Cours électroniques

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Table des matières

TABLE DES MATIERES

CHAPITRE PREMIER : LA DIODE SEMI-CONDUCTRICE………………………… CHAPITRE DEUXIEME : LES AUTRES TYPES DE DIODES……………………….. CHAPITRE TROISIEME : LE TRANSISTOR BIPOLAIRE…………………………... CHAPITRE QUATRIEME : LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE……………… CHAPITRE CINQUIEME : LE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP………………… CHAPITRE SIXIEME : LES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS PARFAITS……

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CHAPITRE PREMIER

LA DIODE SEMI-CONDUCTRICE.

LA DIODE SEMI-CONDUCTRICE

I – Les Semi conducteurs

Les semi-conducteurs sont des matériaux dont la conductivité, comme le montre le tableau 1.1, est intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants.

Matériaux Conducteurs Semi-conducteurs Isolants Conductivité (S/cm) 102 – 106 10-6 – 102 10-16 – 10-8

CHAPITRE PREMIER

Tab 1.1. Zone de charge d’espace dans une jonction PN

Il faut souligner que la conductivité des semi-conducteurs, à la différence de celle des conducteurs et des isolants, dépend fortement de leur pureté, de la température et d’autres quantités physiques et chimiques. Ainsi, il est possible aux semi-conducteurs de se comporter tantôt comme des conducteurs (laisser passer le courant électrique) tantôt se comporter comme des isolants (bloquer le passage du courant électrique) suivants certaines conditions qui seront présentées dans les paragraphes suivants. Cette propriété présente leur principal avantage : la construction de la plus part des composants électroniques. Parmi les semi-conducteurs, on peut citer : le Silicium (Si), le Germanium (Ge), le Sélénium (Se), …etc. Le silicium reste néanmoins le semi-conducteur le plus utilisé en électronique. I – 1 – Les Semi-conducteurs intrinsèques Un semi-conducteur est constitué par un réseau cristallin de matériau très pur. On utilise soit des éléments du tableau périodique possédant chacun 4 électrons de valence, soit des combinaisons de matériaux qui possèdent 3 et 5 électrons de valence. Les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes. Ces liaisons sont robustes, ce qui fait que pour arracher des électrons des atomes, il faut fournir une énergie assez importante (environ 1eV, contre 0,1eV pour les conducteurs et 5eV pour les isolants). L’agitation thermique fait que certains électrons quittent leur liaison et deviennent des électrons libres. Ils créent alors un trou qui ne demande qu'à être rebouché par un autre électron libre, surtout si on applique un champ électrique sur le cristal : électrons et trous se déplacent en sens inverse, engendrant ainsi un courant électrique. La résistivité des semi-conducteurs diminue quand la température augmente : en effet, plus la température est élevée, plus le nombre de trous et d’électrons libres augmente, et plus le courant produit est intense quand on branche un générateur sur le cristal. I – 2 – Les Semi-conducteurs extrinsèques L’utilité des semi-conducteurs intrinsèques est sévèrement limitée à cause de leur faible conductivité. Ainsi, et afin d’augmenter sa conductivité et de le rendre utilisable, on introduit à l’intérieur du cristal semi-conducteur des atomes étrangers, appelés atomes d’impuretés.

Sejir Khojet El Khil – Support de cours – Fonctions électroniques – Iset’Com 2008

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CHAPITRE PREMIER

LA DIODE SEMI-CONDUCTRICE.

Le processus d’ajout d’impureté s’appelle dopage. L’objectif du dopage est l’augmentation du nombre d’électrons libres et du nombre de trous. Le semi-conducteur dopé est dit alors extrinsèque. A titre d’exemple, pour le silicium possédant quatre électrons de valence, le dopage consiste à ajouter des atomes d’impuretés possédant trois électrons de valence (trivalent) ou cinq électrons de valence (pentavalent). On distingue alors deux types de dopages : la dopage de type P et le dopage de type N. I – 2 – 1 – Semi-conducteur de type P Si un atome trivalent (indium, bore) est introduit dans le cristal de silicium, ses trois électrons de valence entrent en liaison covalente avec trois atomes de silicium voisins (figure1.1 (a)). La liaison avec le quatrième atome de silicium voisin reste incomplète. Ce manque d’électron périphérique au niveau de la liaison, donne naissance à un trou. L’atome de l’impureté devient un ion négatif. Un tel atome d’impureté est dit accepteur, car il a tendance à capter un électron de valence voisin pour compléter la liaison covalente. Le semi-conducteur extrinsèque est appelé dans cas de figure un semi-conducteur de type P. Dans un semi-conducteur de type P, les trous sont les porteurs de charges majoritaires et les électrons sont minoritaires. I – 2 – 1 – Semi-conducteur de type N Dans le cas d’un semi-conducteur de type N, l’atome d’impureté est pentavalent (phosphore, arsenic). Lorsqu’il est introduit dans le cristal de silicium, quatre de ses électrons de valence entrent en liaison avec quatre atomes de silicium voisins (figure1.1 (b)). Le cinquième électron se trouve en surnombre et a tendance à devenir libre. L’atome de l’impureté devient un ion positif. Un tel atome d’impureté est dit donneur puisqu’il fournit des électrons libres supplémentaires. Le semi-conducteur extrinsèque est appelé dans cas de figure un semiconducteur de type N. Dans un semi-conducteur de type N, les électrons sont les porteurs de charges majoritaires et les trous sont minoritaires.

Si

Trou

Si

Electron libre

Si

B

Si

Si

P

Si

Si

Si

a/

b/

Fig. 1.1. Semi-conducteurs de type P (a) et de type N (b)

I – 3 – La jonction PN Lorsque un semi-conducteur de type P est mis en contact avec un semi-conducteur de type N, comme l’illustre la figure 1.2, une jonction PN est créée. Cette jonction possède une caractéristique particulière : la capacité de laisser passe le courant dans un seul et unique sens.

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CHAPITRE PREMIER

LA DIODE SEMI-CONDUCTRICE.

Avant de comprendre le fonctionnement de la jonction PN, rappelons que dans un pareil semi-conducteur quatre types de charges existent : - Charges fixes : ions positifs (cristal de type N) et ions négatifs (cristal de type P). - Charges mobiles : électrons (porteurs majoritaires dans le cristal de type N) et trous (porteurs majoritaires dans le cristal de type P). I – 2 – 1 – Jonction PN non polarisée Au moment de la réunion des deux cristaux (type P et type N), un processus de diffusion se déclenche : les porteurs majoritaires, au voisinage immédiat de la jonction, vont diffuser du côté où ils sont minoritaires. Ainsi, les trous vont diffuser du côté P au côté N ; de même, les électrons diffusent de la région N à la région P (figure 1.2). En arrivant dans la région N, les trous se recombinent avec les électrons libres. De même, en arrivant dans la région P, les électrons se recombinent avec des trous.

Région P Région N

ion négatif trou Sens de diffusion des trous Sens de diffusion des électrons ion positif électron libre

Fig. 1.2. Jonction PN non polarisée

Lorsque les électrons diffusent vers la région P, il y a création dans la région N, au voisinage de la jonction, une zone contenant des charges positives immobiles. Pareillement, lorsque les trous diffusent vers la région N, il y a création dans la région P, au voisinage de la jonction, une zone contenant des charges négatives immobiles. Ainsi, va prendre naissance des deux côtés de la jonction, une zone pratiquement vide de porteurs libres appelée Zone de charge d’espace. Cette zone est chargée positivement côté N et négativement côté P.

Région P

r Eint

Région