Autres composants semi-conducteurs

L'électronique continue de s'améliorer et de créer de nouveaux composants pour répondre aux exigences d'un marché en constante évolution.

Même si la diode et le transistor bipolaire sont très performants et encore très employés aujourd'hui, les chercheurs ont tout de même développé d'autres produits pour répondre aux nouveaux besoins.

Par exemple, la cuisinière électrique est un appareil électroménager qui répond parfaitement à la majorité des besoins. Pourtant, depuis quelques années, nous assistons à l'apparition des fours à micro-ondes et des fours à convection.

Vous découvrirez, au cours de cette étude, les principaux composants semi-conducteurs autres que la diode et le transistor bipolaire.

Les transistors à effet de champ, ou TEC, sont souvent identifiés par leur signe anglais FET, pour "Field effect transistor".

Il existe deux sortes de FET soit :

• JFET : pour le TEC à jonction ;
• MOSFET : pour le TEC à grille isolée.

Les transistors à effet de champ sont des dispositifs unipolaires.

Contrairement au transistor bipolaire qui utilise un faible courant d'entrée.

Pour commander un courant de sortie plus élevé, le transistor à effet de champ fonctionne sur le principe d'un champ électrique pour commander le courant.

Ce comportement lui confère ses deux principales qualités :

- une impédance d'entrée extrêmement élevée,

- une consommation énergétique d'environ 20 fois moindre que celle du transistor bipolaire.

TEC à jonction :

La structure physique du TEC à jonction comporte trois bornes.

La borne centrale entoure le canal du transistor.

Il existe deux types de TEC à jonction :

• soit à canal N,
• soit à canal P.

La figure suivante montre, de façon schématique, les principales différences entre les technologies à effet de champs et bipolaires.

TEC à jonction :

On peut remarquer que, dans ce cas-ci, on utilise les lettres P, D et S, lesquelles signifient :

P = porte (G = gate en anglais) ;

D = drain ;

S = source.

Disons d'abord que le canal d'un TEC à jonction est normalement en conduction lorsqu'une tension adéquate polarise le drain et la source.

La commande du courant de canal s'obtient ensuite proportionnellement à l'application d'une tension inverse à la porte du transistor (figure ci-dessous).

Cette polarisation inverse de la porte provoque un champ électrique qui rétrécit le canal (région grise), forçant ainsi le courant de canal à diminuer.

La figure ci-dessous montre la polarisation de ce type de transistor.

Polarisation d'un TEC à jonction :

TEC à grille isolée :

Le TEC à grille isolée, ou MOSFET (Metal oxyde semi-conductor field effect transistor) est une amélioration du TEC à jonction.

Ce type de dispositif consiste à l'isolation de la porte par une mince couche d'oxyde de métal, ce qui rend le MOSFET moins fragile que le TEC à jonction face au courant de porte en sens direct.

Ce courant pouvant être fatal pour le TEC à jonction.

La figure suivante présente le schéma d'un MOSFET.

TEC à grille isolée :

Les deux sortes de TEC sont, comme les transistors bipolaires, utilisés en amplification ou en commutation.

La famille des thyristors regroupe un grand nombre de composants constitués de plusieurs couches PN (entre 3 et 5).

Ils possèdent deux états bien définis :

1. lorsque le courant passe librement, on dit que le thyristor est en état passant (court-circuit) ;
2. lorsque le courant est nul, le thyristor devient à l'état bloqué (circuit ouvert).

La figure suivante présente quelques-uns des thyristors accompagnés de leur symbole.

Les plus répandus en industrie sont le thyristor unidirectionnel (SCR) et le thyristor bidirectionnel (TRIAC).

Différents types de thyristors :

Il existe plusieurs autres types de thyristors que vous ne verrez pas dans ce cours.

Les circuits intégrés sont des composants qui réunissent dans un espace très restreint (une puce) plusieurs transistors et autres composants électroniques.

Ces circuits sont trés largement utilisés dans tous les domaines de l'électronique.

La figure suivante présente un circuit intégré contenant un circuit électronique complet.

Circuit intégré :

De nos jours les circuits intégrés contiennent de plus en plus de fonctions complexes.

Les microprocesseurs utilisés dans les micro-ordinateurs intègrent des millions de transistors sur la même puce.

Un exemple de circuit intégré très répandu maintenant en électronique est l'amplificateur intégré linéaire (A.I.L.) anciennement appelé amplificateur opérationnel car il permettait dans ses premières applications de réaliser des opérations sur les signaux.

La figure suivante donne deux symboles rencontrés pour représenter l'A.I.L.

Amplificateur intégré linéaire :

Le symbole de gauche fait apparaître l'alimentation du circuit. En général ces circuits utilisent une alimentation symétrique par rapport au 0 v (exemple + 12 v, 0 v, - 12 v).

Le symbole de droite ne faisant pas apparaître l'alimentation bien que celle-ci soit présente, il sera nécessaire d'apporter une précision écrite sur le schéma (exemple : les A.I.L. sont alimentés en + 12 v, - 12 v).

Fonctionnement :

L'A.I.L. est un amplificateur de tension, en effet la tension Ve d'entrée est amplifiée par le circuit pour donner une tension Vs en sortie :

Vs = K · Ve avec K gain de l'A.I.L.

K est très grand, de l'ordre de plusieurs millions, ce qui explique la forme de la caractéristique donnée sur la figure ci-dessous.

Lorsque la tension Ve est de l'ordre de quelques millivolts l'A.I.L. amplifie cette tension et fournit une tension Vs de quelques volts.

L'A.I.L. fonctionne en amplification.

Par contre si la tension Ve devient trop importante, la tension de sortie est limitée par les alimentations et l'A.I.L. fournit une tension de sortie constante, il fonctionne en commutation.