thumb|upright=0.9|Krets för negativ impedans med
Negativ resistans inträffar när en elektrisk komponent, som till exempel en tunneldiod, uppvisar en I/V-karaktäristik där strömmen sjunker med ökad inspänning. Även normala tetroder uppvisar detta beteende.
Detta i motsats till ett vanligt motstånd där en ökning av pålagd spänning orsakar en proportionell ökning av strömmen på grund av Ohms lag, vilket resulterar i ett positivt motstånd. Under vissa förhållanden kan den öka kraften hos en elektrisk signal och förstärka den.Aluf, Ofer (2012). Optoisolation Circuits: Nonlinearity Applications in Engineering. World Scientific. pp. 8–11. . Archived from the original on 2017-12-21. This source uses the term "absolute negative differential resistance" to refer to active resistance
Negativ resistans är en ovanlig egenskap som förekommer i ett fåtal olinjära elektroniska komponenter. I en icke-linjär enhet kan två typer av motstånd definieras: "statiskt" eller "absolut motstånd", förhållandet mellan spänning och ström, och differentialresistans, förhållandet mellan en förändring i spänning och den resulterande förändringen i ström . Termen negativ resistans betyder negativ differentialresistans (NDR), . I allmänhet är en negativ differentialresistans en komponent med två terminaler som kan förstärka, omvandla DC-effekt som tillförs dess terminaler till AC-utgångseffekt för att förstärka en AC-signal som appliceras på samma terminaler.Iniewski, Krzysztof (2007). Wireless Technologies: Circuits, Systems, and Devices. CRC Press. p. 488. . De används i elektroniska oscillatorer och förstärkare, speciellt vid mikrovågsfrekvenser. Det mesta av mikrovågsenergi produceras med enheter med negativt differentiellt motstånd. De kan också ha hysteres och vara bistabila, och används så i växlings- och minneskretsar. Exempel på enheter med negativt differentialmotstånd är tunneldioder, Gunndioder och gasurladdningsrör som neonlampor och lysrör. Dessutom kan kretsar som innehåller förstärkningsanordningar som transistorer och op-förstärkare med positiv återkoppling ha negativt differentialmotstånd. Dessa används i oscillatorer och aktiva filter.
Eftersom de är olinjära har enheter med negativt motstånd ett mer komplicerat beteende än de positiva "ohmska" motstånden som vanligtvis påträffas i elektriska kretsar. Till skillnad från de flesta positiva motstånd varierar negativt motstånd beroende på spänningen eller strömmen som appliceras på enheten, och enheter med negativt motstånd kan endast ha negativt motstånd över en begränsad del av deras spännings- eller strömområde.Gilmore, Rowan; Besser, Les (2003). Active Circuits and Systems. USA: Artech House. pp. 27–29. .
Drift Ett sätt på vilket de olika resistanstyperna kan särskiljas är i strömriktningen och elektrisk effekt mellan en krets och en elektronisk komponent. Illustrationerna nedan, med en rektangel som representerar komponenten kopplad till en krets, sammanfattar hur de olika typerna fungerar: Variablerna för spänning v och ström i i en elektrisk komponent måste definieras enligt konventionen om passivt tecken. Positiv konventionell ström definieras för att gå in i den positiva spänningsterminalen, vilket betyder att effekten P som strömmar från kretsen in i komponenten definieras som positiv, medan effekten som strömmar från komponenten in i kretsen är negativ.Traylor, Roger L. (2008). "Calculating Power Dissipation" (PDF). Lecture Notes – ECE112:Circuit Theory. Dept. of Elect. and Computer Eng., Oregon State Univ. Archived (PDF) from the original on 6 september 2006. Hämtad 23 oktober 2012., archivedGlisson, Tildon H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design. USA: Springer. pp. 114–116. . Arkiverad från original 2017-12-08., see footnote p. 116 Detta gäller både likström och växelström. Diagrammet visar riktningarna för positiva värden för variablerna. I ett positivt statiskt motstånd så v och i har samma tecken., Därför går, enligt den passiva teckenkonventionen ovan, konventionell ström (flöde av positiv laddning) genom enheten från den positiva till den negativa terminalen, i riktning mot det elektriska fältet E (minskande potential). så laddningarna förlorar potentiell energi som gör arbete på enheten, och elektrisk kraft flödar från kretsen till enheten,"...since [static] resistance is always positive...the resultant power [from Joule's law] must also always be positive. ...