Petit atlas de science moderne








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3) Les transistors et ses principales applications


Les transistors ont 2 applications principales : l’amplification de tension et/ou courant

(radios, Gsm, etc.…) et la fonction de porte logique (dans les calculateurs et ordinateurs). Il est réalisé en juxtaposant 2 diodes en opposition : NP + PN ce qui donne NPN

PN + NP ce qui donne PNP

La première entrée est appelée l’émetteur, la seconde qui est assez courte en distance et primordiale dans le fonctionnement s’appelle la base. La sortie est appelée collecteur. Pour faire fonctionner le transistor, on polarise la jonction émetteur base en sens passant ce qui laisse passer du courant et donc des électrons. Ensuite, la deuxième jonction est polarisée en sens bloquant, cependant les électrons étant lancé par la première jonction, ils continuent leur trajectoire et traversent la deuxième jonction par leur inertie mécanico-électrique. Cela donne donc une amplification en tension dans la cas d’amplification de tension du transistor et cela donne une porte logique (commandée par la base) dans le cas des calculateurs et des ordinateurs.

On peut écrire des essais d’équations correctes de la façon suivante :

Soit le transistor :



Classiquement pour un utilisateur, les tensions différentielles Veb et Vec sont accessibles mais les dimensions Leb et Lbc sont des secrets du constructeur. On peut donc écrire en science :

Pour l’accélération : E (V/m) = Veb/Leb

De l’équation de force, on tire :
Δv (m/s) = ∫Fe/me dt = q*E*t/me = Q/me *Veb/Leb * t

p.ex. = 10-19/10-31 0.6 / 10-4 t

Leb = ∫ Δv dt = v0*t + Q/me *Veb/Leb * t2/2

p.ex. : 10-4 = 3 106 t +10-19/10-31 0.6 / 10-4 t2/2 -> t = 3 10-11 sec

Δv = 2 105 m/s

Pour le freinage : E (V/m) = Vbc/Lbc

De l’équation de force, on tire :
Δv (m/s) = ∫-Fe/me dt = -q*E*t/me = -Q/me *Vbc/Lbc * t

p.ex. = -10-19/10-31 0.6 / 10-4 t

Lbc = ∫ Δv dt = v0*t - Q/me *Vbc/Lbc * t2/2

p.ex. : 10-4 = 3.2 106 t -10-19/10-31 0.6 / 10-4 t2/2 -> t = 3 10-11 sec

Δv = 2 105 m/s
En rajoutant Boltzmann, on peut remarquer les effets de température utilisées pour la mesure par la formule : e-V I / k T = Cste du transistor.
Les caractéristiques simples complètes d’un transistor branché sont les suivantes :



On obtient le gain en tension mesuré au voltmètre : hFE = DVc/DVeb (vaut typiquement 80).

C’est ce qui est utilisé notamment en logique.

On donne ci-après un montage en pré amplification sonore :


Pour les applications de puissance, il vaut mieux utiliser un gain en courant et les équations d’Ebers et Molls.
En ce qui concerne la logique, il faut absolument réaliser les circuits de base des portes élémentaires GO, NOT, ET et OU avec en plus un séquenceur.


4) Circuits intégrés et autres composants


A partir des éléments de base (diodes, transistors, résistances, capacités, etc.…), on réalise en miniature, avec des échelles propres allant jusqu’à la nanotechnologie, des petits circuits électroniques que l’on inclut dans un support de base. Il en résulte un petit circuit électronique qui a une infinité de propriétés possible. C’est cela que l’on appelle Circuits Intégrés (CI) allant jusqu’aux asics en passant par le microprocesseur (calcul) et le microcontrôleur (calcul, mesure et commande). On étudiera plus en détails la réalisation de cet élément dans le chapitre suivant.

Voici quelques-uns des circuits électroniques les plus connus :

-Amplificateur opérationnel

-Temporisateur

-Compteur

-Glissement logique (shift)

-Déclencheur (trigger)

-DAC (Digital to Analog Converter) : Convertisseur digital vers analogique

-ADC (Analog to Digital Converter) : Convertisseur analogique ver digital

-Multiplexeur

-ALU dans un microprocesseur (Arithmétic and Logic Unit) : unité de calcul et de logique

-Sélectionneur de mémoire
Ces circuits doivent être utilisés en suivant la notice de base du constructeur et il faut les implanter sur une carte électronique via des soudures ou des connecteurs de broches. Classiquement, il y a une tension de référence de masse, une tension maximale de référence et de mise sous tension et des broches de contacts avec la commande des différentes fonctions du circuit intégré.
Pour les applications générales, il existe d’autres éléments et le lecteur consultera une bibliothèque spécialisée. Il s’agit de thyristor(interrupteur de puissance), triac (interrupteur courant alternatif de puissance), générateur fréquentiel, antenne miniaturisée, cellule solaire, mesure atomique et fréquence par quartz, diodes Zener, etc.…
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