Aide-mémoire - Électronique - 5ème édition

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Cet aide-mémoire rassemble toutes les connaissances fondamentales et les données techniques utiles sur les éléments d’un équipement électronique : Grandeurs physiques et électriques · Matériaux et composants passifs · Réseaux et filtres · Dipôles non linéaires · Capteurs · Diodes et transistors · Éléments amplificateurs · Rétroaction · Amplificateurs opérationnels · Dispositifs à seuil · Multiplicateur et fonction-produit · Générateurs de fréquences · Relais et interrupteurs analogiques · Alimentation à découpage, régulateurs de tension et amplificateurs de puissance · Transistors GaAs · Éléments de circuits logiques. Cette 5e édition, entièrement revue et mise à jour, a été enrichie de nouveaux chapitres sur les capteurs, les oscillateurs à quartz, les boucles à verrouillage de phase, la logique combinatoire et séquentielle, le langage VHDL synthétisable et les circuits intégrés numériques. Cet ouvrage est l’outil de travail indispensable des ingénieurs et techniciens en électronique. Il sera une référence utile aux étudiants du domaine.
Publié le : mercredi 5 novembre 2008
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Licence : Tous droits réservés
EAN13 : 9782100539222
Nombre de pages : 528
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B
MATÉRIAUX ET COMPOSANTS PASSIFS
1  Électron et matériaux.Milieu conducteur et semiconducteur
1.1
Milieu conducteur et isolant
L’apparition, ou la manifestation d’un courant, est due au déplacement réel ou parfois fictif de porteurs de charge électrique, positive ou négative. On dis-tingue, en général, deux types de conduction : conduction électronique, si les porteurs de charge sont des électrons, et conduction ionique, si les porteurs de charge sont des ions.
B
Un matériau qui ne peut fournir de porteurs de charge disponibles pour la conduction est dit isolant. conduction. En effet, les électrons disposés sur la couche périphérique d’un Un métal est susceptible de fournir aisément des électrons disponibles pour la atome métallique sont faiblement liés au noyau, et se déplaceront aisément sous l’action d’un champ électrique.
On définit en régime établi la vitessev:
v= (qk)E=µE(B.1) kest le coefficient de frottement,Eest le champ électrique etµest la mobilité de la particule.
SoitN, le nombre de charges par unité de volume du matériau, mis en œuvre dans la conduction.
29
1  Électron et matériaux.
1.2 Semiconducteur
La densité de courantjqui résulte du déplacement deNcharges par unité de volume est donnée par : j=Nqv=µNqE(B.2)
sachant quej=γE, on voit que la conductivitéγest donnée par : γ=µNq
1.2
Semiconducteur
La plupart des matériaux semi-conducteurs sont fabriqués à partir du germa-nium et du silicium.
Si le cristal de germanium ou de silicium est parfaitement pur, on dit que le semi-conducteur est intrinsèque. Il se comporte alors comme un isolant en l’absence d’agitation thermique.
Dans un semi-conducteur pur, soumis à l’agitation thermique, il apparaît par unité de volumenélectrons etptrous et d’après ce qui vient d’être dit : n=p
Tableau B.1. Formules relatives au semiconducteur intrinsèque
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2 np=n i
2 n=N Nexp (–EKT) ic v G
3/2 [2πm KT] n N=2-c 3 h
3/2 [2πm KT] p N=2-v 3 h
n: concentration intrinsèque i
E: largeur de bande interdite G
K: constante de Boltzmann – 23 1,38×10 J/K
 T: température en kelvins m: masse apparente de l’électron n m: masse apparente du trou p  h: constante de Planck – 34 6,62×10 J/Hz
1  Électron et matériaux.
1.2 Semiconducteur
Tableau B.2. Valeurs numériques pour le germanium et le silicium à 300 K
Grandeurs Germanium Silicium E0,72 eV 1,12 eV G 19 3 16 3 n10 /m10 /m i m0,55m1,1m n m0,35m0,55m p – 30 m: masse de l’électron = 0,91×eV : électron-volt10 kg
n, désigné communément par densité de porteurs intrinsèque, est à comparer i 28 au nombre d’atomes de germanium ou de silicium par mètre cube : 10 .
Dans un semi-conducteur typeN, la conduction sera due à la fois à des élec-trons normalement en plus grand nombre, qu’on appellera électrons majori-taires, et à des trous normalement en plus faible quantité, qu’on appellera trous minoritaires.
À l’inverse, dans un semi-conducteur typeP, la conduction sera due à la fois à des trous majoritaires, et à des électrons minoritaires.
Le semi-conducteur typePou typeNest appelé semi-conducteur extrinsèque.
Le tableau B.3 présente les formules essentielles concernant le semi-conduc-teur extrinsèque.
Tableau B.3. Semiconducteur extrinsèque. Concentrations
N A N D p A
n D
Densité d’accepteurs
Densité de donneurs
Densité d’accepteurs non ionisés (accepteurs neutres électriquement)
Densité de donneurs non ionisés (donneurs neutres électriquement)
31
B
MATÉRIAUX ET COMPOSANTS PASSIFS
1  Électron et matériaux.
1.2 Semiconducteur
Tableau B3. Semiconducteur extrinsèque. Concentrations(suite)
p+Nn=n+Np D DA A
2 np=n=N Nexp (–EKT) iGc v p+N=n+N D A
2 p=n(NN) iD A
2 n=n(NN) iA D
Semi-conducteur neutre électrique-ment
Semi-conducteur à l’équilibre
Température suffisante pour que tous les donneurs et accepteurs soient ionisés
pn, semi-conducteur fortement dopéN
np, semi-conducteur fortement dopéP
Les porteurs de charge sont animés d’un mouvement désordonné, accompagné de multiples collisions.
Sous l’action d’un champ électrique, des électrons et des trous se déplacent avec des vitesses apparentes respectivesvetvet l’intervalle de temps moyen n p séparant deux collisions successives s’appelle temps de relaxationτouτ. n p
Une variété intéressante de semi-conducteur est le composé III-V, arséniure de gallium, AsGa, l’arsenic ayant la valence 5, et le gallium la valence 3.
Tableau B.4. Conductibilité et mobilité
Symboles et formules v=µE n n
v=µE p p
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Définitions
v: vitesse de l’électron n µ: mobilité de l’électron n v: vitesse du trou p µ: mobilité du trou p
1  Électron et matériaux.
Tableau A.4. Conductibilité et mobilité(suite)
Symboles et formules
µ= –qτm n n n µ= qτm p p p
j=q(pµ+nµ)E p n
γ=q(pµ+nµ) p n mobilité µ n µ p
1.2 Semiconducteur
Définitions
τ: temps de relaxation de l’électron n τ: temps de relaxation du trou p – 19 q: charge de l’électron = 1,6×10 C j: densité du courant de conduction p: densité de trous n: densité d’électrons γ: conductivité du semi-conducteur Ge Si AsGa 0,38 m/s 0,12 m/s 0,90 m/s 0,19 m/s 0,05 m/s 0,05 m/s
Pour observer l’effet Hall, il faut soumettre un barreau de semi-conducteur (Fig. B.1) traversé par un courantIà un champ magnétiqueB. On associe au barreau un système d’axes orthonormésOxyzde vecteurs unitaires :x,y,z (Fig. B.2).
I
z
O
y
L Fig. B.1
b
a
x
z
E z
O
B
y
E x Fig. B.2
x
On démontre que la différence de potentielUentrez= +aetz= 0 est donnée z par : U= (IaN)B= –bE(B.3) zqy z
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B
MATÉRIAUX ET COMPOSANTS PASSIFS
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