負の抵抗の物理的な意味は何ですか？

ネガティブレジスタンスの物理的な意味について少し混乱しています。

数学的には、負の抵抗を持つコンポーネントは、内部の電流が大きくなると、端子の両端の電圧が低下します。しかし、これはどのように物理的に可能ですか？

どこかで、負の抵抗を持つコンポーネントの例が電圧源であることを読みました。しかし、電圧源はせいぜい（正の）内部抵抗を示す部品なので、私はこの説明を理解していません。

局所的に電圧が上昇すると局所的に電流が減少する領域が生じるメカニズムは多数あります。たとえば、江崎（トンネル）ダイオード。

一般的な例は、安定した負荷を持つスイッチング電源です。効率が多かれ少なかれ一定であると仮定すると、入力電圧を大きくすると、引き込まれる電流が少なくなります。しかし、それは常にエネルギーを消費しています。

（負の微分抵抗ではなく）負の抵抗を示すスタンドアロンコンポーネントは、コンポーネント内にある種のエネルギー源がないと不可能です。それ以外の場合、エネルギーの保存に違反し（$P = E^2/R$）、負のPはそれを示します。電源として機能しています。

負の抵抗効果を使用したい場合、1つの方法（一端が接地されていても構わないと想定した場合）は、負のインピーダンスコンバーターを使用することです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

上記の回路は、一端が（その線形範囲内で）接地された-10K抵抗器のように機能し、約0ボルトまで動作します。それが生成する電力はすべてオペアンプ電源から供給されます。

この文脈では、（1）純粋な微分（動的）否定を区別する必要があります。抵抗（他の回答の例に示されている）および（b）静的負性抵抗。

微分否定の場合。抵抗（rdiff）現在の変更は、静的なネガに対してネガティブです。抵抗CURRENT自体には負の符号があります。

私の次の答えは、静的負性抵抗のみに関係します：

そのような要素は、電圧源によって駆動される電流を「消費」しませんが、逆に、電流を（電圧に比例して）電圧源に逆方向に駆動します。

したがって。それは電圧制御電流源です。このような回路では、アクティブな実現のみが可能です（トランジスタまたはほとんどの場合、オペアンプを使用）。最も一般的な回路はNIC（負のインピーダンスコンバーター）です。

ここに示されているのは、「Typ-A」NICブロックです。接地された抵抗（インピーダンス）R3は、変換係数（-R1 / R2）で負の抵抗（インピーダンス）に変換されます。このtypはshort-circuit.stableです。（交換されたオペアンプ入力に対して、開回路の安定したNICが生成されます）

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

コメント：図示されているNICは、電圧源（図には示されていない）のソース抵抗がR1より小さい限り安定しています。これらのNICブロックは、不要な正（寄生）抵抗を持つフィルター、発振器、およびその他のシステムのダンピングを解除するために使用されます。数学的には、直列と並列の組み合わせで「通常の」抵抗として扱うことができますが、もちろん負の符号が付いています。

非常に人気のあるアプリケーションは「NICインテグレーター」（または「Debooインテグレーター」）で、NICブロックが単純なRCローパスの共通ノードに接続されています。この場合、NICは位置を補正できます。抵抗器R-したがって、ゲートコンデンサに負荷をかける電流源に似ています。

どこかで、負の抵抗を持つコンポーネントの例が電圧源であることを読みました。しかし、電圧源はせいぜい（正の）内部抵抗を示す部品なので、私はこの説明を理解していません。

理想的な電圧源にはゼロの内部抵抗が必要であることは誰もが知っているので、おそらく電圧源に言及します。良いものには小さな正の抵抗があり、それに負荷への配線抵抗が追加されます。

電子的に調整された電源の場合、出力抵抗を強制的にゼロを超えて負性抵抗領域にすることができます。これは、負荷電流の一部をルーティングすることによって行われ、出力電圧が強制的に上昇する方向に調整電圧ノードが調整されます。負の出力抵抗を持つ一般的なLM317レギュレーターの例を以下に示します。

$R_{load}$

• 5オームで、Rload全体の電圧降下は4.322V

• 15オームで、Rload全体の電圧降下は3.993Vです。

その1オームの抵抗の結果（およびRloadの電流の方向）により、この電源には負の抵抗が生じます。負荷が重くなると、出力電圧が上昇します。この電圧の増加により、ワイヤ抵抗での電圧降下を補償できます。

電流の上昇に伴って電圧が低下するものはすべて負の抵抗を持っています。

電源にはこの特性があります。負性抵抗が増加する受動部品には、次のものがあります。トリガーフェーズ中のガス放電バルブまたはアーク、アバランシェ効果ダイオード、トンネルダイオード、SCR。

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

しかし、これはどのように物理的に可能ですか？

エサキダイオードやグローチューブなどの一部のコンポーネントには、完全にIとIIIの象限にあるIVカーブがありますが、限られた範囲で負の傾斜領域があります。この領域では、デバイスの小信号モデルには負の抵抗があります。

（画像ソース）

エサキダイオードでは、この動作は、低バイアスでは可能であるが高バイアス電圧では不可能であるトンネル電流によって引き起こされます。

限られた範囲で負の入力抵抗を持つオペアンプ回路を作成することも可能です。オペアンプの電源端子から電力を供給できるため、IV曲線はIIおよびIV象限を通過することさえできます。

