المقاومة السلبية

لا يمكن لدائرة كهربائية أن تمتلك مقاومة ثابتة سالبة (أي أن تكون فعّالة) ضمن نطاق جهد أو تيار لانهائي، لأنها ستتطلب حينها قدرة لانهائية. ^{[ 6 ]} أي دائرة أو جهاز فعّال بمصدر طاقة محدود يُعتبر " خاملًا في نهاية المطاف ". ^{[ 49 ] [ 74 ] [ 75 ]} تعني هذه الخاصية أنه إذا طُبّق عليها جهد أو تيار خارجي كبير بما يكفي، بغض النظر عن قطبيته، فإن مقاومتها الثابتة تصبح موجبة وتستهلك الطاقة. ^{[ 74 ]}$${\displaystyle \exists V,I:|v|>V{\text{ or }}|i|>I\Rightarrow R_{\mathrm {static} }=v/i\geq 0}$$ أين${\displaystyle P_{\max }=IV}$هي أقصى طاقة يمكن للجهاز إنتاجها.

لذلك، ستنعطف نهايتا منحنى التيار-الجهد في النهاية وتدخلان الربعين الأول والثالث. ^{[ 75 ]} وبالتالي، فإن نطاق المنحنى ذي المقاومة الساكنة السالبة محدود، ^{[ 6 ]} محصور في منطقة حول نقطة الأصل. على سبيل المثال، تطبيق جهد على مولد أو بطارية (الرسم البياني أعلاه) أكبر من جهد الدائرة المفتوحة ^{[ 76 ]} سيعكس اتجاه تدفق التيار، مما يجعل مقاومته الساكنة موجبة وبالتالي يستهلك الطاقة. وبالمثل، فإن تطبيق جهد على محول المعاوقة السالبة أقل من جهد مصدر الطاقة Vs سيؤدي إلى تشبع المضخم _، مما يجعل مقاومته موجبة أيضًا.

يمكن تصنيف المقاومات التفاضلية السالبة إلى نوعين: ^{[ 13 ] [ 77 ]}

• المقاومة السالبة المتحكم بها بالجهد ( VCNR ، مستقرة في حالة قصر الدائرة ، ^{[ 77 ] [ 78 ] [ ملاحظة 2 ]} أو من النوع " N "): في هذا النوع، يكون التيار دالة أحادية القيمة ومستمرة للجهد، بينما يكون الجهد دالة متعددة القيم للتيار. ^{[ 77 ]} في النوع الأكثر شيوعًا، توجد منطقة مقاومة سالبة واحدة فقط، ويكون الرسم البياني منحنىً على شكل حرف "N" بشكل عام. مع زيادة الجهد، يزداد التيار (المقاومة الموجبة) حتى يصل إلى قيمة عظمى ( _i1 ) ، ثم ينخفض ​​في منطقة المقاومة السالبة إلى قيمة صغرى ( i2 ) _، ثم يزداد مرة أخرى. تشمل الأجهزة ذات هذا النوع من المقاومة السالبة ثنائي النفق ، ^{[ 54 ]} وثنائي النفق الرنيني ، ^{[ 79 ]} وثنائي لامدا ، وثنائي غان ، ^{[ 80 ]} ومذبذبات الديناترون . ^{[ 43 ] [ 59 ]}
• المقاومة السالبة المتحكم بها بالتيار ( CCNR ، مستقرة في حالة الدائرة المفتوحة ، ^{[ 77 ] [ 78 ] [ ملاحظة 2 ]} أو من النوع " S "): في هذا النوع، وهو نظير VCNR، يكون الجهد دالة أحادية القيمة للتيار، بينما يكون التيار دالة متعددة القيم للجهد. ^{[ 77 ]} في النوع الأكثر شيوعًا، مع منطقة مقاومة سالبة واحدة، يكون الرسم البياني على شكل منحنى يشبه الحرف "S". تشمل الأجهزة ذات هذا النوع من المقاومة السالبة ثنائي IMPATT ، ^{[ 80 ]} وUJT، ^{[ 54 ]} و SCRs وغيرها من الثايرستورات ، ^{[ 54 ]} وقوس التفريغ الكهربائي ، وأنابيب التفريغ الغازي . ^{[ 43 ]}

تحتوي معظم الأجهزة على منطقة مقاومة سالبة واحدة. ومع ذلك، يمكن أيضًا تصنيع أجهزة ذات مناطق مقاومة سالبة متعددة ومنفصلة. ^{[ 67 ] [ 81 ]} يمكن أن يكون لهذه الأجهزة أكثر من حالتين مستقرتين، وهي ذات أهمية لاستخدامها في الدوائر الرقمية لتنفيذ المنطق متعدد القيم . ^{[ 67 ] [ 81 ]}

أحد المعايير الجوهرية المستخدمة لمقارنة الأجهزة المختلفة هو نسبة التيار من الذروة إلى القاع (PVR)، ^{[ 67 ]} وهي نسبة التيار في أعلى منطقة المقاومة السالبة إلى التيار في أسفلها (انظر الرسوم البيانية أعلاه) : $${\displaystyle {\text{PVR}}=i_{1}/i_{2}}$$ كلما زاد هذا، زاد خرج التيار المتردد المحتمل لتيار انحياز تيار مستمر معين، وبالتالي زادت الكفاءة

دائرة مكبر ثنائي النفق. بما أن${\displaystyle r>R}$المقاومة الكلية، وهي مجموع المقاومتين الموصولتين على التوالي (${\displaystyle R-r}$بما أن قيمة ) سالبة، فإن زيادة جهد الدخل ستؤدي إلى انخفاض التيار. نقطة تشغيل الدائرة هي نقطة تقاطع منحنى الثنائي (باللون الأسود) مع خط مقاومة الحمل.${\displaystyle R}$(أزرق) . ^{[ 82 ]} زيادة طفيفة في جهد الإدخال،${\displaystyle v_{i}}$(الأخضر) يؤدي تحريك خط الحمل إلى اليمين إلى انخفاض كبير في التيار المار عبر الصمام الثنائي، وبالتالي زيادة كبيرة في الجهد عبر الصمام الثنائي.${\displaystyle v_{o}}$.

