Guide complet sur les semi-conducteurs et les transistors

Les semi-conducteurs intrinsèques

Les semi-conducteurs intrinsèques sont des semi-conducteurs sans impuretés. Ils sont caractérisés par 4 électrons sur la dernière couche d'atomes. Pour former une structure stable, ils se lient aux atomes voisins par des liaisons covalentes, partageant 4 paires d'électrons.

Semi-conducteurs extrinsèques : Type N et Type P

Un semi-conducteur extrinsèque contient un certain nombre d'impuretés.

Semi-conducteur de type N

Si l'on ajoute à un semi-conducteur pur quelques atomes ayant 5 électrons sur leur dernière couche, la structure cristalline présente un électron libre. Celui-ci peut se déplacer facilement pour augmenter la conductivité, qui dépend du nombre d'atomes d'impureté.

Semi-conducteur de type P

Si l'on ajoute des atomes d'impureté possédant 3 électrons sur la dernière couche, la structure cristalline présente un manque d'électron pour former une liaison : un trou apparaît.

La jonction PN

La jonction PN est l'union d'un semi-conducteur de type P avec un semi-conducteur de type N. Lors de la liaison, des électrons se déplacent du type N vers le type P pour se recombiner avec les trous, créant une couche barrière dépourvue d'électrons libres ou de trous.

Polarisation directe

Elle consiste à relier le pôle positif du générateur au semi-conducteur P et le pôle négatif au semi-conducteur N. Si la tension appliquée est supérieure à la tension de seuil, les électrons traversent la jonction vers les trous, permettant le passage du courant.

Polarisation inverse

Elle consiste à relier le pôle positif du générateur au semi-conducteur N et le pôle négatif au semi-conducteur P. Les électrons libres sont attirés par la borne positive, élargissant la couche barrière et empêchant pratiquement tout passage de courant, hormis un faible courant dû à l'effet de la température.

Caractéristiques des diodes

• Courant direct nominal : Intensité maximale instantanée. La diode peut être détruite par effet Joule si le courant en fonctionnement continu dépasse cette valeur.
• Tension inverse nominale : Tension inverse maximale que la diode peut supporter sans conduire. Si elle est dépassée, la structure cristalline est rompue.

Le pont de diodes

Le pont de redressement se compose de deux paires de diodes en parallèle avec la charge. Chaque paire conduit le courant pendant une demi-période, garantissant que le courant circule toujours dans le même sens à travers la charge.

Le transistor comme interrupteur

Le transistor laisse passer un fort courant dans le collecteur lorsqu'un petit courant circule dans la base : on dit alors que le transistor est saturé. Pour arrêter le courant, on coupe l'alimentation de la base : le transistor est alors bloqué.

Cette fonctionnalité permet d'utiliser le transistor comme un interrupteur pour piloter une charge reliée au collecteur.