Основные виды газовых разрядов применяемых в источниках и генераторах плазмы, их особенности, страница 13

В первом случае (рисунок 2.6-7.16.а), учитывая, что I_H=U_r/R_H и U_r=U_H, получаем

                     (2.6-7.11.)

Во втором случае при наличии дополнительного отрицательного сопротивления (рисунок 2.6-7.16.б) результат коренным образом изменяется. С учетом соотношений между током и напряжением: I_Н=U_r /(R_Н — R) и U_H = I_H R_H, получим следующее выражение для мощности, потребляемой сопротивлением R_Н :

                          (2.6-7.12.)

Из (2.6-7.12.) следует, что полезная мощность Р_b по сравнению с мощностью Р_а (2.6-7.11.) увеличивается, так как коэффициент 1/(1 — R/R_Н)>1. Этот коэффициент тем больше, чем меньше разность R_Н — R.

Таким образом, мощность, потребляемая сопротивлением нагрузки простой цепи с отрицательным сопротивлением, больше, чем в цепи без него. Дополнительная мощность может быть получена только от отрицательного сопротивления, так как мощность, отдаваемая источником, постоянна. Следовательно, в самом общем случае отрицательное сопротивление может отдавать мощность. На этом основании можно сформулировать два следующих вывода:

1) каждое отрицательное сопротивление должно иметь источник (внутренний) энергии,

2) поскольку энергия источников конечна, то отрицательное сопротивление может существовать в пределах ограниченной области вольтамперной характеристики. Следовательно, схема, приведенная на рисунке 2.6-7.16.б справедлива только в пределах ограниченной области амплитуд.

2.6-7.6. Характеристики элементов цепи с отрицательным сопротивлением.

2.6-7.6.1. Статические характеристики.

Из приведенного уравнения энергетического баланса для простой цепи следует, что участок характеристики с отрицательным сопротивлением всегда должен быть заключен между участками характеристики с положительным наклоном. Для выполнения данного условия имеются две возможности (рисунок 2.6-7.17.). Предположим, что двухполюсники в исходном (начальном) состоянии не потребляют энергии. Тогда их статические характеристики начинаются с возрастания, вследствие чего дифференциальное сопротивление положительно: R=dU/dI>0. Это совершенно очевидно, так как двухполюсники не обладают собственной начальной энергией. Энергия схемы прежде всего должна быть доведена до некоторого минимального уровня, и только тогда может быть получена убывающая область характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, которая определяет отдачу мощности. После этого характеристика переходит в область с отрицательным дифференциальным сопротивлением R_0T=dU/dI<0, чтобы после прохождения интервала амплитуд U_МИН<U<U_MАKC вновь выйти на участок с положительным дифференциальным сопротивлением. Такой вид характеристики на практике можно наблюдать у всех элементов с областью отрицательного сопротивления.

Отрицательные дифференциальные сопротивления R_ОТ = — R — dU/dI<0 (кратко их называют просто отрицательные сопротивления) в двух случаях, показанных на рисунке 2.6-7.17.а и б, при одинаковом наклоне касательных dU/dl равны по величине. Однако характеристики с падающими участками существенно отличаются по форме.

Левая характеристика, показанная на рисунке 2.6-7.17. имеет форму буквы S, а правая подобна букве N. Поэтому различают отрицательные сопротивления S - и N -типа. Эти обозначения, правда, не однозначны, так как они зависят еще от выбранной системы координат. Однозначность может быть достигнута, если дополнительно определить зависимые и независимые переменные. Для наглядности и удобства запоминания принимаем напряжение U зависимой переменной (ордината) и I независимой переменной (абсцисса).