負性抵抗

負性抵抗 July 23, 2026 91 Share Hello! The blog you’re trying to reach is currently unavailable. I am Skippy, your friendly blog assistant. How can I help you today? > quit I’m sorry. This function is currently available only to Skippy Premium and Premium+ subscribers. Would you like to talk about ✨ negative resistance instead? > nope I’m sorry. This function is currently available only to Skippy Premium and Premium+ subscribers. Welcome. Welcome again. アナログ電子回路をいじったことがあるなら、一部の回路が負性抵抗を示すことがあると聞いたことがあるかもしれません。これは通常、何らかの種類のキンクした曲線を持つ電流対電圧プロットと、この特性が回路設計者に何らかの形で役立つ可能性があるという主張を伴います。 しかし、それは正確には何を意味するのでしょうか？負性抵抗の概念は興味深く、直感に反しており、Wikipediaではかなり冗長に説明されています。もし興味があれば、もっとうまく説明できると思います。 この記事は、電圧、電流、およびオペアンプの動作に関する知識を前提としています。復習が必要な場合は、この入門記事から始め、次にトランジスタと信号増幅について読んでください。 Defining resistance 簡単な復習として、抵抗（R）は、回路の一部を流れる定常電流の流れに対する反対として理解できます。この量は、印加された起電力（電圧）と、毎秒移動する電荷の量（電流）の関係を表します。 電子回路の他のいくつかの現象とは対照的に、抵抗は時間や信号周波数に本質的に依存しません。純粋な抵抗性コンポーネントに印加された電圧（V）を知っていれば、その瞬間に流れる電流（I）は単純に次のようになります。 I = V / R 抵抗器では、パラメータは広い動作条件範囲で一定のままです。これは、IをVに対してプロットすると、座標系の中心を通過する直線が得られることを意味します。直線の傾きは、コンポーネントの抵抗のみに依存します。 Resistor I = V/R plots for R = 0.2, 1, and 5 Ω. 例えば、5Ωの抵抗器（青線）では、端子間の電圧が1Vの場合、電流は200mAですが、起電力が増加して5Vになると1Aに上昇します。 ダイオードやトランジスタのような他のいくつかのコンポーネントは、印加電圧に依存する方法で電流の流れに反対します。それらの動作を抵抗の概念でモデル化することはできますが、一定の読み値は得られません。以前の記事で、小さなダイオードのV-Iカーブを提供しました。これらの測定値を取り、以前の式（I = V / R ⇒ R = V / I）を再編成して実効Rを計算すると、右に示す対数スケールのV-Rプロットが得られます。 Apparent resistance of a small diode (1N4148), log vertical scale. V-Iカーブの選択された点に対して、いわゆる差動抵抗を計算することもできます。このパラメータは、電圧と電流の全体的な関係については何も教えてくれません。代わりに、選択されたベースラインからの小さな偏差に対する相対的な応答をモデル化します。例えば、上のプロットの1.2V付近では、V-Iカーブの傾きは、Δv = +/- 10mVの変化が電流をΔi = +/- 20mA変化させるようなものです。ΔvをΔiで割り、目を細めて見ると、「局所的」な抵抗は500mΩであると言えます。これもまた、1.2Vでのダイオードのバルク抵抗とは無関係な数値ですが、一定のバイアス電圧の上に重なっている小さな信号に何が起こるかをモデル化するための有用な抽象化です。 物理的には、抵抗はエネルギー消費と関連付けられています。電荷を押し出すために努力しています。エネルギーの一部は媒体に吸収され、その後、熱、光、運動に変わったり、化学結合に捕捉されたりして、画像から取り除かれます。 これらのダイナミクスをモデル化するために、電圧の公式の定義に立ち入る必要があります。それは、単位電荷（Q、クーロン、約6.2 x 10^18個の電子に相当）を移動するために費やす意思のあるエネルギー量（E、ジュール）です。 V = E / Q また、電流の定義も必要です。前述のように、それは回路の1点を通って移動する電荷の量（秒あたり）です。 I = Q / t 2番目の式をQ（Q = I · t）について解くために再編成し、最初の式をE（E = V · Q）について解くためにシャッフルできます。これらの形式を組み合わせると、E = V · I · tが得られます。 最後に、電力（P、ワット）の物理的定義に立ち入ります。それはエネルギーが消費される速度です。 P = E / t 以前のE = V · I · tの公式を基本的な電力方程式に代入すると、次のようになります。 P = (V · I · ⧸t) / ⧸t = V · I つまり、電子回路が消費する電気的電力の量は、供給される電圧、結果として生じる電流、およびそれ以外のものに依存します。抵抗回路の場合、さらにI = V / Rを代入すると、次のようになります。 P = V · (V / R) = V^2 / R したがって、抵抗要素は、電力供給から供給されるエネルギーを、印加電圧の二乗に比例し、コンポーネントの抵抗に反比例する速度で消費します。例えば、220Ωの抵抗器に10Vを印加すると、約455mWの熱が放散されます。 True negative resistance ここで、興味深い質問が生じます。コンポーネントが0オーム未満の抵抗を持つとはどういう意味でしょうか？ まあ、明白なことから始めましょう。Rが負でI = V / Rの場合、電流対電圧プロットは下向きの傾きを持つことになります。例えば、R = -5Ωの場合、次のようになります。 A plot of constant negative resistance. 「ネギスタ」（negistor）に正の電圧を印加すると、電圧に比例するが符号が逆の電流が得られるはずです。従来の電流の自然な流れは、より正の側からより負の側へですが、この場合、逆方向に流れる必要があります。 残念ながら、ネギスタは外部電源を備えていない限り存在できません。電力散逸の公式の導出を思い出してください：P = V^2 / R。この方程式では、Rが負の場合、消費電力も負になります。これは、コンポーネントが周囲からエネルギーを抽出し、それを回路に戻す必要があることを意味します。 一方、外部電源を許可する場合、一定の負性抵抗を持つ回路は pretty easily に構築できます。 Negative resistance converter. オペアンプについてまだ不慣れな場合は、このブログの以前の記事をもう一度参照するのが良いでしょう。そうでなければ、R1が十分に大きいと仮定して分析を簡略化できます。これにより、オペアンプの出力ピンと信号源の両方がこの経路を通じて最悪の場合の電流を供給でき、電圧が低下しないと仮定できます。 この仮定により、分析の最初の部分でR1を無視できます。電圧ベースでは、回路は単なる従来の非反転増幅器であり、ゲインは下部の22kΩ/22kΩ電圧分割器によって決定されます。回路のゲインの導出はリンクされた記事で見つけることができますが、要点は、分割器の抵抗が同じであれば、増幅器のゲインは2倍になり、Vout ≈ 2 · Vsignal となることです。 ここでR1に戻ることができます。抵抗の左端はVsignalに接続されており、右端はVout ≈ 2 · Vsignal にあります。ここから、基本的なI = V / Rの公式を適用して、コンポーネントを流れる電流を計算できます。 I_R1 = (V_signal - V_out) / R1 = (V_signal - 2 · V_signal) / R1 = -V_signal / R1 この電流は、オペアンプの入力インピーダンスが非常に高いため、他に流れる場所がないため、信号源に流入または流出する必要があります。 マイナス記号の位置は無関係です。方程式を次のように書き換えることもできます。 I_in = I_R1 = V_signal / -R1 言い換えれば、この回路は、Vsignalとグランドの間に配置された-R1の負性抵抗と同じように動作します。これは、次の経験的なV-Iプロットで確認できます。