Negativer Widerstand ist ein Eigentum von einigen elektrischen Stromkreisen, wo eine Zunahme im Strom, der in einen Hafen eingeht, auf eine verminderte Stromspannung über denselben Hafen hinausläuft. Das ist im Gegensatz zu einem einfachen ohmic Widerstand, der eine Zunahme in der Stromspannung unter denselben Bedingungen ausstellt. Negative Widerstände sind theoretisch und bestehen als ein getrennter Bestandteil nicht. Jedoch können einige Typen von Dioden (z.B, Tunneldioden) gebaut werden, die negativen Widerstand in einem Teil ihrer Betriebsreihe ausstellen. Solch ein negativer Differenzialwiderstand wird in der Abbildung 1 mit einer widerhallenden-tunneling Diode illustriert. Elektrische Entladungen durch gasses stellen negativen Widerstand, und eine chalcogenide Brille, organische Halbleiter aus, und leitende Polymer stellen ein ähnliches Gebiet des negativen Widerstands als ein Hauptteil-Eigentum aus. In der Elektronik werden negative Widerstand-Geräte verwendet, um bistable umschaltende Stromkreise und elektronische Oszillatoren, besonders an Mikrowellenfrequenzen zu machen

Eigenschaften

Abbildung 2 zeigt einen Graphen eines negativen Widerstands, den negativen Hang zeigend. Im Gegensatz dazu wird ein Widerstand einen positiven Hang haben. Tunneldioden und Dioden von Gunn stellen ein negatives Widerstand-Gebiet in ihren IV (Strom - Stromspannung) Kurve aus. Sie haben zwei Terminals wie ein Widerstand; aber sind nicht geradlinige Geräte. Transistoren von Unijunction haben auch negative Widerstand-Eigenschaften, wenn ein Stromkreis mit anderen Bestandteilen gebaut wird.

Für den negativen Widerstand, um da zu sein, muss es aktive Bestandteile im Stromkreis geben, der einer Energiequelle zur Verfügung stellt. Das ist, weil der Strom durch einen negativen Widerstand eine Energiequelle einbezieht, gerade als der Strom durch den positiven Widerstand andeutet, dass Energie zerstreut wird.

Ein Widerstand erzeugt Stromspannung, die zum Strom dadurch gemäß dem Gesetz des Ohms proportional ist. Die IV Kurve eines wahren negativen Widerstands hat einen negativen Hang und führt den Ursprung des Koordinatensystems durch (die Kurve kann nur in die 2. und 4. Quadranten eingehen, wenn Energie geliefert wird). Das ist, im Vergleich zu Geräten wie die Tunneldiode zu sein, wo der negative Steigungsteil der Kurve den Ursprung nicht durchführt. Klar gibt es keine Energiequelle in einer zwei Enddiode.

Geschichte

In der frühen Forschung wurde es bemerkt, dass Kreisbogen-Entladungsgeräte und einige Vakuumtube-Geräte wie der dynatron negative Differenzialwiderstand-Effekten ausstellen. Praktische und wirtschaftliche Geräte sind nur verfügbar mit der Technologie des festen Zustands geworden. Der typische wahre negative Scheinwiderstand-Stromkreis — der negative Scheinwiderstand-Konverter - ist wegen John G. Linvills (1953) und das populäre Element mit dem negativen Differenzialwiderstand — die Tunneldiode - ist wegen Leo Esakis (1958).

Durchführungen

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Dioden

Tunneldioden sind schwer lackierte Halbleiter-Verbindungspunkte, die einen "N" gestaltete Übertragungskurve haben. Eine Vakuumtube kann auch gemacht werden, negativen Widerstand auszustellen. Andere negative Widerstand-Dioden sind gebaut worden, die einen "S" gestaltete Übertragungskurve haben. Wenn beeinflusst, so dass der Betriebspunkt im negativen Widerstand-Gebiet ist, können diese Geräte als ein Verstärker verwendet werden. Diese Geräte können auch beeinflusst werden, so dass sie zwischen zwei Staaten sehr schnell umschalten werden, als sich die angewandte Stromspannung ändert.

Betriebliche Verstärker

Der negative in der Abbildung 3 gezeigte Widerstand-Stromkreis ist eine opamp Durchführung des negativen Scheinwiderstand-Konverters (sieh unten). Die zwei Widerstände R1 und das op Ampere setzen einen negativen Feed-Back-Nichtumkehren-Verstärker mit dem Gewinn = 2 ein. Im Fall wird durch den Eingangswiderstand (für ein Ideal opamp) gegeben;

:

Der Eingangshafen des Stromkreises kann in ein anderes Netz verbunden werden, als ob es ein negativer Widerstand-Bestandteil war.

Im allgemeinen Fall kann ausgewählt werden, um negative Kapazität oder negative Induktanz zu erzeugen.

Anwendungen

Oszillatoren

Viele elektronische Oszillator-Stromkreise verwenden negative Ein-Hafen-Widerstand-Geräte, wie Magnetron-Tuben, Tunneldioden und Dioden von Gunn. In diesen Stromkreisen, einem Resonator, wie ein LC Stromkreis, wird Quarzkristall oder Höhle-Resonator, über das negative Widerstand-Gerät und eine angewandte Gleichstrom-Neigungsstromspannung verbunden. Vom negativen Widerstand des aktiven Geräts kann als das Annullieren des (positiven) wirksamen Verlust-Widerstands des Resonators gedacht werden, gestützte Schwingungen schaffend. Diese Stromkreise werden oft für Oszillatoren an Mikrowellenfrequenzen verwendet. Oszillatoren sind auch mit dem negativen Widerstand-Gebiet von ausführlicher erläuternden Geräten wie Vakuumtuben, als im dynatron Oszillator gebaut worden.

