부정적인 저항의 물리적 의미는 무엇입니까?

나는 부정적인 저항의 물리적 의미에 대해 약간 혼란스러워합니다.

수학적으로, 네거티브 저항을 갖는 구성 요소는 내부의 전류가 커질 때 터미널의 전압이 감소하고 그 반대도 마찬가지입니다. 그러나 이것은 어떻게 물리적으로 가능합니까?

어딘가에서 부정적인 저항을 가진 구성 요소의 예는 전압원이라는 것을 읽었습니다. 그러나 전압 소스는 (양의) 내부 저항을 나타내는 구성 요소이기 때문에이 문장을 이해하지 못합니다.

국부적으로 전압을 증가시켜 전류를 국부적으로 감소시키는 영역을 야기하는 다수의 메커니즘이있다. 예를 들어, Esaki (터널) 다이오드 입니다.

일반적인 예는 안정적인 부하를 가진 스위칭 전원 공급 장치입니다. 효율이 다소 일정하다고 가정하면 입력 전압을 높이면 전류가 덜 흐릅니다. 그래도 항상 에너지를 소비합니다.

구성 요소 내에 어떤 종류의 에너지 원이 없으면 부정적인 저항을 나타내는 독립형 구성 요소는 불가능합니다. 그렇지 않으면 에너지 보존을 위반하고 ( $P = E^2/R$ ) 부정적인 P는 그것을 나타냅니다 전원 역할을합니다.

부정적인 저항 효과로 놀고 싶다면 한쪽 끝은 접지되지 않는다고 가정하면 부정적인 임피던스 변환기 를 사용하는 것입니다 .

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

위의 회로는 한쪽 끝이 (선형 범위 내에서) 접지 된 -10K 저항처럼 작동하며 약 0V까지 작동합니다. 생산되는 모든 전력은 연산 증폭기 전원에서 비롯됩니다.

이러한 맥락에서, 우리는 (1) 순수한 차동 (동적) 부정 을 구별해야한다 . 저항 (다른 답변의 예에 표시된) 및 (b) 정적 음 저항.

차등 부정. 저항 (rdiff) 현재 변경 사항은 부정적이며 정적 부정에 대해서는 부정적입니다. CURRENT 자체에는 음의 부호가 있습니다.

다음 답변은 정적 네거티브 저항에만 관한 것입니다.

이러한 소자는 전압원에 의해 구동되는 전류를 "소비"하지 않지만 다른 방식으로 전압원에 반대 방향으로 전류 (전압에 비례하여)를 구동한다.

그 후. 그것은 인 전압 제어 전류원 . 이러한 회로의 경우 능동적 실현 만 가능합니다 (트랜지스터 또는 대부분의 경우 opamps 사용). 가장 많이 사용되는 회로는 NIC (Negative-Impedance Converter) 입니다.

여기에 "Typ-A"NIC 블록이 있습니다. 접지 저항 (임피던스) R3은 변환 계수 (-R1 / R2)를 사용하여 음의 저항 (임피던스)으로 변환됩니다. 이 유형은 단락이 안정적입니다. (오픈 회로 안정 NIC는 교환 된 opamp 입력을 초래합니다).

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

설명 : 그림의 NIC (그림에 표시되지 않음)의 소스 저항이 R1보다 작은 한, 표시된 NIC는 안정적입니다. 이 NIC 블록은 원치 않는 포지티브 (기생) 저항을 갖는 필터, 발진기 및 기타 시스템의 댐핑을 해제하는 데 사용됩니다. 수학적으로 직렬 및 병렬 조합의 "정상"저항으로 취급 할 수 있지만 물론 음의 부호가 있습니다.

가장 널리 사용되는 응용 프로그램은 "NIC 통합 기"(또는 "Deboo 통합 기")입니다. 여기서 NIC 블록은 간단한 RC 저역 통과의 공통 노드에 연결됩니다. 이 경우 NIC는 위치를 보상 할 수 있습니다. 저항 R-따라서 삽입 커패시터를로드하는 전류원과 유사합니다.

어딘가에서 부정적인 저항을 가진 구성 요소의 예는 전압원이라는 것을 읽었습니다. 그러나 전압 소스는 (양의) 내부 저항을 나타내는 구성 요소이기 때문에이 문장을 이해하지 못합니다.

아마도 전압 소스 가 언급 될 수 있습니다. 이상적인 전압 소스는 내부 저항이 전혀 없어야한다는 것을 알고 있기 때문입니다.

