Negatif direncin fiziksel anlamı nedir?

Negatif direncin fiziksel anlamı hakkında biraz kafam karıştı.

Matematiksel olarak, negatif dirence sahip bir bileşen, içindeki akım büyüdüğünde terminali boyunca azalan bir voltaj gösterir veya bunun tersi de geçerlidir. Fakat bu fiziksel olarak nasıl mümkün olabilir?

Bir yerde negatif dirençli bir bileşen örneğinin bir voltaj kaynağı olduğunu okudum. Ancak bu ifadeyi anlamıyorum, çünkü bir voltaj kaynağı en fazla (pozitif) bir iç direnç gösteren bir bileşendir.

Yerel olarak artan voltajın yerel olarak azalan akımla sonuçlandığı bir bölgeyle sonuçlanan bir dizi mekanizma vardır. Örneğin, bir Esaki (tünel) diyotu .

Yaygın bir örnek, sabit bir yüke sahip anahtarlama güç kaynağıdır. Verimliliğin az çok sabit olduğu varsayılarak giriş voltajının arttırılması daha az akım çekilmesine neden olur. Yine de her zaman enerji tüketir.

Bileşen içinde bir tür enerji kaynağı olmadan negatif direnç (negatif diferansiyel direnç yerine) gösteren bağımsız bir bileşen mümkün değildir, aksi takdirde enerjinin korunmasını ihlal eder ( $P = E^2/R$ ) ve negatif P bunu gösterir bir güç kaynağı olarak hareket ediyor.

Negatif direnç etkisi ile oynamak istiyorsanız, bir yol (bir ucun topraklanmış olduğunu düşünmediğinizi varsayarsak) negatif empedans dönüştürücü kullanmaktır :

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Yukarıdaki devre, bir ucu topraklanmış (doğrusal aralığı dahilinde) bir -10K direnç gibi davranır ve yaklaşık sıfır volta kadar çalışır. Ürettiği herhangi bir güç op-amp kaynaklarından gelir.

Bu bağlamda, (1) saf diferansiyel (dinamik) negatif arasında ayrım yapmak zorundayız . dirençler (diğer cevapların örneklerinde gösterildiği gibi) ve (b) statik negatif direnç.

Diferansiyel negatif için. direnç (rdiff) mevcut DEĞİŞİKLİKLER statik bir negatif için negatiftir. CURRENT'in direnişinin kendisinin negatif işareti var.

Aşağıdaki cevabım sadece statik negatif dirençle ilgilidir:

Böyle bir eleman, bir voltaj kaynağı tarafından tahrik edilen bir akımı "tüketmez", ancak - aksi yönde - voltaj kaynağına zıt bir yönde bir akımı (voltaja göre) yönlendirir.

Bu nedenle. Bir olan gerilim kontrollü akım kaynağı . Bu tür devreler için sadece aktif gerçekleşmeler mümkündür (transistörler veya - çoğu durumda - opamp'ler kullanarak). En popüler devre NIC'dir (Negatif Empedans Dönüştürücü) .

Burada bir "Tip-A" NIC bloğu gösterilmiştir. Topraklanmış direnç (empedans) R3, bir dönüşüm faktörü (-R1 / R2) ile negatif bir dirence (empedans) dönüştürülür. Bu tip kısa devre. Kararlı. (Değiştirilen opamp girişleri için açık devre kararlı NIC sonuçları).

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Yorumlar: Gösterilen NIC, voltaj kaynağının (şekilde gösterilmemiştir) kaynak direnci R1'den daha küçük olduğu sürece stabildir. Bu NIC blokları, arızasız filtreler, osilatörler ve istenmeyen pozitif (parazitik) dirençlere sahip diğer sistemler için kullanılır. Matematiksel olarak, seri ve paralel kombinasyonlarda "normal" dirençler olarak ele alınabilir - ancak elbette negatif bir işaretle.

Çok popüler bir uygulama, bir NIC bloğunun basit bir RC alçak geçidinin ortak düğümüne bağlandığı "NIC entegratörü" (veya "Deboo entegratörü"). Bu durumda, NIC pozisyonu telafi edebilir. direnç R - böylece ara kondansatörü yükleyen bir akım kaynağına benziyor.

Bir yerde negatif dirençli bir bileşen örneğinin bir voltaj kaynağı olduğunu okudum. Ancak bu ifadeyi anlamıyorum, çünkü bir voltaj kaynağı en fazla (pozitif) bir iç direnç gösteren bir bileşendir.

Belki bir voltaj kaynağından bahsedilir, çünkü hepimiz ideal bir voltaj kaynağının sıfır dahili dirence sahip olması gerektiğini biliyoruz: iyi bir tane, yüke giden herhangi bir tel direncini ekleyen küçük bir pozitif dirence sahip olacaktır.