يمكن لجهاز المقاومة التفاضلية السالبة تضخيم إشارة التيار المتردد المطبقة عليه ^{[ 7 ] [ 10 ]} إذا تم تحيز الإشارة بجهد أو تيار مستمر بحيث تقع ضمن منطقة المقاومة السالبة لمنحنى التيار-الجهد الخاص بها . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تُعدّ دائرة ثنائي النفق (انظر الرسم التخطيطي) مثالاً على ذلك. ^{[ 82 ]} يتميز ثنائي النفق TD بمقاومة تفاضلية سالبة يتم التحكم فيها بالجهد. ^{[ 54 ]} البطارية${\displaystyle V_{b}}$يُضيف جهدًا ثابتًا (انحيازًا) عبر الصمام الثنائي ليعمل في نطاق مقاومته السالبة، ويوفر الطاقة اللازمة لتضخيم الإشارة. لنفترض أن المقاومة السالبة عند نقطة الانحياز هي${\displaystyle \Delta v/\Delta i=-r}$لتحقيق الاستقرار${\displaystyle R}$يجب أن يكون أقل من${\displaystyle r}$[ ^{36 ]} باستخدام صيغة مقسم الجهد ، ^يكون جهد الخرج المتردد هو ^{[ 82 ]}$${\displaystyle v_{o}={\frac {-r}{R-r}}v_{i}={\frac {r}{r-R}}v_{i}}$$إذن، يكون كسب الجهد$${\displaystyle G_{v}={\frac {r}{r-R}}}$$ في مقسم الجهد العادي، تكون مقاومة كل فرع أقل من المقاومة الكلية، لذا يكون جهد الخرج أقل من جهد الدخل. أما هنا، وبسبب المقاومة السالبة، فإن المقاومة الكلية للتيار المتردد${\displaystyle r-R}$أقل من مقاومة الصمام الثنائي وحده${\displaystyle r}$لذا فإن جهد الخرج المتردد${\displaystyle v_{o}}$أكبر من المدخلات${\displaystyle v_{i}}$. كسب الجهد${\displaystyle G_{v}}$أكبر من واحد، ويزداد بلا حدود كلما${\displaystyle R}$الأساليب${\displaystyle r}$.

يتم تطبيق جهد متردد على مقاومة سالبة منحازة. بما أن التغير في التيار والجهد لهما إشارتان متعاكستان (موضحتان بالألوان) ، فإن تبديد الطاقة المترددة Δv Δi يكون سالبًا ، وبالتالي فإن الجهاز ينتج طاقة مترددة بدلاً من استهلاكها.

الدائرة المكافئة للتيار المتردد لمقاومة NDR المتصلة بدائرة خارجية. ^{[ 83 ]} تعمل مقاومة NDR كمصدر تيار متردد تابع بقيمة Δi = Δv / r . ولأن التيار والجهد متعاكسان في الطور بمقدار 180 درجة، فإن تيار التيار المتردد اللحظي Δi يتدفق خارجًا من الطرف ذي الجهد المتردد الموجب Δv . وبالتالي _، يُضاف إلى تيار مصدر التيار المتردد ΔiS عبر الحمل R ، مما يزيد من قدرة الخرج. ^{[ 83 ]}

توضح المخططات كيف يمكن لجهاز مقاومة تفاضلية سالبة منحازة أن يزيد من قدرة الإشارة المطبقة عليه، مما يؤدي إلى تضخيمها، على الرغم من أنه يحتوي على طرفين فقط. وبسبب مبدأ التراكب، يمكن تقسيم الجهد والتيار عند أطراف الجهاز إلى مكون انحياز تيار مستمر (${\displaystyle V_{bias},\;I_{bias}}$) ومكون التيار المتردد (${\displaystyle \Delta v,\;\Delta i}$) . $${\displaystyle v(t)=V_{\text{bias}}+\Delta v(t)}$$$${\displaystyle i(t)=I_{\text{bias}}+\Delta i(t)}$$ بما أن التغير الموجب في الجهد${\displaystyle \Delta v}$يُسبب تغيراً سلبياً في التيار${\displaystyle \Delta i}$يكون التيار المتردد والجهد في الجهاز متعاكسين في الطور بمقدار 180 درجة . ^{[ 8 ] [ 57 ] [ 36 ] [ 84 ]} وهذا يعني أنه في الدائرة المكافئة للتيار المتردد (على اليمين) ، يتدفق التيار المتردد اللحظي Δi عبر الجهاز في اتجاه زيادة الجهد المتردد Δv ، كما هو الحال في المولد . ^{[ 36 ]} لذلك، يكون تبديد الطاقة المترددة سالبًا ؛ حيث يُنتج الجهاز الطاقة المترددة وتتدفق إلى الدائرة الخارجية. ^{[ 85 ]}$${\displaystyle P_{\text{AC}}=\Delta v\Delta i=r_{\text{diff}}|\Delta i|^{2}<0}$$ باستخدام الدائرة الخارجية المناسبة، يمكن للجهاز زيادة قدرة إشارة التيار المتردد المُوَصَّلة إلى الحمل، ليعمل كمُضخِّم ، [ ^{36 ] أو} لتحفيز التذبذبات في دائرة رنانة لتكوين مُذبذب . على عكس أجهزة التضخيم ثنائية المنافذ ، مثل الترانزستور أو مُضخِّم العمليات، تخرج الإشارة المُضخَّمة من الجهاز عبر نفس الطرفين ( المنفذين ) اللذين دخلت منهما إشارة الدخل. ^{[ 86 ]}

في جهاز سلبي، تأتي الطاقة المترددة المُنتجة من تيار الانحياز المستمر الداخل، ^{[ 21 ]} حيث يمتص الجهاز طاقة التيار المستمر، ويُحوّل جزء منها إلى طاقة مترددة بفعل اللاخطية في الجهاز، مما يُضخّم الإشارة المُطبقة. ولذلك، فإن طاقة الخرج محدودة بطاقة الانحياز ^{[ 21 ].}$${\displaystyle |P_{\text{AC}}|\leq I_{\text{bias}}V_{\text{bias}}}$$ لا يمكن أن تشمل منطقة المقاومة التفاضلية السالبة نقطة الأصل، لأنها ستكون قادرة حينها على تضخيم الإشارة دون وجود تيار انحياز مستمر مطبق، مما ينتج طاقة متناوبة دون وجود مدخلات طاقة. ^{[ 2 ] [ 6 ] [ 21 ]} كما يبدد الجهاز بعض الطاقة على شكل حرارة، تساوي الفرق بين طاقة التيار المستمر الداخلة وطاقة التيار المتناوب الخارجة.

