負性インピーダンス

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負性抵抗

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/12/18 05:03 UTC 版)

蛍光灯は負性微分抵抗を持つ素子の1つである。点灯中に蛍光灯に流れる電流が増加すると、両端の電圧は低下する。蛍光灯が送電線に直接つながれていると、電圧低下がさらなる電流増加を招き、アークフラッシュによって破壊されてしまう。これを防ぐため、蛍光灯は安定器を介して送電線に接続される。安定器は正のインピーダンスを追加することで蛍光灯の負性抵抗を打ち消し、電流を制限する。

電子工学において、負性抵抗（ふせいていこう、英: negative resistance, NR）は、一部の電気回路や素子が持つ特性で、端子間の電圧が増加すると、流れる電流が減少するものを指す。

負性抵抗の振る舞いは、印加電圧が増えるとオームの法則により電流が比例して増加し抵抗値が正となる通常の抵抗器とは対照的である。通常の抵抗器は、正の抵抗に電流が流れると電力を消費するが、負性抵抗は電力を発生する。負性抵抗は特定の条件下で電気信号の電力を増加させて増幅機能を担うことができる。

負性抵抗は限られた数の非線形電子素子でしか見られない。非線形素子では抵抗の定義が2種類ある。「静的抵抗」は電圧 $v$

ガンダイオード。負性微分抵抗を持つ半導体素子の一つで、マイクロ波を発生する電子発振器に利用される。

定義

図の I–V 曲線において、点Aでの「静的抵抗」は弦Bの勾配の逆数を言い、「微分抵抗」は接線Cの勾配の逆数を言う。

電気素子や電気回路の端子間抵抗は、端子間に任意の電圧 $v$

I–V 平面は受動素子が属する象限（白）と能動素子が属する象限（赤）に分かれる。

• 静的抵抗（英: static resistance、または chordal resistance「弦抵抗」、absolute resistance「絶対抵抗」、または単にresistance「抵抗」）：抵抗の一般的な定義と同じく、電圧を電流で割った値をいう。

$R_{\mathrm {static} }={v \over i}$

図1: 「オーミック」な線形抵抗の I–V 曲線。電気回路で通常みられる種類の抵抗である。電流は電圧に比例し、そのため静的抵抗と微分抵抗はどちらも正で値は等しい。 $R_{\text{static}}=r_{\text{diff}}={v \over i}>0$

図2: 一部（赤）で負性微分抵抗を持つ I–V 曲線。点Pにおける微分抵抗 $r_{\text{diff}}$

図3: 電源の I–V 曲線。第2象限（赤）において電流は正電極から流れ出すため、電気エネルギーは素子から回路に向けて与えられる。たとえば点Pは $v<0$

図4: 「能動抵抗」 とも呼ばれる負性線形抵抗（赤）の I–V 曲線。能動素子であるため静的抵抗は負となり、微分抵抗も同じく負である。

$R={\Delta v \over \Delta i}={v \over i}<0$ 正の静的抵抗では $R_{\text{static}}=v/i>0$ 電源では $R_{\text{static}}=v/i<0$ 受動的な負性微分抵抗では $r_{\text{diff}}=\Delta v/\Delta i<0$