transformations des composants électroniques s'accélèrent constam-ment et les délais qui s'écoulent entre l'apparition des nouveautés techniques et leurs applications industrielles deviennent, en même temps, de plus en plus réduites. Beaucoup d'amateurs électroniciens et même de praticiens ne peuvent ainsi toujours avoir des notions suffisamment précises sur les caractéristiques et les possibilités des nouveaux éléments, actifs ou passifs, qui sont désormais à leur di spo-sition.
C'est ainsi qu'aprés les transistors classiques de types de plus en plus divers, et qui pré-sentent des gammes d'utilisation de plus en plus étendues, nous avons vu apparaître un nouveau type de transistors assez différents, en réalité, des types classiques, et connus sous le nom de transistors à effet de champ ou F.I:. T. (Field Effect Transistors).
Ces éléments sont remarquaolcs ; par cer-taines de leurs prooriétés, ils sont plus ou moins co111para1J1es a11.x tubes a vide et leurs appli-cations sont devenues déjà très nombreuses, en raison de leurs avantages particuliers, car ils peuvent mieux remplacer les tubes dans cer-taines applications spéciales.
Les transistors classiques, en effet, et cela les distin1;ue des tubes à vide, n'assurent pas
1111 isolement absolument efficace entre les
circuits d'entrée et de sortie.
Leur transmission inverse ou contre-réaction peut déterminer de la distorsion, et exige l'établissement de circuits assez complexes pour obtenir une grande fidélité. Enfin, le i:Jissement, ou la dérive, constitue un problème.
et les transistors habituels peuvent, on le sait, dans certaines conditions être mis rapidement hors service.
Le transistor à eflet de champ permet d'éviter un grand nombre des inconvénients des transistors classiques, et séduit les prati-_ciens qui regret~ent dans certains cas les
possibilités des tubes à vide. Il en existe déjà un grand nombre de variétés qui peuvent jouer les rôles des tubes à vide d'autrefois et, très souvent aussi des transistors classiques. Dans certains cas ils assurent même des resultats supérieurs à ceux des autres éléments ampli-ficateurs.
POSSIBILITES DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP
La première caractéristique à considérer dans un transistor à effet de champ est so11 impédance élel'ée, analogue à celle d'un tube, ce qui le distingue de l'impédance très faible du transistor classique. L'impédance d'entrée normale d"un transistor à efîet de champ Z tension, plutôt que par une variation de courant.
JI en est de même dans un tube à vide, dans le-quel ce sont les variations de tension appliquées sur la grille, qui déterminent les variations du sa-teurs électrolytiques comme éléments de cou-plage. et l'on peut relier directement un Iran sistor à effet de champ à un microphone à haute 1mpedance, ou a la cartouche d ·un phono-capteur.
Utilisé comme amplificateur à courant continu, le transistor à efîet de champ à un coefficient de température presque nul et, à l'encontre d'un tube ou d'un transistor o rdi-naire, il ne présente pas d'effets de dérive.
Employé comme élément amplificateur de caractère général, ce transistor curieux peut assurer un gain aussi élevé qu'un tube à vide, mais avec un bruit de fond très inférieur à celui qui serait produit par un transistor, ou même par un tube. Bien entendu, il ne comporte pas de filament, ni d'élément de chaufîage quel-conque, el sa consommation est très faible. trans-fert presque parfaite quadratique.
Le courant de sortie varie comme le carré de la tension d'entrée et, ainsi. cet élément produit seulement des seconds harmoniques, tandis que les tubes et les transistors classiques
produisent des harmoniques d"un rang plus elevé et, par suite, risquent de déterminer plus d'interférences.
Parmi les autres caractensuques du tran-sistor à effet de champ, il faut indiquer une caractéristique du courant de sortie presque constante, c'est-à-dire des courbes représen-tatives des variations du courant de sortie par rapport à la tension à peu près plates.
L'effet de gain est presque complètement unilatéral, en raison de l'isolement presque parfait entre l'entrée et la sortie, et l'élément peut être utilisé comme une résistance, ou atté-nuateur variable, contrôlé par la tension, lorsqu'il fonctionne avec des tensions d'alimen tation assez basses.
Par contre. un inconvénient actuel du tran-sistor à effet de champ consiste dans la limi-talion de la puissance de sortie qu'il peut fournir, et qui est de l'ordre de quelques cen-taines de milliwaus. On envisage cependant la réalisation d'éléments de puissance, qui se-raient ainsi analogues aux transistors de puissance habituels, et pourraient les rempla-cer dans les étages de sortie des amplificateurs.
FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR côtés. Les jonctions du type P sont reliées entre elles, et sont appelees gate (porte) ou col
A l'autre extrémité du barreau, se trouve une autre borne appelée drain ou sortie connectée
FIG. 1 ment indiqué plus haut. mais 1111e autre b:me, ic.
d'une tension inférieure â la précédente. est on utilise deux sources d'alimentation. l'une pour la cathode et l'autre pour la plaque ;
que la polarisation de tension irwerse appliquée sur la porte détermine la production de champ5 électriques ou zones d'appa111•risse111e111 qui se utilise se11le111e111 les porteurs majoritaires. des élt:ctrons dans les éléments du type II et des trous dans les élement~ du t) pe p. Pendant la fabrication. des atomes dïmpuretés bien déter-minées ;ont rnélan~és. suivant la méthode habituelle. dans le matériau. dans une propor-tion telle qu·un seul t} pt: de porteurs de courant est réalisé. En r aislln du fait que la jonction de la porte a une polarisation ré\'ersiblc. ni les trou, 111 les électrons ne sont injectés dam le svstèmc.
-Les 110is types d'élements amplificateurs indiqués plus haut comportent une certaine
t 4 horizon-tale. A la partie inférieure de la ré~ion ohmique de la courbe. la résistance du barreau d'un une polarisation extérieure, ce qui réduit ainsi le passage du courant dans l'élément.
La courbe s·aplatit parce que l'augmentation additionnelle de la tension de la source par
un tran~istor bipolaire est normalement au contrmre au repos jusqu·au moment où une poln, "ation directe est appliquée sur la base.
et t111 tube à \ick c:st normakrnent en fonction-nement jusqu·~ cc qu·une polarisation inverst:
~oit appliquée sur la ,-!,rille (Fi,;. 7).
Des courbes caractéristiques comparées de chacun de ces trois dispositifs sont ristique -i111pvrtr111te du fonctionnement du transrstor a el let de champ. Lorsque la tt!llsion
En comparant cette courbe plate â celle d'un tube pentode bien connue, on constate une
®
est positif. et la base polarisée positivement par rapport à l'émetteur.Bien entc:ndu. le montage est dilTérent dans un tube à vide jouant le rôle d"un élément posi-tif. et si l"on rend la plaque négative par rapport â la cathode. le tube n ·est plus conduc1eur.
comme on le sai1 déjà.
FIG. 8.
LI y a ainsi des différences entre les tran sistors à elTet de champ du type II et du type p.
Pour 1 ·un des éléments. la mobilité des électrons est plus grande que celle des trous, puisque les électrons constituent la majorité des porteurs de: courant utilisés, les éléments du type 11, utilisés simplement comme amplificateurs. sont indiquées sur la figure 8. Dans les dilTércnts
l:nfin, le transistor bipolaire est polarisé par la chute de tension aux bornes du diviseur de tension Rs,RB 2 placé entre l'alimentation du collecteur et la masse. comme on le 10it sur la figure 8 B. Il se produit également une certaine polarisation déterminée par la résis-tance de !"émetteur RE mais cette résistance condensateur de couplage C 1.
Nous venons de voir ainsi les anafo,,ies qui existent entre le transistor à e!Tet de ch;mp. le transistor bipolaire, et le tube à vide mais voyons maintenant également les différence;
qui doivent être précisées encore.
Le transistor à effet de champ est un élément du type p, c'est à-dire fonctionnant par défaut d'électrons en positif. Cependant, ce transistor à e!Tet de champ peut également être réalisé une résistance plus faible en fonctionnement, et permeuent d"ob1enir des bruits parasites plus réduits. En fait, ces éléments du type 11
permettent à !"heure actuelle d'obtenir les bruits de fond plus réduits en basse fréquence que tous les éléments amplificateurs connus.
Tous ces avantages ne peuvent cependant être obtenus sans quelques inconvénients.
Comme tous les éléments à semi-conducteurs, les transistors à e!Tet de champ sont établis de façon à présenter une ,iamme très large de caractéristiques. et on voit sur le tableau 1, une liste de quelques-uns d"entre eux d'un type u1ilisable en France. li faut également connaître évidemment, pour les utiliser. leurs différents poramètres, que nous allon~ indiquer plus loin.
Mais presque tous peuvent présenter une varia-tion d'un élément ci l'autre dans la même série et. pour cette raison, on indique généralement des 1•a/eurs maximales et minimales d'emploi.
comme on le voit sur ce tableau.
