Was ist negativer Widerstand?

Ich habe einige Leute über negativen Widerstand sprechen hören, aber ich habe ihn nie wirklich verstanden. Was ist negativer Widerstand?

Negative Widerstände sind ein Verhalten, bei dem Strom und Spannung umgekehrt proportional zueinander sind. Ein normaler Stromkreis mit einem Widerstand, der dem Ohmschen Gesetz folgt, hat einen Stromabfall, wenn die Spannung abnimmt. Bei negativem Widerstand steigt der Strom mit einem Spannungsabfall.

Praktisch gibt es nichts als negativen Widerstand. Sein gerechtes Verhalten auf dem VI-Graphen, wo es eine negative Steigung gibt, und sein Betrieb in diesem Bereich würde zu einem Verhalten mit negativem Widerstand führen.

In diesem Diagramm unten sehen Sie den Bereich, in dem das Element ein negatives Widerstandsverhalten aufweist.

Ich denke, Tunneldioden und einige andere Arten von Dioden zeigen dieses Verhalten.

Um den negativen Widerstand zu verstehen, beginnen Sie mit dem, was ein Widerstand eigentlich ist. Für jeden normalen (positiven) Widerstand ist dies ein Maß dafür, wie viel Spannung sich in Abhängigkeit von einem bekannten Strom über dem Widerstand aufbaut. Genau das beschreibt das Ohmsche Gesetz:

  R = V / I

Oder in gemeinsame Einheiten setzen:

  Ω = V / A

Mit anderen Worten, ein Ohm ist ein Volt pro Ampere. Wenn Sie 1 Ampere durch einen Widerstand leiten und dadurch 3 Volt über dem Widerstand anliegen, haben Sie einen 3 Ω-Widerstand.

Ein negativer Widerstand ist nicht anders, nur dass das Vorzeichen des Widerstands negativ ist. Wenn Sie 1 Ampere durch einen -3 Ω-Widerstand legen, erhalten Sie -3 V. Der Grund dafür, dass dies nicht intuitiv klingt, ist, dass diese Dinge nicht in der Natur herumstehen. Ich erinnere mich, dass Professor Gisser am College den negativen Widerstand erklärte. Abschließend sagte er: "Ich habe ein Glas davon in meinem Büro. Sie können später vorbeikommen und ein paar davon sehen, wenn Sie wollen." und sah sich dann um, um zu sehen, wer lachte. Überraschenderweise saßen einige mit leeren Blicken da und fragten sich, was so lustig war.

Um zu verstehen, warum diese Dinge auf natürliche Weise nicht existieren, betrachten Sie die Kraftübertragung. Leistung in eine Last ist die Spannung, die über der durch sie fließenden Stromstärke liegt. Beachten Sie, dass bei negativem Widerstand Spannung und Strom entgegengesetzte Vorzeichen haben. Das heißt, wenn Sie eine Spannung an einen negativen Widerstand anlegen, ist die Leistung darin negativ. Dies ist eine andere Art zu sagen, dass es Leistung erzeugt und nicht abführt. Wenn Sie -100 Ω an eine 2,2-V-Batterie anschließen, wird die Batterie durch den 22-mA-Strom aufgeladen und nicht entladen. Ein negativer Widerstand erzeugt Strom.

Clevere Schaltkreise können negative Widerstände emulieren, die auf einen bestimmten Spannungs- und Strombereich begrenzt sind. Diese Schaltung wird jedoch immer mit Strom versorgt, und was daran angeschlossen ist, erhält einen Teil dieser Leistung.

Es gibt passive Geräte, die angeblich einen negativen Widerstand aufweisen. In Wirklichkeit ist jedoch die Steigung der Volt-Kurve in Abhängigkeit von der Ampere-Kurve in einigen Regionen negativ. Die tatsächliche Größe bleibt weiterhin positiv, was eine andere Möglichkeit ist, zu sagen, dass die Spannung als Funktion der Ampere-Kurve im ersten und dritten Quadranten verbleibt (wo das Gerät Strom aufnimmt, anstatt ihn zu beziehen). Bestimmte Diodentypen und die Basis eines Unijunction-Transistors weisen über einen Teil ihres V / A-Ansprechverhaltens eine negative Steigung auf. Diese werden manchmal als negative Widerstandsvorrichtungen bezeichnet, obwohl sich dies nur auf ihre Steigung über einen begrenzten Bereich bezieht.