Estou um pouco confuso sobre o significado físico da resistência negativa.
Matematicamente, um componente com resistência negativa mostra uma tensão decrescente em seu terminal quando a corrente dentro dele cresce e vice-versa. Mas como isso é fisicamente possível?
Em algum lugar, li que um exemplo de componente com resistência negativa é uma fonte de tensão. Mas não entendo essa afirmação, pois uma fonte de tensão é um componente que mostra no máximo uma resistência interna (positiva).
voltage
current
resistors
resistance
voltage-source
Kinka-Byo
fonte
fonte
Respostas:
Existem vários mecanismos que resultam em uma região em que o aumento local da tensão resulta em corrente local decrescente. Por exemplo, um diodo Esaki (túnel) .
Um exemplo comum seria uma fonte de alimentação comutada com uma carga constante. Supondo que a eficiência seja mais ou menos constante, o aumento da tensão de entrada resulta em menor consumo de corrente. Sempre está consumindo energia.
Um componente independente que exibe resistência negativa (em vez de resistência diferencial negativa) não é possível sem algum tipo de fonte de energia dentro do componente; caso contrário, violaria a conservação de energia (P= E2/ R ) e P negativo indicaria isso. está agindo como uma fonte de energia.
Se você deseja jogar com um efeito de resistência negativo, uma maneira (supondo que você não se importe com o fim de aterrar) é usar um conversor de impedância negativa :
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
O circuito acima atua como um resistor de -10K com uma extremidade aterrada (dentro de sua faixa linear) e funciona até cerca de zero volts. Qualquer energia que produz provém dos suprimentos do amplificador operacional.
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Nesse contexto, temos que discriminar entre (1) puro diferencial (dinâmico) neg. resistências (como mostrado nos exemplos das outras respostas) e (b) uma resistência estática negativa.
Para um diferencial negativo. resistência (rdiff) as MUDANÇAS atuais são negativas, para uma negativa estática. resistência, a CORRENTE em si tem um sinal negativo.
Minha resposta a seguir refere-se apenas ao resistor estático negativo:
Esse elemento não "consome" uma corrente - acionada por uma fonte de tensão, mas - ao contrário - ele aciona uma corrente (prop. À tensão) em uma direção oposta na fonte de tensão.
Conseqüentemente. é uma fonte de corrente controlada por tensão . Para tais circuitos, apenas realizações ativas são possíveis (usando transistores ou - na maioria dos casos - opamps). O circuito mais popular é o NIC (conversor de impedância negativa) .
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É mostrado aqui um bloco de placa de rede "Typ-A". O resistor aterrado (impedância) R3 é convertido em um resistor negativo (impedância) com um fator de conversão (-R1 / R2). Esse tipo é de curto-circuito.estável. (Uma NIC estável em circuito aberto resulta para entradas de opamp trocadas).
simular este circuito - esquemático criado usandoCircuitLab
Comentários: A NIC mostrada é estável desde que a resistência da fonte de tensão (não mostrada na figura) seja menor que R1. Esses blocos de placa de rede são usados para desmembrar filtros, osciladores e outros sistemas com resistências positivas (parasitárias) indesejadas. Matematicamente, eles podem ser tratados como resistores "normais" em combinações em série e paralelas - no entanto, com um sinal negativo, é claro.
Um aplicativo muito popular é o "integrador de NIC" (ou "Deboo integrator"), onde um bloco de NIC é conectado ao nó comum de um lowpass RC simples. Nesse caso, a NIC pode compensar a pos. resistor R - assim se assemelha a uma fonte de corrente que carrega o capacitor intergating.
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Talvez uma fonte de tensão seja mencionada, porque todos sabemos que uma fonte de tensão ideal deve ter zero resistência interna: uma boa terá uma pequena resistência positiva, à qual é adicionada qualquer resistência do fio à carga.
Para um suprimento regulado eletronicamente, é possível forçar a resistência de saída além de zero para a região de resistência negativa. Isso é feito roteando parte da corrente de carga para que o nó de tensão de regulação seja ajustado de maneira que a tensão de saída seja forçada. Um exemplo do regulador LM317 comum com resistência de saída negativa é mostrado abaixo - cuidado, algumas cargas produzem resultados loucos:
a 5 ohms, a queda de tensão em Rload é 4,32V
a 15 ohms, a queda de tensão no Rload é de 3,993V
O resultado desse resistor de 1 ohm (e a direção da corrente de Rload passando por ele) força essa fonte de tensão a ter resistência negativa: em cargas mais pesadas, a tensão de saída aumenta. Esse aumento de tensão pode compensar a queda de tensão na resistência do fio.
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Qualquer coisa que caia de tensão com um aumento de corrente tem uma resistência negativa.
As fontes de energia possuem essa propriedade. Os componentes passivos com resistência negativa incremental incluem; qualquer lâmpada ou arco de descarga de gás, diodos de efeito Avalanche, diodos de túnel, SCRs durante a fase de disparo.
https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_resistance
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Alguns componentes, como diodos de Esaki e tubos de incandescência, têm uma curva IV inteiramente nos quadrantes I e III, mas com uma região de inclinação negativa em um intervalo limitado. Nesta região, um modelo de sinal pequeno do dispositivo terá resistência negativa.
