Негатроника

Опубликовано 23.01.2010 Ведущий Антон Панкратов

Это направление электроники связанно с теорией и практикой создания и применения негатронов - электронных приборов, имеющих в определенном режиме отрицательное значение основного дифференциального параметра (отрицательных активного сопротивления, емкости и индуктивности) [4], свойство отдельных элементов или узлов электрических цепей, проявляющееся в возникновении на вольтамперной характеристике участка, где напряжение V уменьшается при увеличении протекающего тока I (dV/dl = R < 0). C точки зрения радиотехники такие элементы являются активными, позволяющими трансформировать энергию источника питания в незатухающие колебания. Такие элементы можно также использовать в схемах переключения. Зависимость V от I в нелинейном элементе с отрицательным дифференциальным сопротивлением может быть N-типа и S-типа. В однородном образце полупроводника в области существования отрицательного дифференциального сопротивления неустойчивость может приводить к разбиению образца на участки сильного и слабого поля (доменная неустойчивость) для характеристики N-типа или шнурованию тока по сечению образца для характеристики S-типа.
В общем случае отрицательное внутреннее сопротивление является функцией напряжения (тока) и частоты ?, то есть понятие отрицательного дифференциального сопротивления сохраняет смысл для соответствующих -компонентов Фурье.
Понятие отрицательного дифференциального сопротивления используют при рассмотрении устойчивости различных радиотехнических цепей. Такое сопротивление может компенсировать некоторую часть потерь в электрической цепи, если его абсолютная величина меньше активного сопротивления; в противоположном случае состояние становится неустойчивым, возможен переход в другое состояние устойчивого равновесия (переключение) или возникновение колебаний (генерация). В настоящее время разработаны различные виды негатронов, обобщенная классификация которых представлена на рис.1 Только полупроводниковых негатронов создано более двух десятков разновидностей (рис. 2). Среди них самые мощные сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы - лавинно-пролетные диоды, самые быстродействующие ключи на лавинных транзисторах, самые мощные токовые полупроводниковые переключатели на динисторах и тиристорах. Однако развитие этого направления проходило неравномерно и, в отличие от классической транзисторной электроники, долгое время не имело систематизированной методологической и теоретической базы. И только в 1985 году [1] была дана формулировка этого научного направления. Возбуждение электрических колебаний с помощью отрицательных импедансов известно еще с начала ХХ века и связано с открытием William Duddel [5] "Звучащей электрической дуги".
Следующим шагом на пути использования отрицательного дифференциального сопротивления был опыт приема Маркони в 1900г радиосигнала через океан на приемнике с участком отрицательного дифференциального сопротивления обеспечивавшим усиление сигнала.
Открытие падающего участка на в.а.х. полупроводникового точечного диода, сделанное 13 января 1922 году инженером Нижегородской лаборатории О.В. Лосевым, следует считать началом развития полупроводниковой негатроники [7]. Молодой ученый не только впервые получил на в.а.х. диода падающий участок, но и реализовал с использованием такого диода регенеративный приемник - кристадин.. Именно эти первые работы О.В. Лосева следует считать началом "Эры" полупроводниковой электроники.
Электронные приборы с падающим участком на в.а.х. в дальнейшем получили наименование "негатроны" [9].