Divers transistors • Inventés en 1948
A la suite de travaux sur les semi-conducteurs les chercheurs Bardeen, Brattain et Schockley des laboratoires Bell ont inventé le premier transistor en 1948.
Après une période de quelques années, l’industrialisation se met en place et, les années 1954 avec les premiers postes de radio à transistors et 1956 avec le prix Nobel de physique pour les trois découvreurs marqueront le début d’une aventure qui est encore en cours aujourd’hui.
- Dès leur création, ils sont plus petits, plus léger, plus fiable que les tubes qu’ils peuvent remplacer.
- Ils consomment beaucoup moins de puissance, dissipent moins d’énergie et sont plus rapidement utilisables lors de leur mise sous tension puisque ne nécessitant pas de préchauffage.
- Ils fonctionnent avec des tensions faibles, permettant ainsi une utilisation sur batterie et donc une certaine mobilité.
Si les premiers transistors ont été à jonctions (NPN ou PNP) de nombreuses autres familles ont suivi qui ont utilisé des techniques d’effet de champ (MOS FET, CMOS, JFET….)
Comme les tubes (pentode, triode) ils permettent une amplification des signaux ou peuvent être utilisés en commutation (comme un relais).
En savoir (pas beaucoup) plus sur semi-conducteurs et transistors
Les semi-conducteurs sont des éléments intermédiaires entre les isolants et les conducteurs.
Pour être simpliste, voire caricatural :
- les conducteurs disposent de suffisamment d’électrons relativement mobiles pour qu’une sollicitation (chaleur, champs…) les amène à se déplacer produisant ainsi un courant.
- Les isolants ne sont constitués que d’électrons fortement accrochés à leur molécule et ne sont donc pas capable, même avec une sollicitation de faire bouger des flux d’électrons donnant un courant
- Les semi-conducteurs disposent de quelques électrons libres qui sollicités peuvent amener à un faible courant.
Ces semi-conducteurs existent à l’état naturel mais sont le plus souvent fabriqués par un processus visant à apporter ponctuellement des « impuretés » comportant un excès (respectivement un manque) d’électrons. Ces électrons (respectivement trous) en excès sont la source de la conductivité supplémentaire ajoutée à l’isolant.
Avec une jonction on retrouve la diode
Une jonction P-N est créée par la mise en contact d’un semi-conducteur dopé N (avec électrons) et d’un semi-conducteur dopé P (avec trous).
Si l’on applique une tension positive du côté de la région P, les porteurs majoritaires positifs (les trous) sont repoussés vers la jonction. Dans le même temps, les porteurs majoritaires négatifs du côté N (les électrons) sont attirés vers la jonction. Arrivés à la jonction, des porteurs se recombinent, d’autres continuent leur course au travers de l’autre semi-conducteur jusqu’à atteindre l’électrode opposée : le courant circule, l’expérience montre que son intensité varie en exponentielle de la tension.
Si la différence de potentiel est inversée, les porteurs majoritaires des deux côtés s’éloignent de la jonction, bloquant ainsi le passage du courant à son niveau. La jonction P-N ce comporte comme une diode.
Et avec deux jonctions… un transistor à jonctions
Une troisième région peut être dopée pour former des doubles jonctions N-P-N ou P-N-P qui forment les transistors bipolaires.
Dans ce cas-là, les deux semi-conducteurs de même type sont appelés « émetteur » et « collecteur ».
Le semi-conducteur situé entre l’émetteur et le collecteur est appelé « base » ; il a une épaisseur de l’ordre du micromètre.
Lorsqu’on polarise la jonction émetteur-base en direct, celle-ci est passante alors que la jonction base-collecteur est bloquée. Cependant la base est assez fine pour permettre aux nombreux porteurs majoritaires injectés depuis l’émetteur (fortement dopé) de la traverser avant d’avoir le temps de se recombiner. Ils se retrouvent ainsi dans le collecteur, produisant un courant contrôlé par ce courant de base.(On retrouve ainsi des similitude avec le fonctionnement de la triode)
Et les transistors à effet de champ ?
Contrairement au transistor bipolaire la grille agit par « effet de champ » (d’où son nom) et non par passage d’un courant électrique. (Ce qui les rend encore plus semblables à la triode.)
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