负阻特性

✍ dations ◷ 2025-08-22 07:38:33 #电子学术语,有机半导体,导电聚合物

负阻特性也称为负微分电阻特性,是指一些电路或电子元件在某特定埠的电流增加时,电压反而减少的特性。一般的电阻在电流增加时,电压也会增加,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(例如隧道二极管)在特定工作范围下会有负阻特性。 图一用共振隧道二极管说明其负阻特性。有些气体在放电(英语:Gas discharge)时也会出现负阻特性。而一些硫族化物的玻璃、有机半导体及导电聚合物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微波频率的震荡电路。

右图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。隧道二极管和耿氏二极管的电流-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。单接合面晶体管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。

以往研究时有注意到气体放电元件及一些真空管(例如负耗阻性管(英语:dynatron))会有负阻效应。不过实用且有经济效益的元件一直到固态电子技术普及后才出现。典型的负阻抗电路—负阻抗变换器—是由约翰·林维尔(英语:John G. Linvill)在1953年发明。而典型差动电阻为负值的元件—隧道二极管—则是由江崎玲于奈在1958年发明。

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。真空管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,这些元件可以作为放大器,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 Z = R {\displaystyle Z=R} ,假设运算放大器为理想元件,则电路的输入电阻为

电路的输入埠可以视为是一个负电阻。

一般情形下也可以调整 Z {\displaystyle Z} ,使电路产生类似负电容或负电感的特性。

许多振荡电路会使用一埠的负阻元件,例如负耗阻性管、隧道二极管及耿氏二极管等。在振荡电路中,像LC电路、石英晶体谐振器或谐振腔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微波波长的振荡电路。振荡电路也会使用一些功率扩大元件(如真空管)的负阻.像负耗阻性管振荡器(英语:dynatron oscillator)即为一例。

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。

相关

  • Order of the Companions of Honour名誉勋位(Order of the Companions of Honour)是英国和英联邦的一种勋章。由英皇乔治五世于1917年6月创设,用以表彰在艺术、音乐、文学、自然科学、政治、工业和宗教方面获得重
  • 扎布尔省扎布尔省(波斯语:د زابل ولايت‎)位于阿富汗南方,与加兹尼省、帕克蒂卡省、库纳尔省、乌鲁兹甘省及巴基斯坦相邻。该省总面积17,343平方公里(6,696平方英里),总人口249,1
  • 量子比特量子比特(又称为Q比特、qubit ),在量子信息学中是量子信息的计量单位。传统电脑使用的是0和1,量子电脑虽然也是使用0跟1,但不同的是,量子电脑的0与1可以同时计算。在古典系统中,一
  • KARDKARD(韩语:카드),是韩国DSP媒体于2016年推出的混声企划团体,以“King”、“Ace”、“jokeR”、“hiDden”等四种扑克牌卡片为概念,由兼具作词、作曲、编舞等才华的练习生组成团体,
  • 托马斯·霍莱什托马斯·霍莱什(捷克语:Tomáš Holeš;1993年3月31日-)是一位捷克足球运动员。在场上的位置是后卫。他现在效力于捷克足球甲级联赛球队赫拉德茨克拉洛韦足球俱乐部。他也代表捷
  • 阿奇瓦·高斯曼阿奇瓦·J·高斯曼(Akiva J. Goldsman,1962年7月7日-),生于美国纽约州Walker Valley,是美国编剧、导演与制作人。以2001年的传记片《美丽心灵》获得奥斯卡最佳改编剧本奖,该片还荣
  • 范燎范燎(越南语:Phạm Liệu/.mw-parser-output .han-nom{font-family:"Nom Na Tong","Han-Nom Gothic","Han-Nom Ming","HAN NOM A","HAN NOM B","Ming-Lt-HKSCS-UNI-H","Ming-Lt
  • 越缦堂日记《越缦堂日记》,是清代著名的日记,文字达数百万言。为作者李慈铭积四十年心力,铢积寸累而写成,如当日“无暇写日记,皆草草札记之邸抄面纸”,日后仍“补录前月日记讫。”中间亦有短
  • 潘志敏潘志敏(1992年7月28日-),浙江温州人,咖啡师。现于北京SOE咖啡店任店长。2017年,获得世界咖啡师大赛(英语:World Barista Championship)中国总赛区冠军。潘志敏接触咖啡事业的时间较晚
  • 黄秉中黄秉中(1654年-1718年),字惟一,清朝官员。奉天海城人。荫监生出身。康熙二十年(1681年)任山东范县知县。康熙二十八年(1689年)陞贵州黔西州知州。历刑部员外郎、吏部郎中、监察御史、