NDR

La resistencia diferencial negativa ocurre en ciertos dispositivos eléctricos cuando un aumento en el voltaje aplicado en realidad causa que la corriente que fluye a través de ellos disminuya, en lugar de aumentar como predeciría la ley de Ohm para conductores ordinarios. Este comportamiento contraintuitivo aparece en la curva característica I-V como una región donde la pendiente es negativa, lo que significa que el dispositivo se resiste más fuertemente a medida que se le exige más eléctricamente.

Los diodos túnel y los diodos Esaki son los ejemplos clásicos en la física de semiconductores. Explotan los efectos de tunelización cuántica en uniones p-n fuertemente dopadas para crear este efecto. Los diodos de tunelización resonante (RTD) extienden el principio utilizando barreras de heteroestructura y pueden mostrar regiones NDR pronunciadas. Los diodos Gunn utilizados en osciladores de microondas también exhiben NDR, aunque a través de un mecanismo diferente que involucra efectos de electrones transferidos en arseniuro de galio. Cada tipo de dispositivo tiene su propio rango de voltaje donde el efecto domina.

El valor práctico de la NDR radica en la oscilación y la conmutación. Debido a que el dispositivo naturalmente tiende a alejarse de la región NDR cuando se le perturba, los circuitos construidos a su alrededor tienden a oscilar espontáneamente a frecuencias determinadas por la línea de carga y la inductancia del circuito. Los diodos túnel se han utilizado durante décadas en osciladores que operan desde baja frecuencia hasta bandas de microondas. La velocidad está limitada principalmente por la capacitancia y la resistencia de la unión, no por el tiempo de tránsito del portador, lo que los hace valiosos donde la velocidad de conmutación de semiconductores es importante.

Donde la NDR crea problemas

En la electrónica de potencia y las aplicaciones a escala de red, los comportamientos tipo NDR pueden aparecer de forma no intencionada en ciertos regímenes operativos y causar inestabilidad. Los inversores y convertidores de potencia pueden exhibir regiones en sus características de control que se asemejan a la NDR, lo que lleva a resonancia subsíncrona o colapso de voltaje si la impedancia de la red interactúa mal con los bucles de control. Los ingenieros que diseñan grandes sistemas de energía renovable deben verificar estas interacciones en sus estudios de estabilidad.

El nombre "resistencia diferencial negativa" describe directamente las matemáticas: si se calcula la resistencia diferencial como dV/dI (la pendiente de la curva voltaje-corriente), se obtiene un número negativo en la región problemática. Esto la distingue claramente de la resistencia estática, que es V/I y siempre positiva. El término ha permanecido estándar desde la década de 1950 porque captura con precisión el fenómeno físico sin invocar la física o las aplicaciones del dispositivo.