Mois : novembre 2024

le tube électronique

Structure générale

Les tubes électroniques désignent les composants qui utilisent des électrodes, placées dans le vide ou dans un gaz rare¹, isolées entre elles par ce milieu, et comprenant au moins une source d’électrons. Une enveloppe résistante à la température isole l’ensemble de l’extérieur. Bien que l’enveloppe soit généralement en verre, les tubes de puissance utilisent souvent la céramique et le métal. Les électrodes sont reliées aux terminaisons qui passent au travers de l’enveloppe par des passages étanches. Sur la plupart des tubes, les terminaisons sont des broches prévues pour être installées dans un support de tube électronique pour un remplacement facile².

Effet thermoïonique

Les tubes à vide utilisent l’effet thermoïonique pour créer des électrons libres puis les diriger et les moduler. À l’origine, le tube à vide ressemble à une lampe à incandescence, car il possède un filament chauffant à l’intérieur d’une enveloppe de verre vidée d’air³. Quand il est chaud, le filament relâche des électrons dans le vide : ce processus est appelé émission thermoïonique. Il en résulte un nuage d’électrons, dont la charge est négative, appelé « charge d’espace ». Les tubes à chauffage direct ne sont plus utilisés sauf en tube de forte puissance, remplacé par le chauffage indirect. Dans un tube à chauffage indirect, le filament chauffe une électrode qui émet les électrons, la cathode².

le transistor

Le transistor est un composant électronique à semi-conducteur permettant de contrôler ou d’amplifier des tensions et des courants électriques. C’est le composant actif le plus important des circuits électroniques aussi bien en basse qu’en haute tension : circuits logiques(il permet, assemblé avec d’autres, d’effectuer des opérations logiques pour des programmes informatiques), amplificateur, stabilisateur de tension, modulation de signal, etc. Les transistors revêtent une importance particulière — le plus souvent en tant qu’interrupteurs marche/arrêt — dans les circuits intégrés, ce qui rend possible la microélectronique.

Description schématique

Les trois connexions sont appelées :

transistors  bipolaires	symbole	transistors  à effet de champ	symbole
le collecteur	C	le drain	D
la base	B	la grille	G
l’émetteur	E	la source	S

Dans les deux types de transistors bipolaires (NPN et PNP), l’électrode traversée par l’ensemble du courant s’appelle émetteur. Le courant dans l’émetteur est égal à la somme des courants du collecteur et de la base.

La flèche identifie l’émetteur et suit le sens du courant ; elle pointe vers l’extérieur dans le cas d’un NPN, vers l’intérieur dans le cas d’un PNP. L’électrode reliée au milieu de la barre centrale figure la base et la troisième électrode figure le collecteur.

Dans le cas de l’effet de champ, la flèche disparaît, car le dispositif est symétrique (drain et source sont interchangeables). Les traits obliques sont habituellement remplacés par des traits droits.

Pour le transistor MOS, la grille se détache des autres électrodes, pour indiquer l’isolation due à la présence de l’oxyde.

En réalité, il existe une quatrième connexion pour les transistors à effet de champ, le substrat (parfois appelé bulk), qui est habituellement relié à la source, c’est à dire la connexion entre S et ses chemins vers D sur le schéma.

le circuit intégré

Le circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique, basé sur un semi-conducteur, reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexes, intégrant souvent plusieurs types de composants électroniques de base dans un volume réduit (sur une petite plaque), rendant le circuit facile à mettre en œuvre¹.

Il existe une très grande variété de ces composants divisés en deux grandes catégories : analogique et numériques

En 1958, l’Américain Jack Kilby invente le premier circuit intégré[1], jetant ainsi les bases du matériel informatiquemoderne. Jack Kilby, qui venait de rejoindre la compagnie, a fait cette découverte alors que ses collègues profitaient de vacances organisées par Texas Instruments. À l’époque, Kilby avait tout simplement relié entre eux différents transistorsen les câblant à la main. Il ne faudra par la suite que quelques mois pour passer du stade de prototype à la production de masse de puces en silicium contenant plusieurs transistors. Ces ensembles de transistors interconnectés en circuits microscopiques dans un même bloc, permettaient la réalisation de mémoires, ainsi que d’unités logiques et arithmétiques. Ce concept révolutionnaire concentrait dans un volume incroyablement réduit, un maximum de fonctions logiques, auxquelles l’extérieur accédait à travers des connexions réparties à la périphérie du circuit[2]. Le brevet est finalement accordé à Texas Instrument en 1964[3]. Cette découverte a valu à Kilby le prix Nobel de physique en 2000, alors que ce dernier siégeait toujours au directoire de Texas Instruments et détenait plus de soixante brevets à son nom[4].6

le condensateur

Un condensateur est un composant électronique élémentaire, constitué de deux armatures conductrices (appelées « électrodes ») en influence totale et séparées par un isolant polarisable (ou « diélectrique »). Sa propriété principale est de pouvoir stocker des charges électriques opposées sur ses armatures. La valeur absolue de ces charges est proportionnelle à la valeur absolue de la tension qui lui est appliquée.

