Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Передовые энергетические технологии | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Справочник электрика / Основы электротехники / Что такое отрицательное сопротивление


 Школа для электрика в Telegram

Что такое отрицательное сопротивление


Впервые услышав словосочетание «отрицательное сопротивление», можно пофантазировать и вообразить себе некий фантастический элемент электрической цепи, вроде проволочного резистора, который не препятствует прохождению тока, а наоборот - помогает ему течь. Однако такое понимание термина является превратным и весьма далеко от реальности.

На самом деле, когда речь заходит об отрицательном сопротивлении, имеется ввиду отрицательное дифференциальное сопротивление, то бишь динамическое, а вовсе не мифический постоянный резистор, волшебным образом усиливающий ток.

Если бы такое необычное явление и имело место быть, то это бы означало, что в цепь включен некий источник энергии, который уже точно не являлся бы резистором в каноническом понимании слова.

Отрицательное дифференциальное сопротивление

Мы же говорим именно об отрицательном дифференциальном сопротивлении — явлении вполне реальном. Таким образом, отрицательное сопротивление всего лишь указывает на наличие падающего участка на вольт-амперной характеристике элемента электрической цепи.

Давайте же рассмотрим примеры подобных, вполне реальных, нелинейных элементов.

Газоразрядная лампа в момент пуска

Натриевая лампа высокого давления

В процессе включения газоразрядной лампы через балласт, отчетливо проявляется ее особая нелинейная вольт-амперная характеристика.

Газоразрядная лампа в момент пуска

В начале формирования тихого разряда (1) ток плавно, практически линейно увеличивается вместе с ростом напряжения от нуля до Uа.

Запуск газоразрядной лампы

Далее ток возрастает, но падение напряжения на самой лампе снижается — это первый участок, на котором проявляется отрицательное дифференциальное сопротивление (участок 2-3), здесь лампа находится в состоянии нормального тлеющего разряда.

(4) - в лампе происходит лавинообразная ионизация и можно наблюдать аномальный тлеющий разряд, когда напряжение на лампе возрастает до Uв, одновременно возрастает и ток.

Снижение напряжения на лампе после запуска

(5) - напряжение на лампе снижается до номинальной величины Uл, лампа переходит в стабильное состояние дугового разряда, при этом ток увеличивается до номинального значения Iл - снова мы наблюдаем на ВАХ участок отрицательного дифференциального (динамического) сопротивления, когда напряжение между выводами падало, а ток при этом рос.

Туннельный диод

Тогда как в обычных диодах с ростом приложенного в прямом направлении напряжения, увеличивается и проходящий через диод ток, в туннельном диоде квантовомеханическое явление туннелирования электронов создает на его вольт-амперной характеристике область отрицательного дифференциального сопротивления, то есть такую область, на которой во время увеличения прямого напряжения на диоде, ток через него спадает.

Вольт-амперная характеристика тунельного диода

Данная особенность обусловлена тем, что для определенного диапазона прикладываемых к диоду напряжений, электроны в одном из его регионов активно туннелируют, внося вклад в общий ток диода, а за пределами этого диапазона напряжений туннелирования уже не происходит.

Данная особенность туннельного диода используется в технике для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов.

Диод Ганна

Диод Ганна представляет собой полупроводниковый прибор из арсенида галлия, в активную часть которого внедрен высокоомный слой с пониженной концентраций легирующих донорных примесей.

Вольт-амперная характеристика диода Ганна

Суть образования зоны отрицательного дифференциального сопротивления на ВАХ диода Ганна заключается в следующем.

Рассмотрим образец полупроводника, к выводам которого приложено некоторое напряжение. В однородном полупроводнике электрическое поле имеет одинаковую напряженность по всему образцу.

Но если в образце имеется локальная неоднородность с пониженной проводимостью, то напряженность поля в этом месте будет выше, а значит при увеличении напряженности внешнего поля критическое значение напряженности будет достигнуто прежде всего в этом сечении.

Произойдет накопление в этой области образца тяжелых электронов и снижение их подвижности, а значит - повышение сопротивления в данной области. Как результат, с ростом напряжения будет снижаться ток диода.

Тетрод в режиме динатронного эффекта

Четырехэлектродная радиолампа имеет следующую особенность. Когда напряжение на аноде (положительном электроде лампы) приближено к напряжению на ее экранирующей сетке, (электроду, расположенному перед анодом) может случиться необычное явление.

При определенном напряжении на аноде, электроны, летящие к нему от катода, ударяются об анод с такой силой, что выбивают из него электроны, (вторичная электронная эмиссия) скоростей которых достаточно чтобы долететь в обратном направлении до экранирующей сетки и быть притянутыми к ней. Ток экранирующей сетки, благодаря вкладу, вносимому этими вторичными электронами, в итоге возрастает.

Тетрод в режиме динатронного эффекта

В результате, из-за данного эффекта ток анода уменьшается. На определенном участке ВАХ это выглядит так, что с увеличением анодного напряжения уменьшается анодный ток. Вот и получается отрицательное сопротивление в цепи анода. В реальности — отрицательное дифференциальное сопротивление, обусловленное динатронным эффектом.

Транзистор или лампа с цепью обратной связи в регенеративном приемнике

В так называемом регенеративном приемнике добротность колебательного контура повышается путем компенсации части потерь за счет энергии усилителя, благодаря введению положительной обратной связи. Можно сказать, что обратная связь вносит в колебательный контур отрицательное сопротивление, уменьшая положительное сопротивление потерь.

Другие полезные статьи по электротехнике: 

Что такое внутреннее сопротивление

Почему светодиод нужно подключать через резистор

Постоянная времени электрической цепи - что это такое и где используется

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика