Semi-conducteurs
(248 956)Les composants et les systèmes appelés collectivement « semi-conducteurs » ont pris leur nom du type de matériaux utilisés pour les construire. Ce sont des substances à conductivité variable dans lesquelles cette propriété dépend de facteurs externes (par exemple la température). Les composants électroniques appelés semi-conducteurs utilisent des cristaux de ces substances (silicium, germanium). Des particules d’autres composés chimiques (par exemple des dérivés du gallium, du phosphore, de l’aluminium) sont introduites dans leur structure pendant le processus de la production. Ce processus est appelé dopage et provoque un excès ou un manque d’électrons par rapport au niveau de conductivité (en bref : il y a trop ou trop peu d’électrons pour que le matériau conduise librement l’électricité). C’est ainsi que l’on obtient, respectivement, des semi-conducteurs de type n (à partir d’une charge négative provoquée par des électrons supplémentaires) et de type p (charge positive, manque d’électrons provoquant la formation de soi-disant trous). En joignant deux ou plusieurs éléments ainsi réalisés, on obtient des jonctions (par exemple une jonction p-n).
Selon la configuration des semi-conducteurs qui composent une jonction, celui-ci peut avoir des propriétés différentes. Dans le cas d’une diode à semi-conducteur ordinaire, celle-ci ne conduira le courant que dans une seule direction. Dans le cas des transistors bipolaires, une couche faiblement dopée de type différent est placée entre les semi-conducteurs dopés (collecteur et émetteur), et ainsi deux jonctions (n-p-n ou p-n-p) dont la conductivité dépend de les tensions sont créées.
Dans le cas des transistors unipolaires (FET en anglais field-effect transistor), le flux d’électrons se produit entre les électrodes de drain et source constituées de semi-conducteurs. Le courant est contrôlé en modifiant la tension source-grille (la troisième électrode). Lorsqu’une tension est appliquée, un champ électrique apparaît dans le matériau placé entre le drain et la source, créant une zone appelée canal qui permet au courant de circuler. Au repos, le canal est la zone n ou p (selon le type de transistor), toujours opposée à la source et au drain, c’est-à-dire non conductrice. Sa résistance atteint les mégaohms.
Le type le plus connu de FET sont les transistors, dans lesquels la grille est isolée des autres broches (il n’y a aucun courant). Ces produits comprennent des composants MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Ils doivent leur popularité à la fois à leur vitesse de fonctionnement et à leur taille microscopique. La technologie consistant à les associer pour créer des portes logiques est appelée CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) et constitue le fondement de l’électronique numérique (y compris la production de circuits intégrés, de mémoire et de microprocesseurs).
Ce sont les bases qui peuvent être utilisées pour décrire la plupart des produits disponibles dans la catégorie des semi-conducteurs. Analysons maintenant la division des articles selon leurs fonctions et leurs caractéristiques.
Quels produits sont les semi-conducteurs ?
Ce que nous entendons par électronique signifie souvent et tout simplement – des circuits électriques construits à l’aide de semi-conducteurs. Pas étonnant qu’il s’agisse de l’un des départements les plus étendus du catalogue TME et, en même temps, d’une énorme branche de l’industrie. Jetons donc un coup d’œil rapide à cet assortiment, en détaillant ses sous-groupes les plus importants.
Diodes, ponts redresseurs et composants associés
Le premier groupe de base se compose de différents types de diodes. Tout d’abord, universelles et redresseuses, c’est-à-dire celles qui conduisent le courant dans un seul sens. Leur application fréquente, dans le système de pont, est la conversion du courant alternatif (venant directement du secteur ou apparaissant dans l’enroulement secondaire du transformateur) en courant continu, qui peut être utilisé pour alimenter des circuits électroniques ou être traité ultérieurement, dans les systèmes à impulsion. Bien sûr, les diodes remplissent également un certain nombre d’autres fonctions, par exemple elles protègent les contrôleurs de moteur contre les dommages, travaillent dans les systèmes de conversion de fréquence, etc. Ce groupe d’articles comprend également des éléments Zener pour la régulation de tension, Schottky, des modules à diodes ainsi que des produits associés, tels que thyristors, diacs ou triacs qui permettent de contrôler des lignes à tension relativement élevée.
Transistors
Nous avons déjà mentionné les transistors. Ce composant électronique de base est encore couramment utilisé pour amplifier et contrôler des signaux, créer des alimentations à découpage, des convertisseurs de tension, des systèmes de communication (filaire et radio). Le catalogue TME comprend des éléments bipolaires et unipolaires, des circuits Darlington (avec une amplification beaucoup plus élevée), ainsi que des modules et éléments IGBT. Ce groupe comprend également des composants de puissance réalisés dans la technologie du carbure de silicium (SiC), qui permet la construction de composants résistants à la chaleur et aux courants élevés.
Circuits intégrés
Les circuits intégrés constituent actuellement le domaine le plus important de l’électronique. En recherchant la miniaturisation et d’efficacité énergétique, les fabricants optent pour des circuits intégrés dans des boîtiers standardisés. Leur production en série permet de réduire significativement les prix des appareils électroniques, c’est pourquoi la plupart des composants typiques sont disponibles sous cette forme, par exemple les amplificateurs opérationnels ou les circuits logiques (passerelles, comparateurs, inverseurs, etc.). Les groupes les plus nombreux représentés ici sont différents types de pilotes (pour moteur, PWM, MOSFET/IGBT, LED) et les convertisseurs A/D et D/A (appelés DAC), permettant une connexion facile de l’électronique numérique avec des composants analogiques tels que des capteurs, des microphones ou des haut-parleurs. Vous y trouverez des stabilisateurs de tension miniatures (réglables et non régulés), ainsi que de nombreux produits dédiés aux applications audio, ou l’électronique, etc.
Microcontrôleurs
Le domaine dominant de l’électronique, c’est-à-dire l’électronique numérique, est associé à un accès commun à des systèmes permettant le traitement d’informations stockées sous forme de signaux logiques. Ceux-ci incluent des éléments qui peuvent exécuter un certain nombre de fonctions (selon le programme chargé). Ici, nous proposons des solutions des principaux fabricants mondiaux (par exemple Microchip), destinées à la construction et à la production non seulement d’appareils complexes qui traitent d’énormes quantités de données, mais également de circuits miniatures, circuits mobiles, alimentés par batterie etc.
Ces systèmes couramment utilisés incluent, entre autres microcontrôleurs AVR, PIC ou NXT, avec une architecture 8 bits et 32 bits, et même ARM permettant la construction d’ordinateurs hautement miniaturisés et de solutions autonomes dans le domaine de l’IoT (Internet of Things). Leur grand avantage se traduit par une intégration dans un même boîtier : la mémoire non volatile/opérationnelle, l’unité de calcul, ainsi que de nombreux périphériques (les convertisseurs, les comparateurs, générateurs PWM, les interfaces de communication). De cette manière, les concepteurs reçoivent un système de microprocesseur prêt à l’emploi, grâce auquel leurs efforts peuvent se concentrer sur la conception de l’appareil cible. Il est relativement facile à programmer car il existe un certain nombre d’environnements de développement (IDE) faciles à utiliser disponibles sur le marché, généralement basés sur des langages liés au C et développés par les fabricants eux-mêmes. La connexion avec d’autres systèmes (par exemple des contrôleurs ou des capteurs) est effectuée à l’aide de bibliothèques dédiées. Cela permet non seulement de raccourcir le temps de développement de nouveaux produits, mais facilite également leur adaptation aux normes internationales (ex. USB, Wi-Fi, Bluetooth, SD), se traduisant par un confort d’utilisation et la satisfaction client.
Dans une section distincte du catalogue, il y a des programmeurs et des débogueurs pour les microcontrôleurs. Ce sont à la fois des solutions originales de fabricants, ainsi qu’une offre d’appareils d’autres fournisseurs.
Mémoires
Parmi les semi-conducteurs il y a également différents types de mémoires : opérationnelles (SRAM, DRAM etc.) et non volatiles (EEPROM, FLASH etc.). Elles sont disponibles en différentes capacités, tailles, équipées d’interfaces parallèles et série. Elles permettront de construire les dispositifs qui agrègent des informations et stockent des données (non seulement des informations sur les paramètres, mais également des journaux d’activité complets ou, par exemple, des images de caméra).
Modules de communication
Une autre section de la catégorie des semi-conducteurs comprend les modules de communication qui permettent une transmission de données bidirectionnelle dans diverses normes. Ils constituent une méthode pratique pour connecter des circuits contrôlés par un microcontrôleur à des réseaux sans fil (Wi-Fi/GPRS/HSPA/LTE), ainsi qu’à d’autres appareils, par exemple en utilisant les technologies Bluetooth ou ZigBee. Il s’agit également des systèmes LoRa (long range) utilisés pour construire des réseaux étendus couvrant de grands espaces, ainsi que des récepteurs de signaux de géolocalisation (par exemple GPS, Galileo) et des éléments adaptés à la RFID (les systèmes de communication de proximité, tels que les identifiants). Les modules de communication les plus complexes sont basés sur des microcontrôleurs, qui (avec les périphériques et les éléments externes présents sur le PCB) peuvent agir comme un système de contrôle indépendant d’appareils complexes. Ils sont programmables et adaptés à l’intégration dans des systèmes plus importants.
Kits de développement
Les kits de développement sont des modules dédiés à des systèmes spécifiques (généralement des microcontrôleurs) qui facilitent l’apprentissage et le prototypage. Ils contiennent tous les composants nécessaires au fonctionnement d’un élément donné (alimentation, condensateurs de découplage, souvent aussi USB, connecteurs LAN, etc.) afin que le concepteur puisse se concentrer sur la programmation et les tests. Dans cette branche, nous trouvons également des produits populaires tels qu’Arduino ou ESP32, c’est-à-dire des solutions parfaitement décrites, gratuites et très flexibles. Ils peuvent être adaptés à de nombreuses applications – des projets de loisirs aux contrôleurs professionnels et industriels.
Matériel pour semi-conducteurs
Il convient également de noter que le groupe des semi-conducteurs comprend le matériel et les accessoires, qui comprennent les dissipateurs de chaleur (un élément essentiel de la thermorégulation des composants de forte puissance), les supports pour le montage des circuits sur PCB, les supports de test (utilisés entre autres dans les programmeurs), ainsi que les modules Peltier.
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