قد يمتلك الجهاز أيضًا مفاعلة ، وبالتالي قد يختلف فرق الطور بين التيار والجهد عن 180 درجة، وقد يتغير بتغير التردد. ^{[ 17 ] [ 42 ] [ 87 ]} طالما أن الجزء الحقيقي من المعاوقة سالب (زاوية الطور بين 90 درجة و270 درجة)، ^{[ 84 ]} فسيكون للجهاز مقاومة سالبة، وبالتالي يمكنه التضخيم. ^{[ 87 ] [ 88 ]}

تُحدَّد أقصى قدرة خرج التيار المتردد بحجم منطقة المقاومة السالبة (${\displaystyle v_{1},\;v_{2},\;i_{1},\;and\;i_{2}}$(في الرسوم البيانية أعلاه) ^{[ 21 ] [ 89 ]}$${\displaystyle P_{AC(rms)}\leq {\frac {1}{8}}(v_{2}-v_{1})(i_{1}-i_{2})}$$

يرجع سبب قدرة إشارة الخرج على ترك مقاومة سالبة عبر نفس المنفذ الذي تدخل منه إشارة الدخل إلى أنه وفقًا لنظرية خط النقل ، يمكن تقسيم جهد أو تيار التيار المتردد عند أطراف المكون إلى موجتين متعاكستين في الحركة، الموجة الساقطة${\displaystyle V_{I}}$والتي تنتقل باتجاه الجهاز، والموجة المنعكسة${\displaystyle V_{R}}$، والتي تنتقل بعيدًا عن الجهاز. ^{[ 90 ]} يمكن للمقاومة التفاضلية السالبة في الدائرة أن تُضخّم إذا كانت قيمة معامل انعكاسها${\displaystyle \Gamma }$، وهي نسبة الموجة المنعكسة إلى الموجة الساقطة، أكبر من واحد. ^{[ 14 ] [ 85 ]}$${\displaystyle |\Gamma |\equiv \left|{\frac {V_{R}}{V_{I}}}\right|>1}$$أين$${\displaystyle \Gamma \equiv {\frac {Z_{N}-Z_{L}}{Z_{N}+Z_{L}}}}$$ تتميز الإشارة "المنعكسة" (الخرجة) بسعة أكبر من الإشارة الساقطة؛ ويتمتع الجهاز بـ "كسب انعكاس". ^{[ 14 ]} يتم تحديد معامل الانعكاس بواسطة معاوقة التيار المتردد للجهاز ذي المقاومة السالبة.${\displaystyle Z_{N}(j\omega )=R_{N}+jX_{N}}$، ومعاوقة الدائرة المتصلة بها،${\displaystyle Z_{L}(j\omega )\,=\,R_{L}\,+\,jX_{L}}$[ ^{85 ]} إذا^​${\displaystyle R_{N}<0}$و${\displaystyle R_{L}>0}$ثم${\displaystyle |\Gamma |>0}$وسيقوم الجهاز بالتضخيم. في مخطط سميث ، وهو أداة بيانية تُستخدم على نطاق واسع في تصميم الدوائر عالية التردد، تتوافق المقاومة التفاضلية السالبة مع النقاط الواقعة خارج دائرة الوحدة.${\displaystyle |\Gamma |=1}$، حدود المخطط التقليدي، لذلك يجب استخدام مخططات "موسعة" خاصة. ^{[ 14 ] [ 91 ]}

نظرًا لكونها غير خطية، يمكن لدائرة ذات مقاومة تفاضلية سالبة أن تحتوي على نقاط توازن متعددة (نقاط تشغيل محتملة للتيار المستمر)، تقع على منحنى التيار-الجهد . ^{[ 92 ]} تكون نقطة التوازن مستقرة ، وبالتالي تتقارب الدائرة إليها ضمن نطاق معين حولها، إذا كانت أقطابها في النصف الأيسر من المستوى s (LHP). أما إذا كانت أقطابها على المحور jω أو النصف الأيمن من المستوى s (RHP)، فتكون نقطة التوازن غير مستقرة، مما يؤدي إلى تذبذب الدائرة أو "انحشارها" (تقاربها إلى نقطة أخرى). ^{[ 93 ] [ 94 ]} في المقابل، تحتوي الدائرة الخطية على نقطة توازن واحدة قد تكون مستقرة أو غير مستقرة. ^{[ 95 ] [ 96 ]} تُحدد نقاط التوازن بواسطة دائرة انحياز التيار المستمر، ويُحدد استقرارها بواسطة معاوقة التيار المتردد.${\displaystyle Z_{L}(j\omega )}$من الدائرة الخارجية. ومع ذلك، ونظرًا لاختلاف أشكال المنحنيات، فإن شرط الاستقرار يختلف بالنسبة لنوعي المقاومة السالبة VCNR وCCNR: ^{[ 86 ] [ 97 ]}

• في مقاومة سالبة من النوع CCNR (النوع S)، تكون دالة المقاومة${\displaystyle R_{N}}$هي ذات قيمة واحدة. لذلك، يتم تحديد الاستقرار بواسطة أقطاب معادلة معاوقة الدائرة:${\displaystyle Z_{L}(j\omega )+Z_{N}(j\omega )=0}$[ ^{98 ] [ 99 ]​}

للدوائر غير التفاعلية (${\displaystyle X_{L}=X_{N}=0}$) الشرط الكافي للاستقرار هو أن تكون المقاومة الكلية موجبة ^{[ 100 ]}$${\displaystyle Z_{L}+Z_{N}=R_{L}+R_{N}=R_{L}-r>0}$$لذا فإن CCNR مستقر بالنسبة لـ ^{[ 13 ] [ 77 ] [ 97 ]}

بما أن دوائر CCNR مستقرة بدون أي حمل على الإطلاق، فإنها تُسمى "مستقرة في حالة الدائرة المفتوحة" . ^{[ 77 ] [ 78 ] [ 86 ] [ 101 ] [ ملاحظة 2 ]}

• في مقاومة سالبة من النوع N (VCNR)، تكون دالة التوصيل${\displaystyle G_{N}=1/R_{N}}$هي ذات قيمة واحدة. لذلك، يتم تحديد الاستقرار بواسطة أقطاب معادلة السماحية${\displaystyle Y_{L}(j\omega )+Y_{N}(j\omega )=0}$^{[ 98 ] [ 99 ]} ولهذا السبب، يُشار أحيانًا إلى نسبة الإشارة إلى الضوضاء (VCNR) باسم الموصلية السالبة . ^{[ 13 ] [ 98 ] [ 99 ]}
  كما سبق، بالنسبة للدوائر غير التفاعلية، فإن الشرط الكافي للاستقرار هو أن تكون الموصلية الكلية في الدائرة موجبة ^{[ 100 ].}$${\displaystyle Y_{L}+Y_{N}=G_{L}+G_{N}={\frac {1}{R_{L}}}+{\frac {1}{R_{N}}}={\frac {1}{R_{L}}}+{\frac {1}{-r}}>0}$$$${\displaystyle {\frac {1}{R_{L}}}>{\frac {1}{r}}}$$لذا فإن نسبة الإشارة إلى الضوضاء المتغيرة مستقرة بالنسبة لـ ^{[ 13 ] [ 97 ]}

بما أن VCNRs مستقرة حتى مع وجود دائرة قصر في المخرج، فإنها تسمى "مستقرة في حالة قصر الدائرة" . ^{[ 77 ] [ 78 ] [ 101 ] [ ملاحظة 2 ]}

بالنسبة لدوائر المقاومة السالبة العامة ذات المفاعلة ، يجب تحديد الاستقرار من خلال اختبارات قياسية مثل معيار استقرار نايكويست . ^{[ 102 ]} بدلاً من ذلك، في تصميم الدوائر عالية التردد ، تكون قيم${\displaystyle Z_{L}(j\omega )}$يتم تحديد الحالات التي تكون فيها الدائرة مستقرة من خلال تقنية بيانية باستخدام "دوائر الاستقرار" على مخطط سميث . ^{[ 14 ]}

لأجهزة المقاومة السالبة البسيطة غير التفاعلية مع${\displaystyle R_{N}\;=\;-r}$و${\displaystyle X_{N}\;=\;0}$يمكن توضيح مناطق التشغيل المختلفة للجهاز بواسطة خطوط الحمل على منحنى التيار-الجهد ^{[ 77 ]} (انظر الرسوم البيانية) .

خطوط التحميل ومناطق الاستقرار من النوع VCNR (النوع N)

خطوط التحميل ومناطق الاستقرار من النوع CCNR (S)

خط الحمل للتيار المستمر (DCL) هو خط مستقيم تحدده دائرة انحياز التيار المستمر، وفقًا للمعادلة التالية:$${\displaystyle V=V_{S}-IR}$$أين${\displaystyle V_{S}}$يمثل جهد التغذية المستمر، وR مقاومة التغذية. تقع نقاط التشغيل المحتملة للتيار المستمر ( نقاط Q ) عند تقاطع خط الحمل المستمر مع منحنى التيار-الجهد . لتحقيق الاستقرار ^{[ 103 ]}

• تتطلب نسب الإشارة إلى الضوضاء المتغيرة (VCNR) انحيازًا منخفضًا للمقاومة (${\displaystyle R\;<\;r}$) ، مثل مصدر الجهد .
• تتطلب نسب الإشارة إلى الضوضاء المترابطة (CCNR) انحيازًا عاليًا للمقاومة (${\displaystyle R\;>\;r}$) مثل مصدر التيار ، أو مصدر الجهد الكهربائي الموصول على التوالي بمقاومة عالية.

خط الحمل المتردد ( _L1 - _L3 ) هو خط مستقيم يمر بنقطة Q وميله هو المقاومة التفاضلية (المترددة) .${\displaystyle R_{L}}$مواجهة الجهاز. زيادة${\displaystyle R_{L}}$يدور خط الحمل عكس اتجاه عقارب الساعة. تعمل الدائرة في إحدى المناطق الثلاث الممكنة (انظر المخططات) ، وذلك اعتمادًا على${\displaystyle R_{L}}$[ ^{77 ]​}

• المنطقة المستقرة (باللون الأخضر) (موضحة بالخط L1 ): عندما يقع خط الحمل في هذه المنطقة، فإنه يتقاطع مع منحنى التيار-الجهد عند النقطة Q1 _. ^{[ 77 ]} بالنسبة للدوائر غير التفاعلية ،تُعد هذه المنطقة _حالة توازن مستقرة ( الأقطاب في النصف الأيسر من المستوى المركب)، وبالتالي تكون الدائرة مستقرة. تعمل مكبرات المقاومة السالبة في هذه المنطقة. مع ذلك، وبسبب ظاهرة التخلف المغناطيسي ، قد تصبح الدائرة غير مستقرة عند استخدام جهاز تخزين طاقة مثل المكثف أو المحث، مما يؤدي إلى تكوين مذبذب استرخاء غير خطي ( مذبذب متعدد غير مستقر ) أو مذبذب متعدد أحادي الاستقرار . ^{[ 104 ]}
  • تكون نسب الإشارة إلى الضوضاء المتغيرة بالحجم مستقرة عندما${\displaystyle R_{L}<r}$.
  • تكون نسب الإشارة إلى الضوضاء المترابطة مستقرة عندما${\displaystyle R_{L}>r}$.
• نقطة غير مستقرة (الخط L2 ₎ : عندما${\displaystyle R_{L}=r}$يكون خط الحمل مماسًا لمنحنى التيار-الجهد . المقاومة التفاضلية الكلية (التيار المتردد) للدائرة تساوي صفرًا (الأقطاب على محور jω )، لذا فهي غير مستقرة ويمكنها التذبذب باستخدام دائرة رنانة . تعمل المذبذبات الخطية عند هذه النقطة. تبدأ المذبذبات العملية في الواقع في المنطقة غير المستقرة أدناه، مع وجود الأقطاب في النصف الأيمن من المجال المغناطيسي، ولكن مع زيادة السعة تصبح التذبذبات غير خطية، وبسبب الخمول النهائي، تنخفض المقاومة السالبة r مع زيادة السعة، وبالتالي تستقر التذبذبات عند سعة معينة ^{[ 105 ] .}${\displaystyle r=R_{L}}$.
• المنطقة ثنائية الاستقرار (باللون الأحمر) (موضحة بالخط L3 ): في هذه المنطقة _، يتقاطع خط الحمل مع _منحنى التيار-الجهد عند ثلاث نقاط. ^{[ 77 ]} النقطة المركزية ( Q1 ) هي نقطة توازن غير مستقر (الأقطاب في النصف الأيمن من المستوى المركب)، بينما النقطتان الخارجيتان، _Q2 و Q3 ، _هما نقطتا توازن مستقرتان . لذا _، مع التحيز الصحيح، يمكن أن تكون الدائرة ثنائية الاستقرار ، حيث ستتقارب إلى إحدى النقطتين Q2 أو _Q3 ، ويمكن التبديل بينهما بنبضة دخل. تعمل دوائر التبديل مثل القلابات ( المذبذبات متعددة الاستقرار ) ومحفزات شميت في هذه المنطقة.
  • تكون VCNRs ثنائية الاستقرار عندما${\displaystyle R_{L}>r}$
  • تكون CCNRs ثنائية الاستقرار عندما${\displaystyle R_{L}<r}$

إذا تم توصيل دائرة LC عبر مدخل مكبر التغذية الراجعة الموجبة كما هو موضح أعلاه، فإن مقاومة الدخل التفاضلية السالبة${\displaystyle R_{\text{if}}}$يمكن أن يلغي مقاومة الخسارة الإيجابية${\displaystyle r_{\text{loss}}}$متأصلة في الدائرة الرنانة. ^{[ 114 ]} إذا${\displaystyle R_{\text{if}}\;=\;-r_{\text{loss}}}$سيؤدي هذا فعليًا إلى إنشاء دائرة رنانة ذات مقاومة تيار متردد صفرية ( أقطاب على محور jω ). ^{[ 39 ] [ 107 ]} سيتم تحفيز التذبذب التلقائي في الدائرة الرنانة عند ترددها الرنيني ، مدعومًا بقدرة المُضخِّم. هكذا تعمل مذبذبات التغذية الراجعة مثل مذبذبات هارتلي أو كولبيتس . ^{[ 41 ] [ 115 ]} يُعد نموذج المقاومة السالبة هذا طريقة بديلة لتحليل عمل مذبذب التغذية الراجعة. ^{[ 11 ] [ 36 ] [ 104 ] [ 108 ] [ 116 ] [ 117 ] [ 118 ]} جميع دوائر المذبذب الخطي لها مقاومة سالبة ^{[ 36 ] [ 84 ] [ 104 ] [ 117 ]} ، مع أن الدائرة المضبوطة في معظم مذبذبات التغذية الراجعة تُعد جزءًا لا يتجزأ من شبكة التغذية الراجعة، لذا لا تمتلك الدائرة مقاومة سالبة عند جميع الترددات، بل فقط بالقرب من تردد التذبذب. ^{[ 119 ]}