전자적으로 조정 된 전원 공급 장치의 경우 출력 저항을 0을지나 음의 저항 영역으로 강제 설정할 수 있습니다. 이것은 출력 전압이 강제되는 방향으로 조정 전압 노드가 조정되도록 일부 부하 전류를 라우팅하여 수행됩니다. 음의 출력 저항을 갖는 일반적인 LM317 레귤레이터의 예가 아래에 나와 있습니다. 일부로드는 거친 결과를 생성합니다.

$R_{load}$

• 5ohm에서 Rload의 전압 강하는 4.322V입니다.

• 15ohm에서 Rload의 전압 강하는 3.993V입니다.

1 옴 저항의 결과 (및 Rload의 전류 방향)는이 전압 공급 장치가 음의 저항을 갖도록합니다. 더 큰 부하에서는 출력 전압이 올라갑니다. 이러한 전압 증가는 와이어 저항에 걸친 전압 강하를 보상 할 수 있습니다.

전류가 증가함에 따라 전압이 떨어지는 것은 음의 저항을 갖습니다.

전원에는이 속성이 있습니다. 점진적 네거티브 저항을 갖는 수동 부품에는 다음이 포함됩니다. 트리거 단계 중 가스 방전 전구 또는 아크, 눈사태 효과 다이오드, 터널 다이오드, SCR.

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

그러나 이것은 어떻게 물리적으로 가능합니까?

Esaki 다이오드 및 글로우 튜브와 같은 일부 구성 요소에는 IV 곡선이 있으며 전체적으로 I 및 III 사분면에 있지만 제한된 범위에서 음의 경사 영역이 있습니다. 이 영역에서 장치의 소 신호 모델은 부정적인 저항을 갖습니다.

( 이미지 소스 )

Esaki 다이오드에서이 동작은 낮은 바이어스에서는 가능하지만 높은 바이어스 전압에서는 불가능한 터널링 전류로 인해 발생합니다.

제한된 범위에서 음의 입력 저항을 갖는 연산 증폭기 회로를 만들 수도 있습니다. 거기에서 IV 곡선은 II 및 IV 사분면을 통과 할 수 있는데, 이는 연산 증폭기의 전원 단자에서 전원을 공급할 수 있기 때문입니다.

어딘가에서 부정적인 저항을 가진 구성 요소의 예는 전압원이라는 것을 읽었습니다.

고정 된 부하로 조정 된 스위칭 전원 공급 장치의 입력 측을 보면 종종 부정적인 저항으로 나타납니다.

일정한 전력 부하이기 때문입니다. 입력 전압이 떨어지면 레귤레이터 회로는 부하에 원하는 출력 전압을 계속 공급하기 위해 소비되는 전류를 증가시킵니다.

부정적인 저항은 미스터리에 가려져 있지만 실제로는 매우 간단한 개념입니다. 저항에 걸친 전압 강하를 분석하여 쉽게 설명 할 수 있습니다.

포지티브 저항은 입력 전압에서 전압 강하를 빼서 전류를 감소시키고 (S 형) 네거티브 저항은 입력 전압에 전압 강하를 추가하여 전류를 증가시킵니다. 따라서 양의 저항은 방해가 되고 음의 저항은 전류에 도움 이 됩니다 .

주요 질문은 "음의 저항이 어떻게 전압을 추가합니까?"입니다. 이를 위해 두 가지 종류의 네거티브 저항- 차동 및 절대 를 생성하는 두 가지 기술이 있습니다 .

음의 차동 저항 은 본질적으로 입력 전압에서 전압 강하 V = IR을 빼는 양의 저항입니다. 그러나 일정한 저항을 갖는 양극 저항과 달리 전류가 약간 증가하면 저항 이 크게 감소 하는 동적 저항 입니다. 결과적으로 증가하는 대신 전압 강하 (I가 증가하고 R이 강하게 감소하는 결과)가 감소합니다. 이는 전압을 추가하는 것과 같습니다. 이것은 손실을 줄이는 것이 실제로 이익 이되는 속임수 입니다.

참조 : 네거티브 차동 저항 현상을 신비성

절대 음의 저항 은 동적 전압 소스 (전자 회로)에 의해보다 자연스러운 방식으로 수행됩니다 . (양의 저항과 같이) 전류에 비례하여 전압을 변경하지만 감산 대신 입력 전압에 추가합니다. 부가 목적으로,이 전압은 반대 극성을 갖는다; 따라서이 회로의 이름은 "전압 반전 네거티브 임피던스 변환기"(VNIC)입니다.

