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负微分电阻效应
,负微分电阻一般是指n型的GaAs 和 InP等双能能谷半导体中由于电子转移效应(Transferred-electr on effect)而产生的一种效果——电压增大、电流减小所呈现出的电阻。
NDR effect(negative differential resistance effect)
NDR effect(negative differential resistance effect)是指一些电路或
也会增加,负阻特性恰好与电阻的特性相反。电压随电流变化的情形可以用微分电阻(differential resistance)r表示:
没有一个单一的电子元件,可以在所有工作范围都呈现负阻特性,不过有些二极管(例如
也有类似的负阻特性。负阻元件在电子学中可制作双稳态的切换电路及频率接近
右图1绘出一个理想负电阻的电流-电压关系,其斜率为负值。而一般电阻的斜率为正值。
的电流-电压关系图中都有一个区域,其微分电阻为负值。这些元件和电阻一様也有二个端子,不过不是线性元件。
若和其他元件组合成电路时,也会有负电阻的特性。若要有理想负电阻的特性,电路中需要有主动元件提供能量。因为当电流流过负电阻时,负电阻即为一能量源。
依欧姆定律,电阻二端的电压和电流成正比,其电流-电压关系的图形斜率为正,且会通过原点。理想负电阻其电流-电压关系的图形斜率为负,且会通过原点,因此只在图1中的第二和第四象限出现。像隧道二极管之类的元件,其斜率为负的部分未通过原点,因此隧道二极管中没有能量源。
隧道二极管有重掺杂的半导体接面,其转换曲线为N型,部分区域有负阻特性。
也可以设计成有负阻特性。其他有负阻特性的二极管一般会有S型转换曲线。当对元件施加偏压,使工作点在负阻区域时,这些元件可以作为
,也可以对元件施加偏压,使得在电压变化时,元件可以在二个状态之间快速的切换。
利用由运算放大器组成的负阻抗转换器可以产生负电阻的电路。二个电阻R1及运算放大器构成了一个负回授的非反向型放大器,增益为2。若
等会和有施加偏压的负阻元件相接。负阻元件可以抵消振荡电路中电阻带来的能量损失,使振荡电路可以持续振荡。这类电路多半是用在
隧道二极管高度非线性的特性可用在混频器中,隧道混频器若配合偏压,使隧道二极管工作在负阻的区域,隧道混频器的转换增益至少会提高20 dB。
无线电天线设计的领域也会用到负阻的概念,一般会称为负阻抗。天线上常会配合主动元件,再利用一到多个主动元件来产生显著的负阻抗。
负阻抗也可以用来抵消正阻抗的影响,例如抵消电压源中的内阻或是使电流源的内阻变成无限大。此技术已用在电路线的中继器及类似Howland电流源(Howland current source)、Deboo 积分器(Deboo integrator)及负载抵消电路等