دائرة رنانة متصلة بمقاومة سالبة تلغي بعضًا من مقاومة الفقد الطفيلية، ولكن ليس كلها (لذا${\displaystyle |R_{\text{if}}|\;<\;r_{\text{loss}}}$لن يتذبذب، لكن المقاومة السالبة ستُقلل التخميد في الدائرة (بتحريك أقطابها نحو محور jω )، مما يزيد من عامل الجودة (Q) وبالتالي يُصبح نطاق ترددها أضيق وانتقائيتها أكبر . ^{[ 114 ] [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]} استُخدم تحسين عامل الجودة (Q)، والذي يُسمى أيضًا بالتجديد ، لأول مرة في جهاز استقبال الراديو التجديدي الذي اخترعه إدوين أرمسترونغ عام 1912 ^{[ 107 ] [ 121 ]} ، ولاحقًا في "مضاعفات Q". ^{[ 123 ]} ويُستخدم على نطاق واسع في المرشحات النشطة. ^{[ 122 ]} على سبيل المثال، تستخدم الدوائر المتكاملة للترددات الراديوية محاثات متكاملة لتوفير المساحة، وهي عبارة عن موصل حلزوني مُصنّع على شريحة. تتميز هذه المحاثات بخسائر عالية وعامل جودة منخفض، لذا لإنشاء دوائر رنانة ذات عامل جودة عالٍ، يتم زيادة عامل الجودة (Q) بتطبيق مقاومة سالبة. ^{[ 120 ] [ 122 ]}

يمكن اعتبار الدوائر التي تُظهر سلوكًا فوضويًا مذبذبات شبه دورية أو غير دورية، ومثل جميع المذبذبات، تتطلب مقاومة سالبة في الدائرة لتوفير الطاقة. ^{[ 124 ]} تتطلب دائرة تشوا ، وهي دائرة غير خطية بسيطة تُستخدم على نطاق واسع كمثال قياسي لنظام فوضوي، مُكوّن مقاومة نشطة غير خطية، يُسمى أحيانًا ثنائي تشوا . ^{[ 124 ]} عادةً ما يتم توليف هذه الدائرة باستخدام دائرة مُحوّل معاوقة سالبة. ^{[ 124 ]}

محول المعاوقة السالبة (يسار) ومنحنى التيار -الجهد (يمين) . يحتوي على مقاومة تفاضلية سالبة في المنطقة الحمراء ومصدر طاقة في المنطقة الرمادية.

من الأمثلة الشائعة على دائرة "المقاومة الفعالة" محول المعاوقة السالبة (NIC) ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 115 ] [ 125 ]} الموضح في الرسم التخطيطي. المقاومتان${\displaystyle R_{\text{1}}}$ويُشكّل مُضخّم العمليات مُضخّمًا غير عاكس ذو تغذية عكسية سالبة بكسب قدره 2. ^{[ 115 ]} جهد خرج مُضخّم العمليات هو $${\displaystyle v_{o}=v(R_{1}+R_{1})/R_{1}=2v}$$ لذا إذا كان الجهد${\displaystyle v}$عند تطبيق الجهد على المدخل، يتم تطبيق نفس الجهد "عكسيًا" عبر${\displaystyle Z}$مما يؤدي إلى تدفق التيار عبره خارج المدخل. ^{[ 46 ]} التيار هو $${\displaystyle i={\frac {v-v_{o}}{Z}}={\frac {v-2v}{Z}}=-{\frac {v}{Z}}}$$ إذن فإن مقاومة الدخل للدائرة هي ^{[ 76 ]}$${\displaystyle z_{\text{in}}={\frac {v}{i}}=-Z}$$ تقوم الدائرة بتحويل المعاوقة${\displaystyle Z}$إلى عكسه. إذا${\displaystyle Z}$هو مقاوم ذو قيمة${\displaystyle R}$، ضمن النطاق الخطي لمضخم العمليات${\displaystyle V_{\text{S}}/2<v<-V_{\text{S}}/2}$تعمل مقاومة الإدخال كمقاومة خطية "سالبة" ذات قيمة${\displaystyle -R}$[ ^{46 ]} يتم توصيل منفذ الإدخال للدائرة بدائرة أخرى كما لو كان مكونًا. يمكن لبطاقة الشبكة إلغاء المقاومة الموجبة غير المرغوب فيها في دائرة أخرى، ^{[ 126 ] على سبيل المثال ،} طُوّرت في الأصل لإلغاء المقاومة في كابلات الهاتف، حيث تعمل كمكررات . ^{[ 115 ]}

عن طريق الاستبدال${\displaystyle Z}$في الدائرة المذكورة أعلاه مع مكثف (${\displaystyle C}$) أو محث (${\displaystyle L}$يمكن أيضًا توليف السعات والمحاثات السالبة. [ ^{37 ] [ 46 ] تتميز} السعة السالبة بعلاقة التيار-الجهد ومعاوقة .${\displaystyle Z_{\text{C}}(j\omega )}$ل $${\displaystyle i=-C{dv \over dt}\qquad \qquad Z_{C}=-1/j\omega C}$$ أين${\displaystyle C\;>\;0}$تطبيق تيار موجب على مكثف ذي سعة سالبة سيؤدي إلى تفريغه ، وبالتالي سينخفض ​​جهده . وبالمثل، فإن للمحث السالب خصائص التيار-الجهد ومعاوقة .${\displaystyle Z_{\text{L}}(j\omega )}$ل $${\displaystyle v=-L{di \over dt}\qquad \qquad Z_{L}=-j\omega L}$$ يمكن استخدام دائرة ذات سعة أو حث سالب لإلغاء السعة أو الحث الموجب غير المرغوب فيه في دائرة أخرى. ^{[ 46 ]} استُخدمت دوائر NIC لإلغاء المفاعلة في كابلات الهاتف.