Elektronik olarak düzenlenen bir besleme için, çıkış direncini sıfırın ötesinde negatif direnç bölgesine zorlamak mümkündür. Bu, yük akımının bir kısmının yönlendirilmesiyle yapılır, böylece regülasyon voltajı düğümü, çıkış voltajının zorlandığı bir yönde ayarlanır. Negatif çıkış direncine sahip ortak LM317 regülatörüne bir örnek aşağıda gösterilmektedir - bazı yüklerin çılgın sonuçlar vermesine dikkat edin:

$R_{load}$

• 5 ohm'da, Rload'daki voltaj düşüşü 4.322V

• 15 ohm'da, Rload'daki voltaj düşüşü 3.993V

Bu 1 ohm direncin sonucu (ve içinden Rload akımının yönü) bu voltaj kaynağını negatif dirence sahip olmaya zorlar: daha ağır yüklerde çıkış voltajı yükselir. Bu voltaj artışı, tel direncindeki voltaj düşüşünü telafi edebilir.

Akımdaki artışla gerilime düşen her şeyin negatif direnci vardır.

Güç kaynakları bu özelliğe sahiptir. Artımlı negatif dirence sahip pasif bileşenler arasında; herhangi bir gaz deşarj ampulü veya ark, Çığ etkisi diyotları, Tünel Diyotları, tetikleme aşamasında SCR'ler.

https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_resistance

Fakat bu fiziksel olarak nasıl mümkün olabilir?

Esaki diyotları ve ışıma tüpleri gibi bazı bileşenler, tamamen I ve III kadranlarında bulunan, ancak sınırlı bir aralıkta negatif bir eğim bölgesine sahip bir IV eğrisine sahiptir. Bu bölgede, cihazın küçük bir sinyal modeli negatif dirence sahip olacaktır.

( görüntü kaynağı )

Esaki diyotunda, bu davranış düşük biasta mümkün olan ancak daha yüksek bias voltajında ​​olmayan tünelleme akımından kaynaklanır.

Sınırlı bir aralıkta negatif giriş direncine sahip bir op-amp devresi yapmak da mümkündür. IV eğrisi II ve IV kadranlarından bile geçebilir, çünkü güç op-amp'in güç terminallerinden beslenebilir.

Bir yerde negatif dirençli bir bileşen örneğinin bir voltaj kaynağı olduğunu okudum.

Sabit bir yüke sahip düzenlenmiş bir anahtarlama kaynağının giriş tarafına bakıldığında, genellikle negatif direnç olarak görünecektir.

Bunun nedeni sabit bir güç yükü olmasıdır. Giriş voltajı düşerse, regülatör devresi yükü istenen çıkış voltajıyla beslemeye devam etmek için çekilen akımı artıracaktır.

Olumsuz direnç gizemle örtülse de, aslında oldukça basit bir kavramdır. Dirençler arasındaki voltaj düşüşlerini analiz ederek kolayca açıklanabilir.

Pozitif direnç voltaj düşüşünü giriş voltajından çıkarır, böylece akımı azaltırken (S-şekilli) negatif direnç voltaj düşüşünü giriş voltajına ekleyerek akımı arttırır. Yani pozitif direnç engellemektedir ise negatif direnç kazanmasını sağlar akımı.

Ana soru, "Negatif direnç voltajını nasıl ekler?" İki çeşit negatif dirence yol açan iki teknik vardır - diferansiyel ve mutlak .

Negatif diferansiyel direnç , özünde, gerilim düşümü V = IR'yi giriş geriliminden çıkaran pozitif bir dirençtir. Ancak sürekli direnci olan pozitif direncin aksine, , akım biraz arttığında direncini önemli ölçüde azaltan dinamik dirençtir. Sonuç olarak, bunun yerine, voltaj düşüşü (artan I ve daha kuvvetli bir şekilde azalan R'nin ürünü) azalır ... ve bu, voltaj eklemeye eşdeğerdir. Bu hile - kaybı azaltmak aslında bir kazanç .

Ayrıca bakınız: Negatif Diferansiyel Direnç Olgusunun Demystlenmesi

Mutlak negatif direnç daha doğal bir şekilde yapılır - dinamik bir voltaj kaynağı (elektronik devre). Gerilimini akımla orantılı olarak değiştirir (pozitif bir direnç gibi), ancak giriş gerilimine ekler (çıkarmak için). Ekleme amacıyla, bu voltajın ters bir polaritesi vardır; dolayısıyla bu devrenin adı - “gerilim ters negatif empedans dönüştürücü” (VNIC).

