L'électronique accompagne aujourd'hui l'homme dans chacun de ses gestes, elle assiste, directement ou non, toutes les actions qu'il entreprend, et l'on prévoit que ce rôle ne fera que s'amplifier dans les décennies à venir.

L'électronique accompagne aujourd'hui l'homme dans chacun de ses gestes, elle assiste, directement ou non, toutes les actions qu'il entreprend, et l'on prévoit que ce rôle ne fera que s'amplifier dans les décennies à venir. L'industrie électronique, premier secteur industriel mondial, est centrée autour de la fabrication des « puces «, petites pastilles de silicium où sont implantés des millions de transistors, fruits de la recherche et du développement, dont chaque type est à peine commercialisé qu'il est déjà périmé. L'ensemble des techniques permettant d'utiliser les déplacements de charges électriques dans des circuits pour transporter des signaux constitue l'électronique. Les différents composants Les semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont essentiellement des matériaux isolants dont il est possible de modifier à volonté les propriétés électriques par dopage, c'est-à-dire en leur adjoignant des traces d'éléments de nature chimique déterminée. Par exemple, un élément donneur, introduit dans un semi-conducteur, libère en s'ionisant un électron, qui va contribuer à la conduction du matériau. Un tel matériau est dit dopé n (pour « négatif «), car les porteurs de charge majoritaires, qui assurent l'essentiel de la conduction, sont des électrons. À l'inverse, un élément accepteur, en piégeant un électron du semi-conducteur, va créer un « trou « dans les électrons de ce matériau ; celui-ci va alors se comporter comme une charge positive. Le matériau est dit dopé p (pour « positif «) ; les porteurs majoritaires sont positifs. Lorsqu'on accole un semi-conducteur de type n et un semi-conducteur de type p, électrons et trous auraient tendance à diffuser hors de leurs régions d'origine, mais les dopants positifs du côté n, puisque ionisés, repoussent les trous mobiles du côté p. De même, les dopants négatifs du côté p repoussent les électrons du côté n. Il apparaît donc au voisinage de la jonction une zone désertée dans laquelle un champ électrique très fort s'oppose au mouvement des porteurs majoritaires. Si l'on applique à une telle jonction p-n une différence de potentiel, le champ électrique résultant va s'ajouter algébriquement au champ précédent. Si la région n est portée à un potentiel positif par rapport à la région p, les deux champs sont de même signe, la jonction est dite polarisée en inverse, et presque aucune charge ne peut la traverser ; elle se comporte donc comme un isolant. Dans le cas opposé, les champs se retranchent, et un courant peut alors circuler dès que la tension appliquée dépasse un certain seuil. La jonction est polarisée en direct. Une jonction p-n constitue une diode. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats champ - 2.PHYSIQUE - Le champ électrique différence de potentiel - 1.PHYSIQUE diode dopage - 2.ÉLECTRONIQUE isolant jonction - 2.PHYSIQUE semi-conducteur Le transistor. Le composant de base de l'électronique aujourd'hui est sans nul doute le transistor. Ce composant, inventé en 1949 par Walter H. Brattain, William Shockley et John Bardeen, à qui il valut le prix Nobel, est en effet omniprésent dans les dispositifs électroniques actuels. Il existe deux types de transistors : le transistor bipolaire et le transistor à effet de champ (FET). Tous deux utilisent pour leur fonctionnement les propriétés spécifiques des semi-conducteurs dopés. Un transistor bipolaire est constitué de deux jonctions p-n accolées en opposition, donnant par exemple une structure npn. Les deux zones n sont inégalement dopées. La moins dopée est l'émetteur, l'autre le collecteur. La zone p constitue la base. C'est du couplage entre ces deux jonctions que provient l'effet transistor : si l'on polarise en inverse la jonction émetteur-base et en direct la jonction base-collecteur, le très faible courant de la jonction inverse assure le contrôle du courant beaucoup plus fort qui circule de l'émetteur au collecteur. Cet effet d'amplification permet de réaliser toutes sortes de montages (amplificateurs, oscillateurs...). Le principe du transistor à effet de champ est plus simple. Il utilise le fait que la résistance d'un semi-conducteur dopé peut être contrôlée par un champ électrique. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats amplificateur Bardeen John dopage - 2.