Les condensateurs sont principalement utilisés pour :

• stabiliser une alimentation électrique (il se décharge lors des chutes de tension et se charge lors des pics de tension) ;
• traiter des signaux périodiques (filtrage par exemple) ;
• séparer le courant alternatif du courant continu, ce dernier étant bloqué par le condensateur ;
• stocker de l’énergie, auquel cas on parle de supercondensateur

Un condensateur est un composant électronique élémentaire, constitué de deux armatures conductrices (également appelées « électrodes ») en influence totale et séparées par un isolant polarisable (ou « diélectrique »). Sa propriété principale est de pouvoir stocker des charges électriques opposées sur ses armatures. La valeur absolue de ces charges est, en première approximation, proportionnelle à la valeur absolue de la tension qui lui est appliquée.

En octobre 1745, le physicien Ewald Georg von Kleist de Poméranie en Allemagne, invente le premier condensateur. Peu de temps après en janvier 1746, le physicien hollandais Pieter van Musschenbroek le découvre aussi de façon indépendante. Il l’appelle bouteille de Leyde car Musschenbroek travaillait alors à l’université de Leyde.

• Un condensateur est constitué fondamentalement de deux armatures conductrices appelées « électrodes », très proches l’une de l’autre, séparées par un isolant appelé « diélectrique ».

La charge électrique emmagasinée par le condensateur est proportionnelle à la tension appliquée entre ses deux armatures. Aussi, un tel composant est-il principalement caractérisé par sa capacité, rapport entre sa charge et la tension.

La capacité  d’un condensateur se détermine essentiellement en fonction de la géométrie des armatures et de la nature du ou des isolants ; la formule simplifiée suivante, davantage adaptée à un condensateur plan, est souvent utilisée pour estimer sa valeur :

différentes catégories

De nombreuses techniques, souvent issues de la chimie, ont permis d’améliorer sensiblement les performances des condensateurs, que l’on relie à la qualité du diélectrique employé. C’est donc la nature du diélectrique qui permet de classer les condensateurs :

• les condensateurs non polarisés, de faible valeur (quelques nano– ou microfarads) sont essentiellement de technologie « Mylar » ou « céramique » ;
• les condensateurs dits polarisés sont sensibles à la polarité de la tension électrique qui leur est appliquée : ils ont une borne négative et une positive. Ce sont les condensateurs de technique « électrolytique » (également appelée, par abus de langage, « chimique ») et « tantale ». Une erreur de branchement ou une inversion accidentelle de la tension conduit généralement à leur destruction, qui peut être très brutale, voire explosive ;
• les supercondensateurs ont une énorme capacité mais une faible tenue en tension (quelques volts). Ils ont été développés à la suite des recherches effectuées pour améliorer les accumulateurs. La capacité qui peut dépasser la centaine de farads est obtenue grâce à l’immense surface développée d’électrodes sur support de charbon actif ;
• les condensateurs à capacité variable, employés par exemple pour la réalisation des filtres RLC réglables.Principe du condensateur ajustable

Quand les plaques sont rapprochées, la capacité augmente rapidement, de même que le gradient de tension (c’est-à-dire le champ électrostatique). Par exemple, le champ dans un condensateur soumis à seulement 5 volts et dont les plaques sont distantes de 5 micromètres est de 1 million de volts par mètre. L’isolant joue donc un rôle capital. L’isolant idéal aurait une résistance infinie et une transparence totale au champ, n’aurait aucun point d’éclair (gradient de champ où apparaît un arc), n’aurait aucune inductance (qui limite la réaction aux hautes fréquences : un condensateur idéal laisserait passer la lumière par exemple), etc.Un isolant doit donc être choisi selon le but recherché, c’est-à-dire l’usage voulant être fait du condensateur.

la résistance

En électricité, on appelle résistance, selon le contexte :

• l’aptitude d’un matériau conducteur à s’opposer au passage d’un courant électrique sous une tension électrique donnée ;
• une propriété caractéristique de certains dipôles électriques, qui quantifie l’aptitude ci-dessus ;
  • la valeur de cette propriété pour tel ou tel de ces dipôles ;
• par métonymie, un composant électrique figurant parmi les dipôles électriques, conçu pour approcher de manière satisfaisante la loi d’Ohm dans une large plage d’utilisation et caractérisé par la propriété ci-dessus ;
• un modèle mathématique pour les éléments réels, qui respecte idéalement la loi d’Ohm.