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| I. Les composants à semi-conducteurs | |||||||||||||
Page d'accueil Plan : I. Les composants à semi-conducteurs 1. La diode 2. Le transistor bipolaire 3. Le transistor JFET 4. Le transistor MOS II. Les différentes familles technologiques de circuits logiques 1. L'algèbre de Boole 2. Circuits logiques à éléments discrets 3. Circuits intégrés logiques DTL 4. Circuits intégrés logiques TTL 5. Circuits intégrés logiques C-MOS III. Circuits logiques combinatoires 1. Circuits multiplexeurs 2. Circuits démultiplexeurs et décodeurs 3. Circuits encodeurs 4. Circuits comparateurs et détecteurs d'égalité IV. Circuits logiques séquentiels 1. Bascule RS 2. Bascule D 3. Bascule D à déclenchement par front 4. Bascule JK et JK à déclenchement par front |
C'est avec ces composants que tous
les circuits logiques sont élaborés. On les
appelle
"semi-conducteurs" car selon les valeurs des tensions et des courants
qu'on va leur appliquer, ils seront conducteurs ou non. Page d'accueil Plan : 1. La diode 2. Le transistor bipolaire 3. Le transistor JFET 4. Le transistor MOS 1. La diode C'est l'élément de base. Tout a commencé grâce à elle : elle était l'élément clé des tout premiers circuits logiques ! Symbole :  Caractéristique :  Principe : Si V<0 <=> V(A)<V(K) alors la diode est bloquée : AUCUN courant ne peut la traverser. On dit que la diode est polarisée en inverse. Si V>0 <=> V(A)>V(K) alors la diode est passante : le courant circule de A vers K et sa tension V = 0.6 Volts. On dit que la diode est polarisée en direct. Par conséquent une diode ne laisse passer le courant que dans un sens (A vers K) lorsque V>0. Grâce à cette propriété la diode est utilisée dans de nombreuses applications : protection des circuits, filtrage, redressement, ... retour au plan 2. Le transistor bipolaire Dit également transistor BJT, on peut le voir comme un interrupteur et un amplificateur de courant. Il en existe 2 types : NPN et PNP. Symboles :  3 branches : la base (B), le collecteur (C) et l'émetteur (E). Caractéristique : Etudions la caractéristique d'un NPN :  Le principe est simple : toujours pour un NPN : - si un courant Ib est appliqué sur la base et que la tension Vce est positive, alors le transistor conduit => présence de Ic et Ie. - sinon le transistor est bloqué => pas de Ic ni de Ie. Etudions les différents modes de fonctionnement d'un NPN : Pour les explications, utilisons le petit montage (dit de polarisation) ci-dessous :  D'après la loi des mailles, on a : E = Rc.Ic + Vce => Ic = (E - Vce) / Rc , cette équation est appelée "droite de charge". Traçons-la (en bleu) sur la caractéristique du npn :  Les différents modes de fonctionnement : - si Ib = 0 ou Vbb < 0 ou Vbe = 0 alors le transistor est bloqué => Ic = 0 => Vce = E (d'après la droite de charge). Le transistor peut être vu comme un interrupteur ouvert. Sur la caractéristique ci-dessus on se trouve donc au point B. - si Ib > 0 le transistor conduit. La physique des semi-conducteurs impose alors automatiquement Vbe = 0.6 V (environ). On dit que la jonction BE est polarisée en direct. Mais 2 cas peuvent alors se présenter : - si Vce > Vce_sat ( = 0.2 V environ), par exemple : Vce = 2 V. Alors Vbc = Vbe - Vce = 0.6 - 2 = -1.4 V < 0 donc la jonction BC est polarisée en inverse. Dans ce cas Ic = ß.Ib (ß : gain en courant). Le transistor fonctionne dans un régime qualifié de linéaire, et peut être vu comme un amplificateur de courant. De plus, d'après la loi des noeuds : Ie = Ib + Ic => Ie = (ß + 1).Ib (usuellement ß est supérieur à 100, donc on pourra faire l'approximation Ie = ß.Ib =Ic). Cela correspond au point A de la caractéristique. - si Vce < Vce_sat alors la jonction BC est aussi polarisée en direct, et on n'a plus les relations précédentes. En effet, dans ce cas Ic < ß.Ib. Le transistor est alors en régime de saturation. Vce_sat étant très faible (0.2 V eniron), on dira automatiquement que lorsque le transistor est saturé alors Vce = Vce_sat. Cela correspond au point S de la caractéristique. Petit récapitulatif :
Schéma équivalent d'un transistor NPN en AC BF (en alternatif petits signaux, pour les basses fréquences) :  À noter : - il existe aussi un schéma équivalent en AC HF (hautes fréquences) mais très très compliqué : d'autres résistantes et des capacités sont mises en jeu. - nous avons étudier les transistors à partir de l'exemple du NPN, mais pour le PNP c'est la même chose avec des tensions inversées. Par exemple quand un PNP conduit, alors Vbe = -0.6 V => Veb =0.6 V. retour au plan 3. Le transistor JFET Également appelé transistor à jonction à effet de champ, ce transistor est commandable en tension (et non en courant comme le transistor bipolaire). JFET = Junction Field Effect Transistor Symbole :  3 branches : la
grille (G),
le drain (D) et la source (S).
Caractéristique :  Fonctionnement
:
- si Vgs > 0 ou Vgs < Vgs_off alors le JFET est bloqué => interrupteur ouvert - si Vgs_off < Vgs < 0 alors le JFET est passant. Deux cas peuvent alors se présenter : - si Vds < Vp alors le JFET conduit en zone ohmique - si Vds > Vp alors le JFET conduit en zone linéaire Remarques : - Vgs_off = -4 V (environ, en général) - Vp = -Vgs_off - le JFET conduit au maximum quand Vgs = 0 => Id = Idss - le courant est le même dans le drain et dans la source Schéma équivalent en AC BF :  Entre la grille et la source, l'impédance est très forte. On peut donc la représenter par un fil ouvert => le courant sur la grille est quasi nul. gm = ΔId / ΔVgs pour Vds = constante. gm est une conductance (inverse d'une résistance) et s'exprime en Siemens : S (en général ce sera même des mS). retour au plan 4. Le transistor MOS Comme pour le transistor bipolaire, il existe 2 types de MOS : le NMOS et le PMOS. Comme pour le JFET, le MOS se commande en tension, mais pas de la même façon. Symboles :  Caractéristiques
:
Prenons en exemple les caractéristiques d'un NMOS :   Fonctionnement
:
Toujours pour un NMOS : - si Vgs < Vth (tension seuil) alors le NMOS est bloqué - si Vgs > Vth alors le NMOS est passant, il y a alors 2 cas possibles : - si Vds < Vgs - Vth alors le NMOS est en zone ohmique - sinon le NMOS est en zone linéaire Remarques : - Vth = 2V environ - le fonctionnement d'un PMOS est le même avec des tensions négatives, par exemple : Vth = -2V, et pour que le PMOS soit passant, il faut Vgs > Vth (négativement ! i.e. Vgs = -3V, -4V, -5V...). |