ÉLECTRONIQUE jonction - 2.PHYSIQUE oscillateur Shockley William Bradford transistor Les circuits électroniques analogiques. Les circuits électroniques sont constitués d'un assemblage de plusieurs de ces composants, déterminé par le type de fonction à réaliser. Les montages analogiques traitent des signaux de forme et de fréquence variables. L'adaptation en impédance permet de transférer un maximum de puissance entre deux éléments d'un circuit. Elle est généralement réalisée à l'aide de résistances. Les filtres utilisent les propriétés caractéristiques des capacités et des self-inductions. Les capacités limitent les courants basse fréquence et les inductances limitent les courants haute fréquence. Leur assemblage permet donc de sélectionner les fréquences qui doivent être atténuées. L'utilisation des diodes découle principalement de la propriété de conduction unidirectionnelle de la jonction p -n. L e redressement simple alternance consiste à ne transmettre que les composantes positives de la tension. Le redressement double alternance, réalisé à l'aide de quatre diodes disposées en un pont de Graetz, permet d'inverser le signe des tensions négatives. Les montages stabilisateurs de tension utilisent la propriété d'avalanche des diodes (effet Zener). Les transistors bipolaires sont principalement utilisés pour l'amplification de signaux alternatifs. Pour ces éléments actifs, toute variation du courant de base est multipliée par le gain du transistor. Pour le transistor à effet de champ, la conduction s'effectue dans un canal dont la largeur est contrôlée par un champ électrique. Ce composant constitue donc une résistance variable permettant de moduler ou d'interrompre le courant qui le parcourt. Les amplificateurs opérationnels amplifient une différence de courants d'entrée. Utilisés en régime saturé, ils permettent la comparaison de deux tensions. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats circuit électrique diode filtre filtre - Les filtres électroniques impédance inductance induction - 2.PHYSIQUE résistance Zener (diode de) Les circuits logiques. Pour les circuits logiques, les tensions ne doivent prendre que deux valeurs, associées aux états logiques 0 et 1. Ils sont formés de composants analogiques mais fonctionnant en régime saturé. Un nombre réduit d'opérations de base est réalisé et répété un grand nombre de fois. Les circuits les plus employés sont les circuits ET, OU, NON, et le bistable. Ils permettent de réaliser physiquement des équations algébriques booléennes. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Boole George calcul électronique circuit électrique Les circuits chaînés. Les systèmes électroniques sont composés de circuits élémentaires dont la succession peut être décrite par une chaîne fonctionnelle. Celle-ci comporte une source d'information (rayon lumineux, variation de température, onde électromagnétique...), suivie d'un transducteur (cellule photoélectrique, thermocouple, antenne) qui permet de traduire un signal physique en courant ou tension électrique. Ainsi transformée, l'information peut être traitée par un ensemble de circuits élémentaires. Ce traitement du signal fait de plus en plus appel à des méthodes numériques qui nécessitent de transformer les tensions en mots numériques. La chaîne fonctionnelle se termine par un transducteur de sortie qui permet l'exploitation et la compréhension du signal physique reçu (circuit de commande d'un moteur, affichage de la température, haut-parleur). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats antenne - 1.TÉLÉCOMMUNICATIONS circuit électrique haut-parleur photoélectricité thermoélectricité thermoélectricité - L'effet Seebeck Les circuits intégrés. Les composants électroniques sont constitués d'une juxtaposition de transistors reliés entre eux par des dipôles électriques classiques. Ils peuvent être employés pour réaliser une fonction simple (par exemple, amplifier un signal) ou pour des tâches beaucoup plus considérables, comme servir d'unité centrale ou de mémoire à un ordinateur. C'est la capacité à « intégrer « davantage les circuits, c'est-à-dire la capacité à mettre beaucoup plus de fonctions électroniques sur le même support physique, qui a rendu possibles ces dernières applications. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats circuit électrique composant électronique La puce. Les circuits intégrés sont des structures à trois dimensions composées de matériaux différents et plus ou moins dopés, c'est-à-dire ayant un plus ou moins fort taux d'impuretés ajoutées intentionnellement, empilés les uns sur les autres. Le matériau de base de loin le plus utilisé, malgré quelques concurrents comme surtout l'arséniure de gallium, est le silicium monocristallin. Le morceau de ce matériau sur lequel est fait un composant est appelé une puce. La fabrication du circuit passe par des étapes de dopage de ce substrat à l'aide d'impuretés (par exemple, pour le silicium, du phosphore pour le dopage n, du bore pour le dopage p ) et par des étapes de dépôt d'autres matériaux (notamment des métaux pour faire les jonctions). Pour disposer ces couches de façon contrôlée, on utilise la plupart du temps la microlithographie. On recouvre la surface d'une résine photosensible, puis, à travers des « masques «, on en illumine certaines parties. La résine peut être dissoute dans les zones qui ont été illuminées ; elles deviennent accessibles pour implanter des atomes de dopant, faire diffuser un gaz dans le substrat ou déposer un matériau alors que les autres zones sont protégées. La résine protectrice est ensuite enlevée. Certaines méthodes très modernes utilisent à la place de la lumière et des masques un faisceau d'électrons que l'on déplace de façon suffisamment précise pour impressionner la résine. Dans les années soixante-dix, on pouvait mettre quelques transistors sur un composant. Au début des années quatre-vingt-dix, la taille des traits que l'on arrive à réaliser est de quelques dixièmes de micromètres et les puces contiennent plusieurs millions de transistors. Pour améliorer les performances des circuits intégrés, la course à la miniaturisation se poursuit, mais la façon de placer et de connecter un aussi grand nombre de transistors pour réaliser la fonction attendue fait maintenant aussi l'objet de recherches. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats microprocesseur puce électronique résine silicium Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats calcul électronique circuit électrique composant électronique filtre germanium impédance jonction - 2.PHYSIQUE Les livres électronique - réalisation à Taiwan de plaquettes, page 1620, volume 3 électronique - mémoire magnétique Siemens, de 4 mégaoctets, page 1621, volume 3 électronique - fabrication des circuits intégrés Thomson, page 1622, volume 3 Les applications industrielles de l'électronique Les applications industrielles de l'électronique sont innombrables et leur éventail ne cesse de s'élargir. Les plus connues relèvent soit de l'interaction entre phénomènes électriques et lumineux (diodes électroluminescentes, cellules photoélectriques, caméras vidéo, écrans de télévision cathodiques ou à cristaux liquides, générateurs photovoltaïques, lasers à semiconducteurs, etc.), soit de procédés généraux de traitement des signaux porteurs d'information, procédés que l'on peut regrouper en deux familles distinctes : les techniques analogiques et les techniques numériques. Les techniques analogiques. Elles élaborent et traitent des signaux continus d'amplitude variable, en fonction de l'information à transmettre. C'est le cas de la téléphonie classique et des techniques traditionnelles d'enregistrement sonore et vidéo, de radiodiffusion et de télévision, de contrôle et de régulation industriels ; c'est également le cas des calculateurs analogiques. Les microphones ou les caméras émettent un signal continu portant les informations acoustiques ou optiques, signal qui est amplifié, puis dirigé vers les récepteurs spécialisés situés dans les reproducteurs sonores et vidéo, ou qui sert à moduler en amplitude ou en fréquence un courant à haute fréquence. Celui-ci donne naissance dans une antenne à une onde électromagnétique rayonnée dans l'espace. Les ondes de différentes provenances engendrent dans les antennes réceptrices des microcourants qui sont triés en fonction de leur fréquence de base, amplifiés et décodés pour en extraire le signal de modulation. Ce dernier est dirigé vers les organes de réception finals, sonores ou vidéo. Dans l'industrie, les capteurs analogiques et les analyseurs automatiques élaborent des microtensions proportionnelles aux grandeurs qu'ils détectent (pression, pression différentielle, teneur d'un mélange en un élément donné, etc.) ; les sondes de température à thermocouple élaborent spontanément de telles tensions, tandis que les sondes à résistance, dont la résistance varie avec la température, déséquilibrent un pont de mesure dont elles constituent un élément. Les récepteurs mesurent ces tensions ou rééquilibrent ces ponts, déplaçant ainsi une aiguille devant un cadran ou une plume enregistreuse sur un papier déroulant. Les régulateurs comparent la mesure à un signal de consigne, élaborent un signal d'écart éventuel, le traitent directement ou l'associent à d'autres signaux de mesure, puis délivrent des signaux opératoires à des positionneurs qui contrôlent les servomoteurs de puissance agissant sur les organes à régler. Les calculateurs analogiques sont adaptés chacun à la résolution d'un problème particulier ; ils résolvent une équation ou un système d'équations intégro-différentielles dont les différents termes sont modélisés par des circuits électriques spécifiques. Ils sont de plus en plus remplacés par des calculateurs numériques programmables. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats antenne - 1.TÉLÉCOMMUNICATIONS télécommunications - Télécommunications et électronique Les techniques numériques. Elles ne manipulent que des trains d'impulsions courtes qui ne comportent comme information que leur existence ou leur non-existence. Elles ont été utilisées, au départ, dans la réalisation des calculateurs électroniques ; ne sachant pas comment exprimer simplement les données numériques décimales classiques, les pionniers de cette activité eurent l'idée d'exprimer tous les nombres en numération binaire, facile à représenter par l'existence ou l'absence d'un signal élaboré par un montage électronique simple, qui basculait d'une position d'équilibre à une autre sous l'effet d'une impulsion extérieure. La technique de base des ordinateurs modernes venait ainsi de naître. Ces techniques sont peu influencées par les parasites et les bruits de fond qui déforment les signaux analogiques, mais ne changent rien, dans de larges limites, à la détection de présence ou d'absence des signaux numériques (même si leur amplitude est affectée). Elles sont donc fiables, ce qui a entraîné leur généralisation. Tout signal analogique d'intensité variable peut, en effet, être codé numériquement sans perte d'information, en mesurant régulièrement, à fréquence suffisante, son amplitude instantanée, la valeur numérique de chacune de ces mesures étant ensuite exprimée en numération binaire sous forme de trains d'impulsions. C'est ainsi que sont nés les disques numériques à lecture laser, sonores ou vidéo, dont le succès commercial est considérable, ainsi que les techniques d'enregistrement numérique sur bande magnétique, dont les promoteurs ont volontairement retardé la commercialisation. De même, en régulation industrielle, le premier signal analogique détecté par un capteur est transformé en signal numérique et entièrement traité sous cette forme ; l'ordre de commande final arrive sous forme numérique au positionneur du servomoteur concerné. En téléphonie, l'adoption des techniques numériques a bouleversé la conception même des systèmes de commutation et amélioré considérablement la qualité des transmissions à longue distance par câbles et satellites. En radiodiffusion, la qualité des émissions analogiques en modulation de fréquence (déjà peu sensibles aux parasites atmosphériques) s'avère suffisante pour les prochaines décennies. Il semble en être de même pour la télévision classique, mais un procédé de télévision numérique à haute définition fait actuellement l'objet d'études avancées aux États-Unis et s'annonce comme potentiellement supérieur aux procédés japonais et européen de haute définition analogique, bien qu'il ne soit pas encore au point. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats commande numérique digital disque - 2.AUDIOVISUEL disque optique numérique (DON) laser ordinateur - Historique - Troisième génération, ou seconde informatique ? radio vidéo Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats bande magnétique capteur cristal liquide microphone radiocommande scanner - 1.INFORMATIQUE Les médias électronique - l'électronique en pleine mutation Les livres électronique - salle de contrôle d'une centrale nucléaire, page 1623, volume 3 électronique - salle de contrôle de l'aéroport de Roissy, page 1623, volume 3 L'importance économique de l'électronique Le secteur de l'électronique est caractérisé par une forte concurrence internationale, puisque le tiers de la production mondiale est exporté. Il est dominé par des firmes multinationales dont la production s'effectue dans de nombreux pays et la pénétration est étendue à tous les marchés géographiques. Deux pays assurent ensemble plus de 40 % des échanges internationaux : les États-Unis, pionniers dans ce secteur, et surtout le Japon, qui est notamment prédominant dans l'électronique grand public. Derrière viennent l'Allemagne, la Grande-Bretagne et la France. La France a un commerce extérieur déficitaire dans ce secteur ; après avoir plafonné à 96 % en 1985, le taux de couverture des importations par les exportations est tombé aux alentours de 70 %. C'est surtout l'électronique grand public qui est responsable de ce déficit, bien qu'elle ne représente que 8 % du secteur. La balance extérieure pour les composants actifs et passifs (20 % du secteur) est équilibrée. Les points forts sont les télécommunications et les produits professionnels à destination militaire ou spatiale. Les principales entreprises opérant en France sont General Electric, Alcatel-Alsthom, ThomsonCSF et IBM. Pour résister à la concurrence du Japon et des États-Unis, les pays européens ont développé une collaboration dans le domaine de la recherche-développement, avec les programmes Eurêka (dont 75 % des projets concernent l'électronique, l'informatique et la robotique), Esprit (en informatique) et Race (pour les télécommunications large bande). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Alcatel-Alsthom États-Unis - Géographie - La vie économique - Les ressources naturelles et industrielles Eurêka General Electric Company IBM (International Business Machines Corporation) Japon - Géographie - La vie économique - Les activités industrielles multinationale Philips Electronics NV robot Thomson SA Les livres nouveaux pays industriels - microélectronique, à Taiwan, page 3483, volume 7 ordinateur - fabrication de composants électroniques, page 3613, volume 7 Singapour - l'usine électronique Western Digital, page 4792, volume 9 Allemagne - test sur microcircuits électroniques aux laboratoires Siemens, page 153, volume 1 Asie - industrie électronique en Inde, page 385, volume 1 Chine - usine de circuits intégrés pour radio à Shanghai, page 1065, volume 2 Corée - usine Goldstar Electronic à Kumi, page 1261, volume 3 Japon - fabrication de matériel électronique chez Seiko, page 2657, volume 5 Complétez votre recherche en consultant : Les indications bibliographiques F. Dattée, Électronique, concepts de base, Eyrolles, Paris, 1987. R. David, l'Électronique, PUF, « Que sais-je ? «, Paris, 1988 (1969). Électronique et informatique, CRDP, Lille, 1986. M. Girard, Électronique industrielle, McGraw-Hill, 1987.