Verstärker

Ein Gerät, das negativen Widerstand ausstellt, kann verwendet werden, um ein Signal zu verstärken, und das ist eine besonders nützliche Technik an Mikrowellenfrequenzen. Solche Geräte präsentieren als reiner negativer Widerstand an diesen Frequenzen nicht (im Fall von der Tunneldiode eine große Parallelkapazität ist da auch), und ein zusammenpassender Filter ist gewöhnlich erforderlich. Die reaktiven Bestandteile des gleichwertigen Stromkreises des Geräts können mit dem Filterdesign vereinigt werden, so kann der Stromkreis als ein reiner von einem Bandfilter gefolgter Widerstand vertreten werden. Die Produktion dieser Einordnung wird in einen Hafen eines Drei-Häfen-Verbreiters gefüttert. Die anderen zwei Häfen setzen den Eingang und die Produktion des Verstärkers mit der Richtung des Umlaufs, wie gezeigt, im Diagramm ein. R behandelnd, als, positiv zu sein, wird durch die Reflexionskoeffizienten an den zwei Enden des Filters gegeben;

: und,

Da der Filter keine widerspenstigen Elemente hat, gibt es keine Verschwendung, und die Umfänge der zwei Reflexionskoeffizienten, müssen gleich

sein:

Die Eingangsmacht, die in den cirulator eingeht, wird am zusammenpassenden Filter geleitet, wird sowohl am Eingang als auch an der Produktion des Filters widerspiegelt, und ein Teil erreicht schließlich die Last. Durch diesen Teil wird gegeben;

:

Für einen gut verglichenen Filter werden die Reflexionskoeffizienten im passband sehr klein sein, und sehr wenig Macht wird die Last erreichen. Andererseits, wenn R durch einen negativen solchen Widerstand dass, ersetzt wird

: dann,

: und,

:

Jetzt sind die Reflexionskoeffizienten sehr groß, und mehr Macht erreicht die Last, als es im Eingangshafen eingespritzt wurde. Das Nettoergebnis, einen Hafen in einem negativen Widerstand zu begrenzen, ist Erweiterung zwischen den restlichen zwei Häfen.

Mixer und Frequenzkonverter

Die hoch nichtlinearen Eigenschaften von Tunneldioden machen sie nützlich als Frequenzmixer. Der Umwandlungsgewinn eines Tunneldiode-Mixers kann nicht weniger als 20 DB sein, wenn er beeinflusst wird, um im negativen Widerstand-Gebiet zu funktionieren.

Antenne-Design

Ein anderes Konzept des negativen Widerstands besteht im Gebiet des Radiofrequenzantenne-Designs. Das ist auch bekannt als negativer Scheinwiderstand. Es ist für eine Antenne ziemlich üblich, die vielfache gesteuerte Elemente enthält, offenbaren negativen Scheinwiderstand in ein oder mehr von den gesteuerten Elementen auszustellen.

Scheinwiderstand-Annullierung

Negative Scheinwiderstände können verwendet werden, um die Effekten von positiven Scheinwiderständen, zum Beispiel, durch das Beseitigen des inneren Widerstands einer Stromspannungsquelle oder das Bilden des inneren Widerstands einer aktuellen Quelle unendlich zu annullieren.

Dieses Eigentum wird in Telefonie-Linienwiederholenden und in Stromkreisen wie die Strom-Quelle von Howland, der Integrator von Deboo und die Last cancellers verwendet.

Siehe auch

• Negativer Scheinwiderstand-Konverter

Weiterführende Literatur

• Negatron gibt echte natürliche Frequenz, Aleksandr Belousov, die USA, EDN, 08/1993 (praktische Anwendung des gleichwertigen Stromkreises von Negatron nach, der mit dem Instrumentierungs- und Maß-Kenntnisse-Gebiet verbunden ist)
• E.W. Herold, "Negativer Widerstand und Geräte, um Es," Verhandlungen des Instituts für Radioingenieure, Band 23, Nummer 10, Oktober 1935 Zu erhalten.

Außenverbindungen

• Negativer Widerstand Wiederbelebt - hat Version des Artikels kondensiert, der ursprünglich im Amateurradio, November 1995 veröffentlicht ist
• Stromkreise des negativen Widerstands - nettes Material von Answers.com
• Handbuch des Betrieblichen Verstärkers Aktive RC-Netze - ein formelles, aber gut geschriebenes elektronisches Buch
• Negatrons bereichern Filter, Oszillator-Designs, Aleksandr Belousov, die USA, EDN, am 21. Juli 1994
• Negativer Widerstand, weil es für Mikrowellenoszillatoren gilt
• Negative Widerstand-Oszillatoren mit Zink haben Stahl gepanzert
• Schwingungen und Verbessernde Erweiterung mit Negativen Widerstand-Geräten
• Das widerhallende Tunneling Diode-Simulierungswerkzeug auf Nanohub ermöglicht die Simulation von widerhallenden tunneling Dioden unter realistischen Neigungsbedingungen für realistisch verlängerte Geräte.