[this] means that the resistor always absorbs power." Karady, George G.; Holbert, Keith E. (2013). Electrical Energy Conversion and Transport: An Interactive Computer-Based Approach, 2nd Ed. John Wiley and Sons. p. 3.21. . där den omvandlas till värme eller någon annan form av energi (gul). Om AC-spänning appliceras, byter och periodvis riktning, men den momentana lyter alltid från den högre potentialen till den lägre potentialen. I en strömkälla, ,Simin, Grigory (2011). "Lecture 08: Tunnel Diodes (Esaki diode)" (PDF). ELCT 569: Semiconductor Electronic Devices. Prof. Grigory Simin, Univ. of South Carolina. Arkiverad från original (PDF) 23 september 2015. Hämtad 25 september 2012., pp. 18–19, har och motsatta tecken. Detta innebär att ström tvingas flyta från den negativa till den positiva terminalen. Laddningarna får potentiell energi, så ström flyter ut ur enheten in i kretsen: . Arbete (gul) måste utföras på laddningarna av någon strömkälla i enheten för att få dem att röra sig i denna riktning mot kraften från det elektriska fältet. I ett passivt negativt differentialmotstånd, , flyter endast AC-komponenten av strömmen i motsatt riktning. Det statiska motståndet är positivtLesurf, Jim (2006). "Negative Resistance Oscillators". The Scots Guide to Electronics. School of Physics and Astronomy, Univ. of St. Andrews. Arkiverad från original 16 juli 2012. Hämtad 20 augusti 2012 så strömmen flyter från positivt till negativt: . Men strömmen (laddningsflödet) minskar när spänningen ökar. Så när en tidsvarierande (AC) spänning appliceras utöver en DC-spänning (höger), den tidsvarierande strömmen och spänning har komponenter motsatta tecken, så. Detta betyder den momentana växelströmmen flyter genom enheten i riktning mot ökande växelspänning , så att växelström flyter ut ur enheten och in i kretsen. Enheten förbrukar DC-ström, varav en del omvandlas till AC-signaleffekt som kan levereras till en belastning i den externa kretsen, vilket gör att enheten kan förstärka AC-signalen som tillförs den.
Lista över enheter med negativt motstånd Elektroniska komponenter med negativt differentialmotstånd är följande enheter: tunneldioder, resonans tunneldioder och andra halvledardioder som använder tunnelmekanismen Gunndiod och andra dioder som använder den överförda elektronmekanismen IMPATT - diod, TRAPATT - diod och andra dioder som använder slagjoniseringsmekanismen Vissa NPN-transistorer med EC omvänd förspänd, känd som negistorurl = unijunction transistor (UJT) tyristorer triod- och tetrodvakuumrör som arbetar i dynatronläget Vissa magnetronrör och andra mikrovågsvakuumrör maser parametrisk förstärkare
Elektriska urladdningar genom gaser uppvisar också negativt differentialmotstånd,, fig. 1.54som följande enheter elektrisk ljusbågeAyrton, Hertha (August 16, 1901). "The Mechanism of the Electric Arc". The Electrician. 47 (17). London: The Electrician Printing & Publishing Co.: 635–636. Hämtad 2 januari 2013. tyratronrör neonlampa lysrör andra gasurladdningsrör
Dessutom kan aktiva kretsar med negativt differentialresistans också byggas med förstärkningsenheter som transistorer och op-förstärkare, med hjälp av återkoppling.see "Negative resistance by means of feedback" section, Ett antal nya experimentella material och anordningar för negativt differentiellt motstånd har upptäckts under de senaste åren. De fysiska processerna som orsakar negativt motstånd är olika,Franz, Roger L. (June 24, 2010). "Use nonlinear devices as linchpins to next-generation design". Electronic Design Magazine. Penton Media Inc. Archived from the original on June 18, 2015. Retrieved September 17, 2012., . An expanded version of this article with graphs and an extensive list of new negative resistance devices appears in Franz, Roger L. (2012). "Overview of Nonlinear Devices and Circuit Applications". Sustainable Technology. Roger L. Franz personal website. Hämtad 17 september 2012. och varje typ av enhet har sina egna negativa resistansegenskaper, specificerade av dess ström-spänningskurva.
Referenser
Noter
Vidare läsning How negative differential resistance devices work in oscillators. , ch. 6 Account of discovery of negative resistance and its role in early radio. Elementary one-page introduction to negative resistance.
Externa länkar
Negative Resistance Revived Negative-resistance circuits Handbook Of Operational Amplifier Active RC Networks Negative resistance as it applies to microwave oscillators Negative resistance oscillators using Zinc plated steel Oscillations and Regenerative Amplification using Negative Resistance Devices Museets webbplats (engelska)
Kategori:Elektronik Kategori:Elektricitet Kategori:Fysikaliska storheter