Les Transistors

Temps de lecture : 8 minutes

Un transistor est un composant électronique à semi-conducteur, utilisé principalement comme amplificateur ou comme interrupteur électronique. Il se compose de trois couches de matériau semi-conducteur, généralement du silicium : la couche du milieu est appelée la base, et les deux couches extérieures sont appelées l’émetteur et le collecteur. Le courant électrique qui circule dans la base peut contrôler la quantité de courant qui circule entre l’émetteur et le collecteur, ce qui permet au transistor d’être utilisé comme amplificateur de signal.

Les transistors sont utilisés dans une grande variété de dispositifs électroniques, tels que les radios, les amplificateurs audio, les amplificateurs de puissance, les ordinateurs, les circuits logiques et les microcontrôleurs. Ils sont disponibles dans de nombreuses configurations différentes, y compris les transistors bipolaires et les transistors à effet de champ (FET). Les transistors sont également disponibles dans une grande variété de tailles et de formes, allant des petits transistors utilisés dans les circuits intégrés aux transistors de puissance utilisés dans les amplificateurs de haute puissance.

Pour les radioamateurs, les transistors sont utilisés dans une variété de circuits, y compris les circuits d’amplification de signal, les oscillateurs, les circuits de commande de puissance et les amplificateurs linéaires. Les transistors offrent une grande précision, une faible consommation d’énergie et une grande fiabilité, ce qui les rend indispensables pour la plupart des applications en radioamateurisme.

Il existe plusieurs types de transistors, mais les plus courants sont :

* Le transistor bipolaire à jonction (BJT pour Bipolar Junction Transistor en anglais) est un composant électronique actif qui est largement utilisé en électronique analogique et numérique. Il se compose de trois couches de semi-conducteurs, généralement du silicium, formant deux jonctions PN.
Le BJT est appelé bipolaire car le courant qui le traverse est transporté par deux types de porteurs de charge, des électrons pour une jonction PN (la jonction émetteur-base) et des trous pour l’autre jonction PN (la jonction base-collecteur).
Il existe deux types de transistors bipolaires à jonction : les NPN et les PNP. Le NPN est constitué d’une jonction émetteur N, une jonction base P, et une jonction collecteur N. Le PNP est constitué d’une jonction émetteur P, une jonction base N, et une jonction collecteur P.
Le BJT est utilisé dans de nombreuses applications, telles que les amplificateurs, les oscillateurs, les interrupteurs électroniques, les régulateurs de tension, les générateurs de courant, etc.

* Le transistor à effet de champ (FET pour Field-Effect Transistor) est un type de transistor qui utilise le champ électrique pour contrôler le courant. Contrairement au transistor bipolaire à jonction (BJT), le FET n’a pas de jonction PN mais une zone de conduction, appelée canal, qui est contrôlée par un champ électrique.
Il existe deux types principaux de FET : le JFET (Junction Field-Effect Transistor) et le MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Le JFET a une zone de conduction en silicium de type N ou P qui est connectée directement à des broches de terminaison. Le MOSFET a une couche isolante en oxyde qui sépare la porte (électrode de commande) du canal en silicium.
Le FET est souvent utilisé dans les applications à haute impédance d’entrée, telles que les amplificateurs à faible bruit et les circuits de commutation à haute vitesse. Il est également couramment utilisé dans les circuits intégrés numériques pour réaliser des fonctions logiques.

* Le transistor à effet de champ à grille isolée (IGFET) est un type de transistor à effet de champ (FET) qui utilise une grille isolée pour contrôler le courant entre la source et le drain. Il est également connu sous le nom de transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET) en raison de sa structure de grille métal-oxyde isolée.
L’IGFET se compose d’un substrat semi-conducteur sur lequel est déposée une couche d’oxyde de silicium (SiO2). Cette couche est recouverte d’une grille en métal qui est isolée de la couche d’oxyde de silicium par une fine couche d’oxyde. Le courant entre la source et le drain est contrôlé par la tension appliquée à la grille isolée.
Les MOSFET sont largement utilisés dans les circuits électroniques modernes en raison de leur faible consommation d’énergie, de leur vitesse élevée et de leur fiabilité. Ils sont utilisés dans les circuits logiques, les amplificateurs, les convertisseurs de puissance et les dispositifs d’affichage à cristaux liquides (LCD), entre autres applications.

*Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un type de transistor qui combine les avantages du transistor bipolaire et du transistor à effet de champ. Il est souvent utilisé dans des applications de puissance élevée, telles que les variateurs de moteurs, les alimentations à découpage, les onduleurs et les amplificateurs audio haute puissance.
L’IGBT peut gérer des courants élevés et des tensions élevées, tout en ayant une capacité de commutation rapide. Il est également capable de fonctionner à des températures élevées. Ces caractéristiques en font un choix populaire pour les applications de puissance élevée, où l’efficacité énergétique est un facteur important.
En raison de sa complexité, l’IGBT est plus coûteux que les autres types de transistors, ce qui peut limiter son utilisation dans des applications moins exigeantes en termes de puissance.

* Les transistors à effet tunnel (TFET pour Tunnel Field-Effect Transistor) sont des transistors qui utilisent l’effet tunnel quantique pour contrôler le courant. Contrairement aux transistors à jonction, qui utilisent le dopage pour créer une jonction PN, les TFET utilisent une couche mince de matériau semi-conducteur qui crée une barrière de potentiel élevée et étroite, permettant aux électrons de traverser par effet tunnel. Cette caractéristique permet aux TFET d’avoir une consommation d’énergie plus faible et une meilleure efficacité énergétique que les transistors à jonction pour certaines applications. Les TFET sont principalement utilisés dans les applications de basse consommation d’énergie, comme les dispositifs portables, les capteurs et les systèmes de stockage d’énergie.

* Le transistor à effet tunnel mésoscopique (MSET) est un type de transistor qui exploite les propriétés quantiques des électrons pour permettre un contrôle plus fin du courant électrique que les transistors classiques. Il est constitué d’une barrière de potentiel très fine qui permet à des électrons de passer d’une région à une autre par effet tunnel. Les MSET ont des dimensions très petites (de l’ordre du nanomètre) et sont utilisés pour des applications très spécifiques telles que la détection de signaux très faibles dans les dispositifs électroniques de haute précision. Cependant, leur utilisation reste limitée en raison de leur complexité de fabrication et de leur fragilité.

* Les transistors à effet de champ à hétérostructure (HEMT) sont des dispositifs à semi-conducteurs qui utilisent des matériaux semi-conducteurs différents pour créer une région de canal à haute mobilité. Ils sont également appelés transistors à haute électron-mobilité (HEMT) ou transistors à électrons d’indium-gallium-arséniure (InGaAs).
Les HEMT sont principalement utilisés dans les applications de haute fréquence et de grande puissance, tels que les amplificateurs de puissance radiofréquence, les circuits logiques haute vitesse, les capteurs, les détecteurs et les dispositifs optoélectroniques. Ils offrent des performances améliorées par rapport aux transistors bipolaires à jonction (BJT) et aux transistors à effet de champ à grille isolée (IGFET), notamment en termes de vitesse de commutation, de bruit et de consommation d’énergie.
Les HEMT ont une structure de grille en métal qui est placée sur une couche de matériau semi-conducteur à haute mobilité, telle que l’InGaAs, pour contrôler le flux d’électrons à travers la région de canal. La haute mobilité des électrons dans cette région permet une plus grande vitesse de commutation et une meilleure amplification de puissance. Les HEMT sont également capables de fonctionner à des tensions plus élevées et avec une plus grande stabilité thermique que les transistors bipolaires à jonction.