( fonte da imagem )
No diodo Esaki, esse comportamento é causado pela corrente de encapsulamento possível com viés baixo, mas não com voltagem mais alta.
Também é possível fazer um circuito op-amp com resistência de entrada negativa em um intervalo limitado. Lá, a curva IV pode até passar pelos quadrantes II e IV, pois a energia pode ser fornecida pelos terminais de energia do amplificador operacional.
Observando o lado de entrada de uma fonte de comutação regulada com uma carga fixa, ela geralmente aparece como uma resistência negativa.
Isso ocorre porque é uma carga de energia constante. Se a tensão de entrada cair, o circuito do regulador aumentará a corrente consumida para continuar fornecendo a carga com a tensão de saída desejada.
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Embora a resistência negativa esteja oculta no mistério, na verdade é um conceito bastante simples. Isso pode ser facilmente explicado através da análise das quedas de tensão nas resistências.
O resistor positivo subtrai sua queda de tensão da tensão de entrada, diminuindo a corrente, enquanto o resistor negativo (em forma de S) adiciona sua queda de tensão à tensão de entrada, aumentando a corrente. Portanto, a resistência positiva impede enquanto a resistência negativa ajuda a corrente.
A questão principal é: "Como o resistor negativo adiciona sua tensão?" Existem duas técnicas para fazer isso, levando a dois tipos de resistência negativa - diferencial e absoluta .
Resistor diferencial negativo é, em essência, um resistor positivo que subtrai sua queda de tensão V = IR da tensão de entrada. Mas, ao contrário do resistor positivo que possui resistência constante, é um resistor dinâmico que diminui significativamente sua resistência quando a corrente aumenta levemente. Como resultado, em vez de aumentar, a queda de tensão (o produto do aumento de I e da diminuição mais vigorosa de R) diminui ... e isso é equivalente à adição de tensão. Esse é o truque - reduzir a perda é realmente um lucro .
Veja também: Desmistificando o fenômeno de resistência diferencial negativa
Resistência negativa absoluta é feita de maneira mais natural - por uma fonte de tensão dinâmica (circuito eletrônico). Ele altera sua tensão proporcionalmente à corrente (como um resistor positivo), mas a adiciona à tensão de entrada (em vez de subtrair). Para fins de adição, essa tensão possui uma polaridade oposta; daí o nome desse circuito - “conversor de impedância negativa por inversão de tensão” (VNIC).
Consulte também: Investigação do modo linear de conversores de impedância negativa com inversão de tensão
Portanto, o "significado físico da resistência negativa" é "resistor dinâmico" ou "fonte dinâmica". Mas qual é o sentido de tudo isso? Para que resistência negativa pode ser usada?
A resistência negativa pode compensar a resistência positiva equivalente . Por exemplo, se conectarmos um resistor negativo em forma de S em série a um resistor positivo com a mesma resistência, a resistência equivalente será zero. Figurativamente falando, a resistência negativa "destruiu" a resistência positiva e a combinação de dois resistores atua como um pedaço de arame. Matematicamente, é simplesmente R - R = 0 ... mas nós, seres humanos, precisamos de uma explicação mais "física" ... e aqui está:
A fonte de tensão comum não é um "resistor" negativo, pois sua tensão não muda proporcionalmente à corrente ... não é dinâmica ... é constante. Em vez disso, podemos pensar nisso como uma espécie de "diodo Zener".
É provável que a discussão relacionada no ResearchGate seja do seu interesse:
E por que existem mais dois tipos de resistência negativa?
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Um resistor negativo perfeito é impossível, mas um dispositivo pode ter características de resistência negativa em um intervalo limitado.
A resistência de um dispositivo não linear varia e a uma dada voltagem a resistência equivalente é igual à inclinação da linha. Se a inclinação for negativa em um intervalo, esse intervalo terá resistência negativa.
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Em relação à sentença:
Eu acho que a "fonte de tensão com resistência negativa" é uma falta de entendimento crucial.
O erro é provavelmente o seguinte:
Uma fonte normal fornece U = U0 - R I.
Se U0 estiver definido como 0 Volts, a expressão se tornará U = -R I.
É tentado pensar que o resistor é negativo.
De fato, o sinal de menos vem das convenções usadas para descrever o sinal dos U e I. Essas convenções são diferentes para fontes e componentes passivos
Principalmente, e acima de tudo na vida cotidiana, esta convenção é a "convenção de sinais ativos" para fontes e a "convenção de sinais passivos" para resistores ( link do Wiki )
Muitas pessoas não sabem que não usam a mesma convenção quando escrevem U = U0 - RI para uma fonte e U = RI para um resistor
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As entradas do conversor DC-DC são um bom exemplo de resistência negativa. À medida que a tensão diminui, a corrente aumenta para fornecer a mesma saída de energia. Também uma resistência negativa pode ser criada por um circuito de amplificador operacional.
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De maneira simples, resistência é a razão entre tensão e corrente; se você plotar a tensão versus a corrente presente em um determinado componente, a resistência aparecerá como a inclinação entre essas variáveis. Do ponto de vista físico, uma resistência positiva significa que, se a tensão de um componente aumenta, a corrente que flui aumenta também; caso contrário, uma resistência negativa significa que, quando a tensão de um componente aumenta, a corrente diminui.
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