Ayrıca bakınız: Gerilim İnversiyonlu Negatif Empedans Dönüştürücülerin Doğrusal Modunun Araştırılması

Yani, "negatif direncin fiziksel anlamı", "dinamik direnç" veya "dinamik kaynak" tır. Fakat tüm bunların anlamı nedir? Hangi negatif direnç kullanılabilir?

Negatif direnç, eşdeğer pozitif direnci telafi edebilir . Örneğin, S şeklinde bir negatif direnci aynı dirençli bir pozitif dirence seri olarak bağlarsak, eşdeğer direnç sıfır olacaktır. Mecazi anlamda, olumsuz direnç, pozitif direnci "yok etti" ve iki direncin kombinasyonu bir tel parçası gibi davranıyor. Matematiksel olarak, sadece R - R = 0… ama biz insanlar daha "fiziksel" bir açıklamaya ihtiyacımız var ... ve işte burada:

• Diferansiyel negatif direnç . Giriş kaynağı akımı artırmaya çalışırsa, pozitif direnç üzerindeki voltaj düşüşü artar ve akımı etkilemesi gerekir. Ancak negatif direnç, kendi içindeki voltaj düşüşünü aynı değerle azaltmak için direncini şiddetle azaltır. Tüm ağdaki toplam voltaj değişmez; sıfır diferansiyel dirençli bir Zener diyotu gibi davranır. Böylece diferansiyel negatif direnç pozitif direnç üzerindeki voltaj düşüşünün değişimini telafi eder ... çok düşüşü değil.
• Mutlak negatif direnç . Aynı voltajı takarak pozitif direnç üzerindeki tüm voltaj düşüşünü (sadece değişiklik değil) telafi eder. Bu amaçla, karşıt polariteye sahip ek bir voltaj kaynağı kullanır. Tüm ağdaki toplam voltaj sadece sabit değil aynı zamanda sıfırdır. Ağ gerçekten bir "kablo parçası" gibi davranır ve akımı engellemez. Bu düzenlemenin popüler örnekleri, op-amp çıkışının mutlak negatif bir "direnç" olarak işlev gördüğü transimpedans amplifikatörü ve evirici amplifikatördür. Karşılıktaki voltaj düşüşünü eşit voltajla telafi ederek geri besleme direncini yok eder.

Sıradan gerilim kaynağı, gerilimi akımla orantılı olarak değişmediği için negatif bir "direnç" değildir ... dinamik değildir ... sabittir. Daha ziyade bunu bir tür "Zener diyot" olarak düşünebiliriz.

ResearchGate'deki ilgili tartışmanın ilginizi çekmesi muhtemeldir:

Ve neden iki tür daha olumsuz direnç var?

Mükemmel bir negatif direnç imkansızdır, ancak bir cihaz sınırlı bir aralıkta negatif direnç özelliklerine sahip olabilir.

Doğrusal olmayan bir cihazın direnci değişir ve belirli bir voltajda eşdeğer direnç hattın eğimine eşittir. Eğim bir aralıkta negatifse, bu aralık negatif dirence sahiptir.

Cümle ile ilgili olarak:

Bir yerde negatif dirençli bir bileşen örneğinin bir voltaj kaynağı olduğunu okudum.

Sanırım "negatif dirençli voltaj kaynağı" çok önemli bir yanlış anlama.

Hata muhtemelen şudur:

Normal bir kaynak U = U0 - R I sağlar.

U0 0 Volt olarak ayarlanırsa, ifade U = -R I olur.

Direncin negatif olduğunu düşünmek caziptir.

Aslında, eksi işareti, U ve I işaretini tanımlamak için kullanılan sözleşmelerden gelir. Bu sözleşmeler kaynaklar ve pasif bileşenler için farklıdır.

Çoğunlukla ve her şeyden önce, günlük yaşamda, bu sözleşme kaynaklar için "Aktif işaret sözleşmesi" ve dirençler için "pasif işaret sözleşmesi" dir ( Wiki bağlantısı )

Bir çok insan bir kaynak için U = U0 - RI ve bir direnç için U = RI yazarken aynı kuralı kullanmadıklarının farkında değil

DC-DC Converter girişleri negatif dirence iyi bir örnektir. Voltaj düştükçe, aynı güç çıkışını sağlamak için akım artar. Ayrıca bir op amp devresi tarafından negatif bir direnç oluşturulabilir.

Basit bir şekilde, direnç voltaj ve akım arasındaki orandır, gerilimi belirli bir bileşende mevcut akıma karşı çizerseniz, direnç bu değişkenler arasındaki eğim olarak görünecektir. Fiziksel olarak, pozitif direnç, bir bileşenin voltajı yükselirse, akan akımın da artması anlamına gelir, aksi takdirde, negatif direnç, bir bileşenin voltajı yükseldiğinde, akımın azalması anlamına gelir.