inestable, pasa a un estado marcadamente no homogéneo y se rompe en regiones (dominios) de campos débiles y fuertes. El nacimiento de un dominio (en el cátodo), su movimiento a lo largo de la muestra y su desaparición (en el ánodo) van acompañados de oscilaciones de corriente en el circuito externo, cuya frecuencia en el caso más simple está determinada por la longitud de la muestra  L y la velocidad  de deriva del electrón v en el campo ( ω ~ v / L ) y puede alcanzar ~ 100 Hz .

• En los generadores de oscilaciones electromagnéticas de transistores y lámparas, el transistor (lámpara), junto con el circuito de retroalimentación positiva (y la fuente de alimentación), desempeña el papel de una resistencia diferencial negativa conectada en serie con la resistencia del circuito, que es equivalente a la flujo de energía en el circuito. Si el valor absoluto de la resistencia interna negativa efectiva supera las pérdidas activas, el generador se autoexcita; las oscilaciones estacionarias corresponden al estado en el que las pérdidas activas están completamente compensadas por la resistencia interna negativa.

• La lámpara de descarga tiene una resistencia diferencial negativa. Después de encender la lámpara, la corriente que fluye por ella aumenta muchas veces. Si la corriente no está limitada, la lámpara fallará.

Véase también

• Resistencia interna
• Semiconductores
• efecto cristadyne

Notas

1. ↑ Biberman L.I. Generadores de amplio rango en negatrones. - M.: Radio y comunicación, 1982. - 89 p.

Literatura

1. Bonch-Bruevich AM Radioelectrónica en física experimental.
2. Bonch-Bruevich V. L., Kalashnikov S. G. Física de semiconductores.
3. Bening 3. F. Resistencias negativas en circuitos electrónicos. - M. , 1975.