Отрицательное сопротивление, импеданс. Схема. Преобразователь в противоположное. Преобразовать. Туннельный диод.

Понятие отрицательного сопротивления. Схемы с отрицательным сопротивлением. (10+)

Отрицательное сопротивление

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Когда изучаешь закон Ома, встает вопрос, почему бы не существовать средам, ток через которые бы уменьшался по мере увеличения напряжения на них. Сначала такое явление, как отрицательное сопротивление, казалось математической абстракцией. Но потом появились электронные детали и интегральные схемы, обладающие отрицательным омическим сопротивлением.

Отрицательное сопротивление интересно тем, что включая такой элемент в электрическую цепь, мы получаем усилитель.

Туннельный диод - прибор с отрицательным сопротивлением

Полупроводниковым прибором, обладающим отрицательным сопротивлением, является туннельный диод. Туннельный диод обладает отрицательным сопротивлением только в определенном режиме, на определенном участке своей вольт-амперной характеристики. Однако, подав на туннельный диод нужное напряжение, мы получаем нужный режим.

На рисунке приведена типичная схема на туннельном диоде. Вообще туннельный диод уступает практически по всем параметрам интегральным приборам с отрицательным сопротивлением. Во-первых, его характеристика нелинейна. Во-вторых, отрицательное сопротивление проявляется только на ограниченном участке характеристики. Однако у него есть одно преимущество. Он может работать на очень высоких частотах. Некоторые образцы работают на частотах до 10 ГГц.

Так что приведенная схема является практически единственным промышленным применением туннельных диодов. В зависимости от напряжения смещения, которое регулируется резистором R2, схема может быть приемником или передатчиком сигнала. В режиме приемника через C3 снимается сигнал. В режиме передатчика управляющий сигнал подается через C3. Так как характеристика туннельного диода нелинейна, то сигнал, поданный через C3, модулирует колебания в колебательном контуре.

Для работы на частоте 145 МГц катушка L имеет 5 витков, намотанных на полоску текстолита шириной 10 мм. Конденсатор C1 - 5 - 25 пФ. Конденсатор C2 - 0.01 мкФ. Конденсатор C3 - 1 мкФ. Резистор R1 - 33 Ом. Резистор R2 - 500 Ом. Резистор R3 - 100 Ом.

Устройство питается от одной пальчиковой батареи 1.5 В.

Туннельный диод является прибором с отрицательным сопротивлением и N - образной вольт-амперной характеристикой. В электронике применяются также электронные приборы лавинного типа, такие как тиристоры, лавинные диоды и т. д. У этих элементов вольт-амперная характеристика имеет S - тип (напоминает букву S). Отличие в том, что задание рабочей точки приборов N-типа осуществляется подачей нужного напряжения от стабилизатора напряжения или делителя, а приборов S-типа - подачей тока нужной силы от источника стабильного тока. Примеры схем, работающих в режиме отрицательного сопротивления S - типа.

Преобразователь полного сопротивления (импеданса) в противположный

Схема (A) эквивалентна отрицательному сопротивлению, подключенному к общему проводу. Схема (B) имитирует подвешенный отрицательный резистор (не подключенный к общему проводу и шинам питания).

Микросхемы - операционные усилители с высоким входным сопротивлением, например, 544УД1.

Сопротивления резисторов R1, R2, R4, R5 определяются нагрузочной способностью операционного усилителя. Для 544УД1. Эти резисторы по 4 кОм. R3 - тот резистор, который мы превращаем в противоположный. Сопротивление нашей схемы будет минус R3.

Приятная особенность приведенных схем в том, что они не только могут преобразовать сопротивление в противоположное ему (отрицательное). Они могут преобразовать в противоположный любой комплексный импеданс, подключенный вместо R3. Катушку индуктивности можно преобразовать в минус катушку индуктивности, конденсатор в минус конденсатор. Вообще импеданс любой RLC цепь можно преобразовать в противоположный.

Действительно, ток через R1, а во второй схеме еще через R5 равен минус току через R2 (и R4 во второй схеме). Это верно в силу того, что у операционного усилителя напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах равны. В свою очередь ток через R2 (R4) равен току через R3 или цепочку, которую мы подключим вместо его. То есть сила входного тока пропорциональна минус R3.

Необходимо помнить, что все интересные эффекты в этих электронных схемах имитируются за счет цепей питания, так что напряжения на выводах такой схемы должны быть в интервале между напряжениями на питающих шинах и должны иметь небольшую амплитуду.

По ссылке можно посмотреть статью про гиратором с отрицательным омическим сопротивлением и схемы на его основе.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.