* Les transistors à hétérojonctions sont des dispositifs à semi-conducteurs qui utilisent des matériaux de différentes bandes interdites pour créer une jonction hétérojonction, c’est-à-dire une jonction entre deux matériaux différents. Les transistors à hétérojonctions peuvent être utilisés pour créer des dispositifs à haute fréquence, car les jonctions hétérojonctions peuvent présenter une forte vitesse de dérive des porteurs de charge et une faible densité de défauts de surface.
Les transistors à hétérojonctions ont été développés pour répondre aux besoins croissants en matière de vitesse et de performances des dispositifs électroniques. Ils sont utilisés dans des applications telles que les amplificateurs haute fréquence, les convertisseurs de fréquence, les détecteurs de puissance, les oscillateurs et les circuits intégrés.
Il existe différents types de transistors à hétérojonctions, tels que les transistors à hétérojonctions à deux dimensions (2DEG), les transistors à hétérojonctions à haute mobilité électronique (HEMT) et les transistors à hétérojonctions à double grille (DHBT). Ces types de transistors présentent des caractéristiques différentes en termes de performances et d’applications.

*Les transistors à nanotubes de carbone (CNTFET pour Carbon Nanotube Field-Effect Transistor) sont des transistors à effet de champ utilisant des nanotubes de carbone comme canal conducteur. Les nanotubes de carbone sont des tubes cylindriques très fins en carbone, avec un diamètre de l’ordre du nanomètre. Les CNTFET présentent des propriétés électriques intéressantes, telles qu’une grande mobilité électronique, une faible consommation d’énergie et une grande vitesse de commutation. Ils sont donc prometteurs pour des applications dans les domaines de l’électronique et des télécommunications, y compris pour les radioamateurs. Cependant, leur fabrication et leur intégration dans des circuits électroniques restent encore à développer à grande échelle.

Les transistors sont des composants clés pour les radioamateurs, car ils sont utilisés dans de nombreux circuits électroniques tels que les amplificateurs, les oscillateurs et les modulateurs. Les transistors sont capables de fournir des amplifications de signal importantes tout en consommant une faible quantité d’énergie. Cela les rend particulièrement adaptés pour les applications mobiles et portables.

Les transistors à base de nitrure de gallium (GaN) sont des semi-conducteurs utilisés pour l’amplification de puissance RF (Radio Fréquence) à haute fréquence. Le GaN a des propriétés électriques supérieures à celles des autres semi-conducteurs utilisés dans les applications RF, comme le silicium (Si) ou le carbure de silicium (SiC). Cela rend les transistors GaN idéaux pour les applications de puissance HF et de haute fréquence.Le nitrure de gallium est un matériau semi-conducteur composé de gallium (Ga), d’azote (N) et de traces d’autres éléments. Les transistors GaN ont une bande interdite plus large que les transistors à base de silicium, ce qui leur permet de supporter des tensions plus élevées et de fonctionner à des fréquences plus élevées. Les transistors GaN ont également une mobilité électronique plus élevée que les transistors à base de silicium, ce qui leur permet de conduire plus facilement les signaux RF à haute fréquence.Les avantages des transistors GaN pour les applications d’amplification de puissance RF incluent une puissance de sortie élevée, une efficacité élevée et une grande fiabilité. Les transistors GaN peuvent fonctionner à des tensions et des fréquences plus élevées que les transistors à base de silicium, ce qui les rend idéaux pour les applications de puissance RF à haute fréquence. Les transistors GaN sont utilisés dans une variété d’applications RF, notamment les amplificateurs de puissance HF, les émetteurs-récepteurs radio, les radars, les équipements de mesure et les équipements de communication sans fil.

Les transistors bipolaires à jonction (BJT) sont souvent utilisés dans les amplificateurs radiofréquence (RF) et les oscillateurs, tandis que les transistors à effet de champ (FET) sont plus couramment utilisés dans les circuits d’entrée RF en raison de leur faible bruit. Les transistors MOSFET sont également largement utilisés dans les amplificateurs RF, ainsi que dans les circuits d’alimentation.

Les radioamateurs utilisent également des transistors pour la construction de circuits électroniques tels que les filtres, les détecteurs de crête, les amplificateurs audio et les générateurs de signaux. Les transistors peuvent également être utilisés pour la conception de circuits de contrôle pour les antennes rotatives et pour les circuits de commande de puissance pour les émetteurs.