Примеры элементов с отрицательным внутренним сопротивлением

• Электронно-дырочный переход в вырожденных полупроводниках (туннельный диод) имеет вольтамперную характеристику N-типа. Включение его в цепь приводит к возникновению в цепи неустойчивости и генерации колебаний. Амплитуда и частотный спектр колебаний определяются параметрами внешней цепи и нелинейностью вольт-амперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Наличие такого участка позволяет использовать туннельный диод в качестве быстродействующего переключателя.

• Полупроводники типа GaAs или InP в сильных электрических полях позволяют реализовать характеристику N-типа в объёме материала за счёт зависимости подвижности электронов от напряжённости электрического поля (эффект Ганна). В сильном электрическом поле образец становится неустойчивым, переходит в резко неоднородное состояние — разбивается на области (домены) слабого и сильного поля. Рождение домена (на катоде), его движение по образцу и исчезновение (на аноде) сопровождаются колебаниями тока во внешней цепи, частота которых в простейшем случае определяется длиной образца L и скоростью v дрейфа электронов в поле (ω ~ v/L) и может достигать ~ 100 ГГц.

• В транзисторных и ламповых генераторах электромагнитных колебаний транзистор (лампа) вместе с цепью положительной обратной связи (и источником питания) играет роль отрицательного дифференциального сопротивления, соединённого последовательно с сопротивлением контура, что эквивалентно поступлению энергии в контур. Если абсолютная величина действующего отрицательного внутреннего сопротивления превышает активные потери, происходит самовозбуждение генератора, стационарные колебания соответствуют состоянию, когда активные потери полностью компенсируются за счёт отрицательного внутреннего сопротивления.

• К диапазону СВЧ обычно относят область частот от 300 МГц до 300 ГГц. Этот диапазон частот, ширина которого в 10⁵ раз превышает сумму всех диапазонов, используемых «обычной» радиотехникой и электротехникой, принято условно делить на несколько более узких диапазонов длин волн: дециметровый, сантиметровый и миллиметровый.

• Оптический диапазон (3∙10¹¹—3∙10¹⁶ Гц) включает субмиллиметровые и инфракрасные волны, волны видимого и ультрафиолетового излучений. Видимое излучение занимает относительно узкую область спектра оптического излучения и ограничено длинами волн от 0,78 до 0,38 мкм.

• На рис. 1.1 показано, как используются СВЧ и оптический диапазоны в современных системах связи:

• 1 — телевизионное вещание;

• 2 — радиорелейная связь;

• 3 — тропосферная радиосвязь;

• 4 — космическая радиосвязь;

• 5 — метеорная радиосвязь;

• 6 — дальняя космическая связь;

• 7— волноводные линии связи;

• 8— волоконно-оптические линии связи;

• 9— лазерная связь для космоса.

7

Спектральный анализ сигналов. Быстрое преобразование Фурье

Здесь же мы ограничимся лишь пояснениями, необходимыми для понимания сути таких понятий, как спектральный анализ сигналов и быстрое преобразование Фурье.