どこかで、負の抵抗を持つコンポーネントの例が電圧源であることを読みました。

固定負荷の安定化スイッチング電源の入力側を見ると、負の抵抗として表示されることがよくあります。

これは、一定の電力負荷であるためです。入力電圧が低下すると、レギュレータ回路は、必要な出力電圧を負荷に供給し続けるために、引き込まれる電流を増やします。

負の抵抗は謎に包まれていますが、実際には非常に単純な概念です。抵抗間の電圧降下を分析することで簡単に説明できます。

正の抵抗は入力電圧からその電圧降下を差し引いて電流を減少させ、（S字の）負の抵抗はその電圧降下を入力電圧に追加して電流を増加させます。したがって、負の抵抗が電流を助ける一方で、正の抵抗は妨げます。

主な質問は、「負性抵抗はどのようにしてその電圧を追加するのですか？」これを行うには2つの方法があり、2種類の負性抵抗（微分と絶対）につながります。

負の差動抵抗は、本質的に、入力電圧からその電圧降下V = IRを差し引く正の抵抗です。しかし、抵抗が一定の正の抵抗とは対照的に、電流がわずかに増加すると抵抗が大幅に減少するのは動的抵抗です。その結果、増加する代わりに、電圧降下（増加するIとより激しく減少するRの積）が減少します...これは、電圧を追加することと同じです。これはトリックです- 損失を減らすことは実際には利益です。

参照：負の微分抵抗現象の謎を解く

絶対負性抵抗は、動的電圧源（電子回路）によって、より自然な方法で行われます。電流に比例して電圧を変化させ（正の抵抗のように）、入力電圧に加算します（減算するのではなく）。加えて、この電圧は反対の極性を持っています。したがって、この回路の名前-「電圧反転負インピーダンスコンバーター」（VNIC）。

参照：電圧反転による負のインピーダンスコンバーターの線形モードの調査

したがって、「負性抵抗の物理的意味」は「動的抵抗」または「動的ソース」です。しかし、これらすべての意味は何ですか？どのような負性抵抗を使用できますか？

負の抵抗は、等価の正の抵抗を補償できます。たとえば、S型の負の抵抗を同じ抵抗の正の抵抗に直列に接続すると、等価抵抗はゼロになります。比喩的に言えば、負の抵抗は正の抵抗を「破壊」し、2つの抵抗器の組み合わせはワイヤの一部として機能します。数学的には、これは単にR-R = 0です…しかし、私たち人間は、より「物理的な」説明を必要としています...

• 微分負性抵抗。入力ソースが電流を増加させようとすると、正の抵抗両端の電圧降下が増加し、電流に影響を与えるはずです。しかし、負の抵抗はその抵抗を激しく減少させ、それ自体の両端間の電圧降下を同じ値で低減します。ネットワーク全体の合計電圧は変化しません。微分抵抗がゼロのツェナーダイオードのように動作します。したがって、差動の負の抵抗は、正の抵抗の両端の電圧降下の変化を補償します。
• 絶対負性抵抗。同じ電圧を挿入することで、正の抵抗器全体の電圧降下（変化だけでなく）を補償します。この目的のために、それは反対の極性を持つ追加の電圧源を使用します。ネットワーク全体の合計電圧は一定であるだけでなくゼロです。ネットワークは実際には「ワイヤーの一部」として動作し、電流を妨げません。この配置の一般的な例は、トランスインピーダンスアンプと反転アンプで、オペアンプ出力は絶対的な負の「抵抗」として機能します。両端の電圧降下を等しい電圧で補償することにより、フィードバック抵抗を破壊します。

通常の電圧源は、その電圧が電流に比例して変化しないため、負の「抵抗」ではありません。動的ではなく、一定です。むしろ、それは一種の「ツェナーダイオード」と考えることができます。

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そして、なぜ2種類の負性抵抗があるのですか？

完全な負性抵抗器は不可能ですが、デバイスは限られた範囲で負性抵抗特性を持つことができます。

非線形デバイスの抵抗は変化し、特定の電圧での等価抵抗はラインの傾きに等しくなります。勾配が範囲内で負の場合、その範囲には負の抵抗があります。

文章について：

どこかで、負の抵抗を持つコンポーネントの例が電圧源であることを読みました。

「負性抵抗のある電圧源」は重大な誤解です。

エラーはおそらく次のとおりです。

通常のソースはU = U0-R Iを提供します。

U0が0ボルトに設定されている場合、式はU = -R Iになります。

抵抗が負であると考えるように誘惑されます。

実際、マイナス記号は、UとIの符号を説明するために使用される規則に由来しています。これらの規則は、ソースとパッシブコンポーネントでは異なります。

主に、そして何よりも日常生活の中で、この規則はソースの「アクティブサイン規則」と抵抗の「パッシブサイン規則」です（Wikiリンク）。

多くの人は、ソースにU = U0-RIを、抵抗にU = RIを書くときに同じ規則を使用しないことを認識していません

DC-DCコンバーターの入力は、負性抵抗の良い例です。電圧が低下すると、電流が増加して同じ電力出力を提供します。また、オペアンプ回路によって負性抵抗を作成することもできます。

簡単に言うと、抵抗は電圧と電流の比率です。特定のコンポーネントに存在する電圧と電流をプロットすると、抵抗はこれらの変数間の勾配として表示されます。物理的には、正の抵抗とは、コンポーネントの電圧が上昇すると流れる電流も上昇することを意味し、そうでなければ負の抵抗とはコンポーネントの電圧が上昇すると電流が低下することを意味します。