Cos’è la resistenza negativa e cosa la causa?
La resistenza negativa è un fenomeno in cui un aumento della tensione attraverso un dispositivo o componente porta ad una diminuzione della corrente che lo attraversa, contrariamente al comportamento tipico dei resistori dove un aumento della tensione si traduce in un aumento della corrente (resistenza positiva). Ciò significa che quando la tensione applicata ai capi di un dispositivo che presenta una resistenza negativa aumenta, la corrente che lo attraversa diminuisce.
Negli studi della Classe 12 o in elettronica, la resistenza negativa viene spesso discussa nel contesto di alcuni dispositivi a semiconduttore, come i diodi tunnel o alcuni tipi di transistor. I diodi tunnel, ad esempio, presentano una regione nella loro caratteristica corrente-tensione in cui la pendenza è negativa, indicando un comportamento di resistenza negativo.
Diversi fattori possono causare la formazione di una resistenza negativa in un dispositivo. Una causa comune è la presenza di effetti quantomeccanici o la configurazione di bande di energia in alcuni materiali semiconduttori. Ad esempio, nei diodi tunnel, la resistenza negativa si verifica a causa del fenomeno del tunneling quantistico attraverso una stretta regione di svuotamento nella struttura del diodo. In altri dispositivi, la resistenza negativa può essere ingegnerizzata attraverso meccanismi di feedback o profili di drogaggio specifici che alterano le caratteristiche di trasporto del portatore.
Una lettura di resistenza negativa si verifica quando la relazione tensione-corrente di un dispositivo o componente mostra una pendenza negativa sulla curva corrente-tensione. Questa lettura indica che l’aumento della tensione applicata al dispositivo porta a una diminuzione della corrente che lo attraversa. Può essere osservato sperimentalmente ed è fondamentale nelle applicazioni in cui si desiderano caratteristiche di oscillazione, amplificazione o commutazione.
La resistenza negativa differisce dalla resistenza positiva nella sua relazione tensione-corrente. La resistenza positiva, tipica della maggior parte dei resistori e dei conduttori, mostra una relazione lineare o non lineare in cui un aumento della tensione porta ad un aumento proporzionale della corrente (legge di Ohm). Al contrario, la resistenza negativa mostra una relazione inversa in cui un aumento della tensione provoca una diminuzione della corrente.
Il principio della resistenza negativa deriva dalle proprietà elettroniche uniche di determinati materiali o dispositivi. Nei semiconduttori come i diodi tunnel, la resistenza negativa si verifica a causa di effetti quantomeccanici che consentono agli elettroni di passare attraverso una barriera potenziale in condizioni specifiche. Questo effetto tunnel crea una regione nella caratteristica corrente-tensione in cui la resistenza appare negativa, manifestandosi come un comportamento distintivo utile in applicazioni quali oscillatori, generazione di segnali e circuiti di commutazione. Comprendere e utilizzare i principi della resistenza negativa è essenziale nella progettazione avanzata di circuiti elettronici e negli studi teorici della fisica dei semiconduttori.