LES DO, EES PRA TIQUES D'UTILISATION
Pour urull>er des transistors à effet de champ J3ns les monta~es, il faut évidemment connaître comme pour les tubes à vide et les transistors, lrurs carac1éris1iques, leurs paramètres prin-cipaux et leurs significations. et aussi la
dispo-connecté directement à la source, et cet indice est particulièrement important dans les applica-tions en haute fréquence, et lorsqu'on veut réaliser des montages des contacteurs.
8° Enfin, on peut avoir à considérer le courant de fuite IGSS porte-source, avec une polarisation inverse, avec le drain connecté directement à la source.
FIG. 10. j : 1ra11sistor Fairchild; K I: Motorola; 111 : Sl/ico11ix; 11 : Texas lnstrumcm.
sition de leurs connexions d'entrée et de sortie.
Celles-ci sont indiquées sur la figure JO et l'on voit, en même temps, les symboles adoptés pour représenter les transistors symétriques à effet de champ à double por1e et les transistors tension ne doit pas dépasser une certaine limite.
sans quoi l'élément risque d'être détérioré puis-sance totale dissipée par l'élément à une tempé-rature ambiante de 25 °C. Sa valeur maximale saturation. Cette caractéristique indique le courant maximal utilisable qui peut traverser l'élément, et une résistance de sortie de char5e.
Au-delà d'une valeur maximale, il se produit un effet d'avalanche dans l'élément et, par suite, une mise hors service permanente, à moins que la puissance dissipée ne soit maintenue à un niveau limite de sécurité.
5° Un petit signal réduit GfS désigné sous le terme transconductance, doit être considéré à une fréquence de I kHz ; c'est en quelque
.3 une , aleur trés réduite. habituellement un peu
;:ii-, ;r:inde que la ,aleur du courant de porte polarisée inversement, détermine l'im-pédance d'entrée, qui est habituellement élevée, comme nous l'avons expliqué, et de plusieurs centaines de mégohms.
En fait, tous ces paramètres ne sont pas toujours indiqués complètement sur les ta-bleaux des caractéristiques des fabricants, comme on le voit, par exemple, sur le tableau I, qui ne comporte que sept paramètres et, la plupart du temps, on n'indique pas certains paramètres, parce qu·ils sont plus ou moins analogues dans la plupart des éléments réalisés.
Le premier est la résistance de la source. par rapport au drain VdS lorsque l'élément est en action. avec la porte connectée directement à la source. et pour une valeur de I MHz. pas indique, concerne l'importance du bruit de fond pour une certaine fréquence. La gamme des valeurs s'étend de O, 1 à 4 dB, mais elle dépend beaucoup de la fréquence considérée, qui peut être de I kHz pour les éléments it basse fréquence. à 100 MHz pour les éléments it trés haute fréquence.
LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP MULTIPLES employés comme mélangeurs, convertisseurs et dans les montages à contrôle automatique de gain.
Les symboles schématiques de ces éléments sont représentés sur la figure 10 que nous avons déjit signalée ; ils peuvent être du type symé-trique ou non symétrique.
UN GENERATEUR BF SIMPLE A TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP
Les transistors it effet de champ peuvent désormais être employés dans un grand nombre de montages, et les praticiens apprendront rapidement à les utiliser par l'expérience.
En raison de l'étendue des paramètres de ces éléments, ceux qui sont employés dans les montages habituels doivent présenter évidem-ment, le moins possible, de variations de carac-téristiques d'un élément à l'autre, en particulier, en ce qui concerne les paramètres YfS, IDSS et VGS que nous avons définis précédemment.
lis doivent ainsi être adaptés dans des montages soigneusement étudiés avec des polarisations bien réglées. li est indispensable d'évaluer le schéma d'un petit générateur BF comportant essentiellement un oscillateur à décalage de phase et équipé avec des transistors à effet de champ. Ce montage représenté sur la figure 11 produit une onde sinusoïdale d'une fréquence bien déterminée, et avec le minimum directement le condensateur C, au drain du transistor Q 1•
Les résistances et les capacités doivent être des éléments d'assez grande précision, avec des tolérances de l'ordre de 1 %, si l'on veut obtenir une fréquence précise : sinon, évidem-ment, la fréquence finale obtenue ne correspond pas à la valeur que l'on peut calculer par la méthode habituelle.
H.-P.
(Adaplé de Radio-Electronics mai-juin I 969 et Electronics)