électronique

3.2.

4

Transistor

Un transistor est un élément solide composé de semi-conducteurs, matériaux tels que le silicium ou le germanium, auxquels on a ajouté de très faibles quantités d'éléments étrangers. Ces matériaux « dopés » possèdent un excédent ou un défaut d'électrons libres, suivant le type de semi-conducteur choisi (type N dans le premier cas, type P dans le second). En combinant les matériaux de type N et de type P, on peut fabriquer une diode. Lorsque cette diode est reliée à une pile de sorte que le matériau de type P possède une charge positive et que le matériau de type N une charge négative, les électrons sont alors repoussés par le pôle négatif de la pile et migrent librement vers la région P qui manque d'électrons. Lorsqu'on inverse les pôles de la pile, les électrons parvenant au matériau P traversent difficilement ce matériau déjà rempli d'électrons libres : le courant est alors quasiment nul. Par conséquent, une telle diode ne laisse bien passer le courant que dans un sens.

Le transistor bipolaire a été inventé en 1948 pour remplacer la triode. Il est constitué de trois couches de matériau dopé, formant deux jonctions bipolaires P-N : on obtient ainsi les configurations P-N-P ou N-P-N. L'une des jonctions est polarisée dans le sens direct, permettant ainsi aux électrons de traverser cette jonction, tandis que l'autre jonction est polarisée dans le sens inverse. Si le courant dans la jonction à polarisation directe est modifié par adjonction d'un autre signal, le courant dans la jonction à polarisation inverse variera en conséquence. Sur ce principe, il est possible de construire des amplificateurs où un signal de faible amplitude, appliqué à la jonction à polarisation directe, modifie notablement le courant de la jonction à polarisation inverse.

Il existe un autre type de transistor, le transistor à effet de champ (TEC), qui fonctionne sur le principe de la répulsion ou de l'attraction des charges dues à un champ électrique. Sur ce transistor, le courant est amplifié de manière similaire à celui de la grille d'un tube à vide. Les transistors à effet de champ sont plus efficaces que les transistors bipolaires, car ce type de transistor peut contrôler un signal de forte intensité à l'aide d'une très petite quantité d'énergie. Voir Transistor.

3.3

Circuits intégrés et microprocesseurs

La plupart des circuits intégrés sont composés de petites tranches de 2 à 4 mm², appelées « puces », de silicium ou d'arséniure de gallium, sur lesquelles sont placées des dizaines de milliers de transistors grâce à la technique de la photolithographie (voir Lithographie). Sur ces puces, les zones N et P des transistors sont interconnectées par des microfilms conducteurs. Ces circuits complexes, destinés à des applications spécifiques, sont dits monolithiques, car ils sont fabriqués sur un seul monocristal de silicium. Voir Circuit intégré.

Comparées à un circuit équivalent réalisé à partir de transistors séparés, les puces nécessitent moins d'espace et d'énergie, tout en pouvant être produites à moindres frais.

Un microprocesseur est un processeur miniaturisé dont les éléments sont rassemblés sur un unique circuit intégré. Pouvant contenir plusieurs centaines de milliers de transistors, il est très employé en électronique, et particulièrement en informatique. Voir Microprocesseur.

3.4

Capteurs et transducteurs

Les capteurs et les transducteurs servent à mesurer des grandeurs mécaniques, thermiques, électriques ou chimiques. Un capteur est sensible aux variations de la grandeur mesurée, par exemple la température d'un élément, la position d'une pièce d'une machine, ou la concentration chimique d'une solution. Les valeurs ainsi mesurées sont alors converties en signaux électriques par le transducteur, puis transmises à un dispositif capable de lire, enregistrer ou contrôler les grandeurs mesurées par rétroaction (voir Automatisation). Capteurs et transducteurs peuvent opérer dans des sites éloignés de l'opérateur, voire dans un environnement inaccessible ou hostile à l'être humain.

3.5

Amplificateurs

Les amplificateurs électroniques sont utilisés pour augmenter la tension, l'intensité ou la puissance d'un signal électrique. Un amplificateur linéaire ne produit presque pas de distorsion : l'amplitude du signal de sortie est alors proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée. En revanche, un amplificateur non-linéaire peut modifier considérablement la forme du signal. L'amplificateur linéaire est utilisé pour amplifier les signaux vidéo et audio, alors que l'amplificateur non-linéaire est employé dans les oscilloscopes, les modulateurs (voir Radio), les mélangeurs de signaux et les circuits logiques. Bien que les tubes à vide aient joué un rôle prépondérant dans la technique d'amplification, les amplificateurs actuels utilisent généralement des transistors ou des circuits intégrés.

3.5.

1

Amplificateur audio

Un amplificateur audio, que l'on trouve notamment sur les radios, télévisions et radiocassettes, est généralement exploité dans une bande de fréquences inférieures à 20 kHz (1 kHz = 1 000 cycles/s). Il amplifie un signal électrique, qui est ensuite transformé en onde sonore et diffusé dans un haut-parleur. La plupart des amplificateurs audio sont des amplificateurs opérationnels, amplificateurs linéaires composés de plusieurs étages et constitués de circuits intégrés.