В электронике отрицательное сопротивление — весьма необычное свойство, которое встречается в некоторых нелинейных радиокомпонентах. Проще говоря, увеличение напряжения на клеммах устройства приводит к уменьшению электрического тока через него. Несмотря на то, что это идёт вразрез с обычной нагрузкой, в которой увеличение приложенного напряжения вызывает пропорциональное увеличение тока (положительное сопротивление), при определенных условиях оно может увеличивать мощность электрического сигнала, усиливая его.
Детали отрицательного сопротивления
Лучшим примером электронного компонента с отрицательным дифференциальным сопротивлением является туннельный диод. Еще одна деталь, использующая отрицательное сопротивление, — это диод Ганна. В список также входят некоторые однопереходные транзисторы (UJT), биполярные NPN транзисторы (NPN BJT), тиристоры и некоторые другие радиоэлементы.
Обратите внимание, что термин «отрицательное сопротивление» почти всегда означает отрицательное ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ сопротивление. Отрицательное сопротивление может быть СТАТИЧЕСКИМ или ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ. Оба измеряются в Омах и, конечно же, соответствуют закону Ома. Статическое сопротивление — это еще один термин для обозначения обычного сопротивления, которое соответствует закону Ома. Дифференциальное сопротивление, также известное как динамическое, представляет собой производную приложенного напряжения по измеренному току. Дифференциальное отрицательное сопротивление возникает когда электрическая энергия имеет форму переменного тока.
Туннельный диод, также известный как диод Эсаки (в честь его изобретателя), является самым известным устройством демонстрирующим отрицательное сопротивление. Туннельный диод — это тип полупроводника, который способен работать очень быстро, даже в диапазоне микроволновых частот, что стало возможным благодаря использованию квантово-механического эффекта, называемого туннелированием.
Диод Ганна, также известный как устройство с переносом электронов (TED), представляет собой полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением, преобразующий энергию источника питания постоянного напряжения в энергию высокочастотных колебаний за счет образования сильной полевой области. Внутренняя конструкция диода Ганна отличается от других диодов тем, что она состоит только из полупроводникового материала, легированного N, тогда как большинство диодов состоят как из областей, легированных P, так и из N. Он не проводит ток только в одном направлении и не может выпрямлять переменное напряжение, как другие диоды, поэтому некоторые источники предпочитают использовать термин TED.
Диод Ганна представляет собой простой метод генерации микроволновых сигналов в диапазоне частот от 1 ГГц до 100 ГГц с использованием одного диодного элемента. Из-за своих высокочастотных возможностей такой диод в основном используется на микроволновых частотах и выше. Диод Ганна может генерировать на этих частотах одну из самых высоких выходных мощностей среди всех полупроводниковых устройств. Хотя чаще всего он используется в генераторных схемах, также применяется и в микроволновых усилителях для усиления сигналов.
Негисторный генератор
Концепция отрицательного сопротивления интересна и стоит провести несколько экспериментов. К сожалению, встает проблема отсутствия необходимых компонентов, но редакция сайта Радиосхемы предлагает небольшой тест, который каждый сможет провести с помощью нескольких дешевых деталей. Этот эксперимент продемонстрирует, как можно создать очень простой генератор, который реально демонстрирует отрицательный эффект дифференциального сопротивления.
Некоторые распространенные транзисторы, включенные в цепь в обратном виде, имеют отрицательное сопротивление, как туннельные диоды. Это негисторный генератор. Когда обычный NPN-транзистор используется так, что его база вообще не подключена, а переход коллектор-эмиттер подключен в обратном направлении, то можем назвать его негистором (большинство сигнальных транзисторов выходят из строя при напряжении около 8 В) в этом режиме и в лавинной зоне они проявляют некоторое отрицательное сопротивление.
Существует несколько типов биполярных транзисторов, среди которых можно найти негисторы. Самым простым будет выбор транзистора 2N2222. Также и устаревшие транзисторы BC107 работали вполне хорошо, но не все транзисторы ведут себя подобным образом, поэтому выбирайте методом проб и ошибок, который подойдет в схему.
Простейшая схема негисторного генератора показана ниже.
При питании от напряжения 12 В постоянного тока макетный генератор отрицательного дифференциального сопротивления (NDR) начинает плавно колебаться с частотой около 35 кГц и остается стабильным.
Подведем итоги
Итак, на этом краткий обзор эффекта отрицательного сопротивления завершается. Мы не стали углубляться в теорию, а лишь привлекли внимание начинающих радиолюбителей к этому интересному явлению, чтобы в дальнейшем вы понимали суть вопроса и могли использовать его в новых схемных решениях.
