動作領域と用途

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動作領域と用途

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/22 05:54 UTC 版)

「負性抵抗」の記事における「動作領域と用途」の解説

R N = − r かつ X N = 0 の単純な非リアクタンス性負性抵抗素子では、I–V 曲線に重ねた負荷線（英語版）によって様々な動作領域を表すことができる（右図）。 電圧制御型（N型）の負荷線と安定領域。 電流制御型（S型）の負荷線と安定領域。 直流負荷線（図のDCL）とは直流バイアス回路によって決まる直線で、以下の式で表される。 V = V S − I R ここで V S は供給される直流バイアス電圧、 R は電源抵抗である。直流負荷線がI–V 曲線と交差する場所が直流動作点（Q点）となりうるが、安定性のためには以下の条件を満たす必要がある。 電圧制御型では低インピーダンスバイアス ( R < r {\displaystyle R r {\displaystyle R>r} ) が必要。電流源、あるいは高い抵抗と電圧源を直列に接続するなど。 交流負荷線（図の L1 ~ L3）とは、Q点を通り、負荷回路の微分抵抗 R L {\displaystyle R_{\text{L}}} を傾きとする直線である。 R L {\displaystyle R_{\text{L}}} を増加させると負荷線は反時計回りに回転する。回路の動作領域は R L {\displaystyle R_{\text{L}}} の値によって次の三つに分けられる（図参照）。 安定領域（緑）（図の L1）この領域にある負荷線は1点 Q1で I–V 曲線と交わる。非リアクタンス性回路においてこの領域は安定平衡（極が左半平面）であり、回路は安定する。負性抵抗増幅器はこの領域で駆動される。ただし、コンデンサやインダクタのようなエネルギー貯蔵素子を備えた回路はヒステリシスによって不安定になり、非線形弛張発振器（英語版）（非安定マルチバイブレータ）または単安定マルチバイブレータとして動作する可能性がある。電圧制御型負性抵抗は R L < r {\displaystyle R_{L} r {\displaystyle R_{L}>r} で安定。 不安定点（図の L2 ） R L = r {\displaystyle R_{L}=r} のとき負荷線は I–V 曲線に接する。全微分抵抗がゼロ（極が複素平面の虚軸上）であるため回路は不安定であり、同調回路を接続していれば発振が起きる。線形発振器はこの点で駆動される。実用上の発振器は不安定領域で動作を始めるが、振幅が増大するにつれて振動の非線形性が増す。負性抵抗領域は有限であるため負性抵抗 r は振幅とともに減少していき、 r = R L {\displaystyle r=R_{\text{L}}} となったところで振幅が安定する[訳語疑問点]。 双安定領域（赤）（図の L3 ）この領域では負荷線は I–V 曲線と三つの点で交わることができる。中央の点 Q1 は不安定平衡（極が右半平面）だが外側の二点 Q2 、Q3 は安定平衡である。このためバイアスが適切なら回路は双安定であり、時間とともに Q2 と Q3 のいずれかに収束した後、入力パルスによって二点間を飛び移ることができる。フリップフロップ（双安定マルチバイブレータ）やシュミットトリガのようなスイッチング回路はこの領域で駆動される。電圧制御型負性抵抗は R L > r {\displaystyle R_{L}>r} で双安定になる可能性がある。 電流制御型負性抵抗は R L < r {\displaystyle R_{L}<r} で双安定になる可能性がある。