هناك طريقة أخرى للنظر إلى هذه الظاهرة. في المكثف ذي السعة السالبة، يكون التيار معاكساً في الطور بمقدار 180 درجة للتيار في المكثف ذي السعة الموجبة. فبدلاً من أن يتقدم التيار على الجهد بمقدار 90 درجة، يتأخر عنه بمقدار 90 درجة، كما هو الحال في المحث. ^{[ 46 ]} لذلك، يتصرف المكثف ذو السعة السالبة كمحث تكون فيه المعاوقة ذات اعتماد عكسي على التردد ω؛ أي أنها تتناقص بدلاً من أن تتزايد كما في المحث الحقيقي. ^{[ 46 ]} وبالمثل، يتصرف المحث السالب كمكثف تزداد معاوقته مع التردد. تُعد المكثفات والمحثات السالبة دوائر "غير فوسترية" تُخالف نظرية فوستر للمفاعلة . ^{[ 127 ]} أحد التطبيقات قيد البحث هو إنشاء شبكة مطابقة نشطة قادرة على مطابقة هوائي مع خط نقل عبر نطاق واسع من الترددات، بدلاً من تردد واحد فقط كما هو الحال في الشبكات الحالية. ^{[ 128 ]} وهذا من شأنه أن يسمح بإنشاء هوائيات صغيرة الحجم ذات نطاق ترددي واسع ، ^{[ 128 ]} يتجاوز حد تشو-هارينغتون .

تُستخدم المذبذبات ذات المقاومة السالبة بشكل أساسي عند الترددات العالية في نطاق الموجات الميكروية أو أعلى، نظرًا لضعف أداء المذبذبات ذات التغذية الراجعة عند هذه الترددات. ^{[ 11 ] [ 116 ]} تُستخدم ثنائيات الميكروويف في المذبذبات منخفضة إلى متوسطة القدرة لتطبيقات مثل أجهزة قياس سرعة الرادار ، والمذبذبات المحلية لأجهزة استقبال الأقمار الصناعية . وهي مصدر شائع الاستخدام لطاقة الميكروويف، والمصدر الوحيد تقريبًا ذو الحالة الصلبة لطاقة الموجات المليمترية ^{[ 132 ]} وطاقة تيراهيرتز ^{[ 129 ].} تُنتج أنابيب التفريغ الميكروويفية ذات المقاومة السالبة ، مثل الماغنيترون، مخرجات طاقة أعلى ^{[ 117 ]} في تطبيقات مثل أجهزة إرسال الرادار وأفران الميكروويف . يمكن تصنيع مذبذبات الاسترخاء ذات التردد المنخفض باستخدام ترانزستورات الوصلة الأحادية (UJTs) ومصابيح التفريغ الغازي مثل مصابيح النيون .

لا يقتصر نموذج المذبذب ذي المقاومة السالبة على الأجهزة أحادية المنفذ كالصمامات الثنائية، بل يمكن تطبيقه أيضًا على دوائر المذبذبات ذات التغذية الراجعة التي تحتوي على أجهزة ثنائية المنفذ كالصمامات الترانزستورية والصمامات الإلكترونية . ^{[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 133 ]} إضافةً إلى ذلك، في المذبذبات الحديثة عالية التردد، تُستخدم الترانزستورات بشكل متزايد كأجهزة أحادية المنفذ ذات مقاومة سالبة كالصمامات الثنائية. عند ترددات الميكروويف، قد تصبح الترانزستورات غير مستقرة عند تطبيق أحمال معينة على أحد منافذها بسبب التغذية الراجعة الداخلية، وتُظهر مقاومة سالبة عند المنفذ الآخر. ^{[ 37 ] [ 88 ] [ 116 ]} لذا، تُصمم مذبذبات الترانزستور عالية التردد بتطبيق حمل تفاعلي على أحد المنافذ لإعطاء الترانزستور مقاومة سالبة، وتوصيل المنفذ الآخر عبر رنان لتكوين مذبذب ذي مقاومة سالبة كما هو موضح أدناه. ^{[ 116 ] [ 118 ]}

دائرة مذبذب ثنائي غان

دائرة مكافئة للتيار المتردد

يوضح مخطط الدائرة لمذبذب ثنائي غان الشائع ^{[ 21 ]} كيفية عمل مذبذبات المقاومة السالبة. يحتوي الثنائي D على مقاومة سالبة يتم التحكم فيها بالجهد ("من النوع N") ومصدر الجهد${\displaystyle V_{\text{b}}}$يؤدي ذلك إلى انحيازها إلى منطقة المقاومة السالبة حيث تكون مقاومتها التفاضلية${\displaystyle dv/di\;=\;-r}$يمنع ملف الخنق RFC مرور التيار المتردد عبر مصدر الانحياز. ^{[ 21 ]}${\displaystyle R}$تمثل المقاومة المكافئة الناتجة عن التخميد والفقد في دائرة الرنين المتسلسلة${\displaystyle LC}$بالإضافة إلى أي مقاومة للحمل. تحليل دائرة التيار المتردد باستخدام قانون كيرشوف للجهد يعطي معادلة تفاضلية لـ${\displaystyle i(t)}$، التيار المتردد ^{[ 21 ]}$${\displaystyle {\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}+{\frac {R-r}{L}}{\frac {di}{dt}}+{\frac {1}{LC}}i=0}$$ حل هذه المعادلة يعطي حلاً على شكل ^{[ 21 ]}$${\displaystyle i(t)=i_{0}e^{\alpha t}\cos(\omega t+\phi )}$$أين$${\displaystyle \alpha ={\frac {r-R}{2L}}\quad \omega ={\sqrt {{\frac {1}{LC}}-\left({\frac {r-R}{2L}}\right)^{2}}}}$$ هذا يدل على أن التيار المار عبر الدائرة،${\displaystyle i(t)}$، يتغير مع مرور الوقت حول نقطة التيار المستمر Q ،${\displaystyle I_{\text{bias}}}$عند بدء التشغيل من تيار ابتدائي غير صفري${\displaystyle i(t)=i_{0}}$يتذبذب التيار بشكل جيبي عند تردد الرنين ω للدائرة المضبوطة، بسعة ثابتة أو متزايدة أو متناقصة أُسّيًا ، اعتمادًا على قيمة α . ويعتمد ما إذا كانت الدائرة قادرة على الحفاظ على تذبذبات مستقرة على التوازن بين${\displaystyle R}$و${\displaystyle r}$المقاومة الموجبة والسالبة في الدائرة: ^{[ 21 ]}

1. 

   ${\displaystyle r<R\Rightarrow \alpha <0}$( الأقطاب في النصف الأيسر من المستوى المركب) إذا كانت المقاومة السالبة للدايود أقل من المقاومة الموجبة للدائرة الرنانة، فإن التخميد يكون موجبًا. أي تذبذبات في الدائرة ستفقد الطاقة على شكل حرارة في المقاومة.${\displaystyle R}$وتتلاشى بشكل أُسّي إلى الصفر، كما هو الحال في الدائرة الرنانة العادية. ^{[ 39 ]} لذلك فإن الدائرة لا تتذبذب.

2. 

   ${\displaystyle r=R\Rightarrow \alpha =0}$(أقطاب على محور jω ) إذا تساوت المقاومات الموجبة والسالبة، فإن المقاومة الكلية تساوي صفرًا، وبالتالي يكون التخميد صفرًا. يضيف الصمام الثنائي طاقة كافية لتعويض الطاقة المفقودة في الدائرة الرنانة والحمل، لذا فإن التذبذبات في الدائرة، بمجرد بدئها، ستستمر بسعة ثابتة. ^{[ 39 ]} هذا هو الشرط أثناء التشغيل المستقر للمذبذب.