참조 : 전압 반전과 부정적인 임피던스 변환기의 선형 모드 조사

따라서 "부정 저항의 물리적 의미"는 "동적 저항"또는 "동적 소스"입니다. 그러나이 모든 것의 요점은 무엇입니까? 어떤 부정적인 저항을 사용할 수 있습니까?

음의 저항은 동등한 양의 저항을 보상 할 수 있습니다 . 예를 들어, S 자형 음극 저항을 동일한 저항을 가진 양극 저항에 직렬로 연결하면 등가 저항은 0이됩니다. 비 유적으로 말하면, 네거티브 저항은 포지티브 저항을 "파기"했으며 두 저항의 조합은 와이어 조각으로 작용합니다. 수학적으로, 그것은 단순히 R-R = 0입니다… 그러나 우리 인간은 더 "물리적"설명이 필요합니다.

• 차동 부정적인 저항 . 입력 소스가 전류를 증가 시키려고하면 양극 저항의 전압 강하가 증가하여 전류에 영향을 미칩니다. 그러나 음극 저항은 저항을 강하게 감소시켜 동일한 값으로 자체 전압 강하를 줄입니다. 전체 네트워크의 총 전압은 변하지 않습니다. 차동 저항이 0 인 제너 다이오드처럼 동작합니다. 따라서 차동 음의 저항 은 양의 저항에 걸친 전압 강하 의 변화를 보상합니다 .
• 절대 부정적인 저항 . 동일한 전압을 삽입하여 양의 저항 (변경뿐 아니라) 전체의 전압 강하를 보상합니다. 이를 위해 반대 극성의 추가 전압원을 사용합니다. 전체 네트워크의 총 전압은 일정 할뿐만 아니라 0입니다. 네트워크는 실제로 "전선"으로 작동하며 전류를 방해하지 않습니다. 이 배열의 대중적인 예는 op-amp 출력이 절대 음의 "저항"으로 작용하는 트랜스 임피던스 증폭기 및 반전 증폭기입니다. 동일한 전압으로 전압 강하를 보상하여 피드백 저항을 파괴합니다.

일반적인 전압 소스는 전압이 전류에 비례하여 변하지 않기 때문에 음의 "저항"이 아닙니다. 동적이 아니며 일정합니다. 오히려 우리는 이것을 일종의 "제너 다이오드"로 생각할 수 있습니다.

ResearchGate의 관련 토론이 관심있을 것입니다.

그리고 왜 두 가지 유형의 부정적인 저항이 있습니까?

완벽한 네거티브 저항은 불가능하지만 장치는 제한된 범위에서 네거티브 저항 특성을 가질 수 있습니다.

비선형 장치의 저항은 다양하며 주어진 전압에서 등가 저항은 선의 기울기와 같습니다. 범위에서 기울기가 음수이면 해당 범위는 음의 저항을 갖습니다.

문장에 관하여 :

어딘가에서 부정적인 저항을 가진 구성 요소의 예는 전압원이라는 것을 읽었습니다.

"부정 저항을 갖는 전압원"이 중요한 오해라고 생각합니다.

오류는 아마도 다음과 같습니다.

정상적인 소스는 U = U0-RI를 전달합니다.

U0이 0V로 설정되면 표현식은 U = -R I가됩니다.

하나는 저항이 음이라고 생각하는 유혹을받습니다.

실제로 마이너스 부호는 U와 I의 부호를 설명하는 데 사용되는 규칙에서 나옵니다. 이러한 규칙은 소스와 수동 구성 요소에 따라 다릅니다.

대부분 일상 생활에서이 규칙은 소스에 대한 "액티브 사인 규칙"과 저항에 대한 "패시브 사인 규칙"입니다 ( Wiki link )

많은 사람들은 소스에 대해 U = U0-RI를 쓰고 저항에 대해 U = RI를 쓸 때 동일한 규칙을 사용하지 않는다는 것을 인식하지 못합니다.

DC-DC 컨버터 입력은 부정적인 저항의 좋은 예입니다. 전압이 떨어지면 전류가 증가하여 동일한 전원 출력을 제공합니다. 또한 연산 증폭기 회로에 의해 음의 저항이 생성 될 수 있습니다.

간단한 방법으로 저항은 전압과 전류의 비율입니다. 전압을 특정 구성 요소에 존재하는 전류와 플롯하면 저항이 이러한 변수 사이의 기울기로 나타납니다. 물리적 인 방식으로, 양의 저항은 구성 요소의 전압이 상승하면 흐르는 전류도 상승한다는 의미이며, 그렇지 않으면 음의 저항은 구성 요소의 전압이 상승하면 전류가 감소한다는 의미입니다.