3. 

   ${\displaystyle r>R\Rightarrow \alpha >0}$(الأقطاب في النصف الأيمن من المستوى المركب) إذا كانت المقاومة السالبة أكبر من المقاومة الموجبة، فإن التخميد يكون سالبًا، وبالتالي ستنمو التذبذبات بشكل أُسّي في الطاقة والسعة. ^{[ 39 ]} هذه هي الحالة أثناء بدء التشغيل.

تُصمَّم المذبذبات العملية في المنطقة (3) أعلاه، بمقاومة سالبة صافية، لبدء التذبذبات. ^{[ 118 ]} ومن القواعد العامة الشائعة الاستخدام جعل${\displaystyle R\;=\;r/3}$[ ^{14 ] [ 134 ]} عند تشغيل الطاقة، ^توفر الضوضاء الكهربائية في الدائرة إشارة${\displaystyle i_{0}}$لبدء تذبذبات تلقائية، تنمو بشكل أُسّي. ومع ذلك، لا يمكن لهذه التذبذبات أن تنمو إلى الأبد؛ إذ تحدّ اللاخطية في الصمام الثنائي في النهاية من سعتها.

عند السعات الكبيرة، تكون الدائرة غير خطية، لذا فإن التحليل الخطي المذكور أعلاه لا ينطبق بدقة وتكون المقاومة التفاضلية غير محددة؛ ولكن يمكن فهم الدائرة من خلال النظر في${\displaystyle r}$لتكون المقاومة "المتوسطة" خلال الدورة. عندما يتجاوز سعة الموجة الجيبية عرض منطقة المقاومة السالبة، ويمتد تأرجح الجهد إلى مناطق المنحنى ذات المقاومة التفاضلية الموجبة، فإن متوسط ​​المقاومة التفاضلية السالبة${\displaystyle r}$تصبح أصغر، وبالتالي المقاومة الكلية${\displaystyle R\;-\;r}$والتخميد${\displaystyle \alpha }$يصبح أقل سلبية ويتحول في النهاية إلى إيجابي. لذلك، ستستقر التذبذبات عند السعة التي يصبح عندها التخميد صفرًا، وهو الوقت الذي${\displaystyle r\;=\;R}$[ ^{21 ]​}

تتميز ثنائيات غان بمقاومة سالبة تتراوح بين -5 و -25 أوم. ^{[ 135 ]} في المذبذبات حيث${\displaystyle R}$قريب من${\displaystyle r}$إذا كان الجهد صغيرًا بما يكفي لبدء تشغيل المذبذب، فسيكون تأرجح الجهد محدودًا في الغالب بالجزء الخطي من منحنى التيار-الجهد ، وسيكون شكل موجة الخرج جيبيًا تقريبًا، وسيكون التردد أكثر استقرارًا. في الدوائر التي${\displaystyle R}$أقل بكثير${\displaystyle r}$، يمتد التأرجح إلى الجزء غير الخطي من المنحنى، ويكون تشوه القطع لموجة الخرج الجيبية أكثر حدة، ^{[ 134 ]} وسيعتمد التردد بشكل متزايد على جهد الإمداد.

يمكن تقسيم دوائر المذبذب ذي المقاومة السالبة إلى نوعين، يتم استخدامهما مع نوعين من المقاومة التفاضلية السالبة - يتم التحكم فيها بالجهد (VCNR) والتيار (CCNR) ^{[ 91 ] [ 103 ]}

• مذبذب المقاومة السالبة (المتحكم فيه بالجهد): نظرًا لأن أجهزة VCNR (من النوع N) تتطلب انحيازًا منخفض المعاوقة وتكون مستقرة عند معاوقات حمل أقل من r ، ^{[ 103 ]} فإن دائرة المذبذب المثالية لهذا الجهاز تأخذ الشكل الموضح في أعلى اليمين، مع مصدر جهد V _للتحيز لتحيز الجهاز في منطقة المقاومة السالبة، وحمل دائرة رنين متوازي LC . تتميز دائرة الرنين بمعاوقة عالية فقط عند تردد الرنين، لذا ستكون الدائرة غير مستقرة وستتذبذب فقط عند هذا التردد.

• مذبذب التوصيلية السالبة (المتحكم فيه بالتيار): على النقيض من ذلك، تتطلب أجهزة CCNR (من النوع S) انحيازًا عالي المقاومة وتكون مستقرة عند مقاومة حمل أكبر من r . ^{[ 103 ]} تشبه دائرة المذبذب المثالية تلك الموجودة في أسفل اليمين، مع انحياز مصدر تيار I _bias (والذي قد يتكون من مصدر جهد موصول على التوالي مع مقاومة كبيرة) ودائرة رنين متسلسلة LC . تتميز دائرة LC المتسلسلة بمقاومة منخفضة فقط عند تردد رنينها، وبالتالي ستتذبذب عند هذا التردد فقط.

معظم المذبذبات أكثر تعقيدًا من مثال ثنائي غان، حيث قد يمتلك كل من الجهاز الفعال والحمل مفاعلة ( X ) بالإضافة إلى مقاومة ( R ). تُصمم مذبذبات المقاومة السالبة الحديثة بتقنية مجال التردد التي ابتكرها كانيوكي كوروكاوا. ^{[ 88 ] [ 118 ] [ 136 ]} يُفترض أن مخطط الدائرة مقسم بواسطة " مستوى مرجعي " (باللون الأحمر) يفصل جزء المقاومة السالبة، وهو الجهاز الفعال، عن جزء المقاومة الموجبة، وهو دائرة الرنين وحمل الخرج (على اليمين) . ^{[ 137 ]} المعاوقة المركبة لجزء المقاومة السالبة${\displaystyle Z_{N}=R_{N}(I,\omega )+jX_{N}(I,\omega )}$يعتمد على التردد ω ولكنه غير خطي أيضًا، ويتناقص عمومًا مع سعة تيار التذبذب المتردد I ؛ بينما جزء الرنان${\displaystyle Z_{L}=R_{L}(\omega )+jX_{L}(\omega )}$خطي، ويعتمد فقط على التردد. ^{[ 88 ] [ 117 ] [ 137 ]} معادلة الدائرة هي${\displaystyle (Z_{N}+Z_{L})I=0}$لذا، لن يتذبذب (سيكون له تيار غير صفري) إلا عند التردد ω والسعة I التي تكون عندها المعاوقة الكلية${\displaystyle Z_{N}+Z_{L}}$يساوي صفرًا. ^{[ 88 ]} وهذا يعني أن مقدار المقاومات السالبة والموجبة يجب أن يكون متساويًا، وأن المفاعلات يجب أن تكون مترافقة. ^{[ 85 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 137 ]}

$${\displaystyle R_{N}\leq -R_{L}}$$و$${\displaystyle X_{N}=-X_{L}}$$ في حالة التذبذب المستقر، تُستخدم علامة المساواة. أما أثناء بدء التشغيل، فتُستخدم علامة عدم المساواة، لأن الدائرة يجب أن تحتوي على مقاومة سالبة زائدة لبدء التذبذبات. ^{[ 85 ] [ 88 ] [ 118 ]}

_{بدلاً من ذلك، يمكن التعبير عن} شرط التذبذب باستخدام معامل الانعكاس . ^{[ 85 ]} _{يمكن تقسيم} شكل موجة الجهد عند المستوى المرجعي إلى مركبة V1 تنتقل باتجاه جهاز المقاومة السالبة ومركبة V2 تنتقل في الاتجاه المعاكس، باتجاه جزء الرنان. معامل انعكاس الجهاز الفعال${\displaystyle \Gamma _{N}=V_{2}/V_{1}}$أكبر من واحد، بينما ذلك الخاص بجزء الرنان${\displaystyle \Gamma _{L}=V_{1}/V_{2}}$أقل من واحد. أثناء التشغيل، تنعكس الموجات ذهابًا وإيابًا في مسار دائري، لذا فإن الدائرة ستتذبذب فقط إذا ^{[ 85 ] [ 117 ] [ 137 ]}$${\displaystyle |\Gamma _{N}\Gamma _{L}|\geq 1}$$ كما ذُكر أعلاه، تُحدد المساواة شرط التذبذب المستقر، بينما تُشترط المتباينة أثناء بدء التشغيل لتوفير مقاومة سالبة زائدة. تُشابه الشروط المذكورة أعلاه معيار باركهاوزن للمذبذبات ذات التغذية الراجعة؛ فهي ضرورية ولكنها غير كافية، ^{[ 118 ]} لذا توجد بعض الدوائر التي تُحقق المعادلات ولكنها لا تتذبذب. وقد اشتق كوروكاوا أيضًا شروطًا كافية أكثر تعقيدًا، ^{[ 136 ]} والتي تُستخدم غالبًا بدلًا من ذلك. ^{[ 88 ] [ 118 ]}

دائرة التيار المتردد المكافئة لمضخم الانعكاس

مضخم موجات ميكروية بتردد 8-12 جيجاهرتز يتكون من مضخمين انعكاسيين متتاليين من نوع ثنائي النفق

إحدى الدوائر المستخدمة على نطاق واسع هي دائرة مكبر الانعكاس، حيث يتم الفصل باستخدام دائرة دائرية . ^{[ 86 ] [ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]} الدائرة الدائرية هي مكون إلكتروني غير تبادلي بثلاثة منافذ (موصلات) ينقل الإشارة المطبقة على أحد المنافذ إلى المنفذ التالي في اتجاه واحد فقط، من المنفذ 1 إلى المنفذ 2، ومن 2 إلى 3، ومن 3 إلى 1. في مخطط مكبر الانعكاس، تُطبق إشارة الدخل على المنفذ 1، ويتم توصيل ثنائي مقاومة سالبة VCNR منحاز (N) عبر مرشح (F) بالمنفذ 2، وتُوصل دائرة الخرج بالمنفذ 3. تمر إشارة الدخل من المنفذ 1 إلى الثنائي عند المنفذ 2، ولكن إشارة التضخيم "المنعكسة" الخارجة من الثنائي تُوجه إلى المنفذ 3، لذا يكون الاقتران بين الخرج والدخل ضئيلاً. المعاوقة المميزة${\displaystyle Z_{0}}$تُطابق مقاومة خطوط نقل الإدخال والإخراج ، والتي تبلغ عادةً 50 أوم، مع مقاومة منفذ المُدوِّر. ويتمثل الغرض من المرشح F في توفير المقاومة الصحيحة للدايود لضبط الكسب. عند ترددات الراديو، لا تُعتبر ثنائيات NR أحمالًا مقاومة بحتة، بل لها مفاعلة، لذا يتمثل الغرض الثاني للمرشح في إلغاء مفاعلة الدايود بمفاعلة مُرافقة لمنع الموجات المستقرة. ^{[ 140 ] [ 141 ]}

يحتوي المرشح على مكونات تفاعلية فقط، وبالتالي لا يمتص أي طاقة بنفسه، لذا تنتقل الطاقة بين الصمام الثنائي والمنافذ دون فقد. طاقة إشارة الدخل إلى الصمام الثنائي هي $${\displaystyle P_{\text{in}}=V_{I}^{2}/R_{1}}$$ القدرة الخارجة من الصمام الثنائي هي $${\displaystyle P_{\text{out}}=V_{R}^{2}/R_{1}}$$ لذا فإن زيادة الطاقة${\displaystyle G_{P}}$إن معامل الانعكاس للمضخم هو مربع معامل الانعكاس ^{[ 138 ] [ 140 ] [ 141 ]}$${\displaystyle G_{\text{P}}={P_{\text{out}} \over P_{\text{in}}}={V_{R}^{2} \over V_{I}^{2}}=|\Gamma |^{2}}$$

$${\displaystyle |\Gamma |^{2}=\left|{Z_{N}-Z_{1} \over Z_{N}+Z_{1}}\right|^{2}}$$$${\displaystyle |\Gamma |^{2}=\left|{R_{N}+jX_{N}-(R_{1}+jX_{1}) \over R_{N}+jX_{N}+R_{1}+jX_{1}}\right|^{2}}$$${\displaystyle R_{\text{N}}}$تمثل المقاومة السالبة للدايود − r . بافتراض أن المرشح متطابق مع الدايود،${\displaystyle X_{1}=-X_{N}}$^{[ 140 ]} إذن يكون الربح هو $${\displaystyle G_{\text{P}}=|\Gamma |^{2}={(r+R_{1})^{2}+4X_{N}^{2} \over (r-R_{1})^{2}}}$$ مضخم انعكاس VCNR المذكور أعلاه مستقر لـ${\displaystyle R_{1}<r}$[ ^{140 ]} بينما يكون مضخم CCNR مستقرًا ^لـ${\displaystyle R_{1}>r}$يتضح أن مضخم الانعكاس يمكن أن يحقق كسبًا غير محدود، يقترب من اللانهاية عندما${\displaystyle R_{1}}$يقترب من نقطة التذبذب عند${\displaystyle r}$[ ^{140 ]} هذه سمةٌ مميزةٌ لجميع مضخمات NR، ^{[ 139 ]} على عكس سلوك مضخمات ثنائية المنافذ، التي تتميز عمومًا بكسب محدود ولكنها غالبًا ما تكون مستقرةً بشكلٍ مطلق. عمليًا، يكون الكسب محدودًا بسبب اقتران "التسريب" العكسي بين منافذ المُدوِّر ^.