Transistors et diodes
Les premiers transistors et diodes
Historique
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Avant les transistors: les diodes

Déjà avant la seconde guerre mondiale, on était au courant des propriétés de certains cristaux, par exemple le cristal de galène utilisé comme détecteur dans les premières radios. Ces radios se composaient d'un circuit accordé sur l'émetteur qu'on voulait recevoir, d'une diode pour détecter le signal et d'un casque d'écoute très sensible. La portée d'un émetteur puissant était de plusieurs centaines de km en terrain favorable (bon conducteur). On utilisait alors uniquement les ondes longues.

La galène était un cristal de sulfure de plomb et on utilisait une fine pointe métallique (généralement en or ou en platine) qui reposait sur le cristal.

Pendant la guerre on a continué à utiliser des diodes pour détecter le signal des radars. Le cristal était alors monté dans une enveloppe en verre (comme un tube de radio classique). Un fort courant était alors envoyé dans la diode pendant un court instant pour que la pointe métallique se soude au cristal.

Pour l'émission, les alliés utilisaient un tube spécial, un magnétron, mais aucun tube n'était assez rapide pour amplifier le signal reçu. La détection du signal reçu se faisait par une diode et le signal détecté pouvait alors être amplifié.

Les allemands qui ne disposaient pas de magnétrons devaient utiliser des tubes classiques qui ne montaient pas autant en fréquence: leurs radars devaient être beaucoup plus grands (Wurzburg Riese pour un radar de poursuite).


Première photo à droite
Diode à pointe de contact utilisée comme diode détectrice dans de nombreuses applications: radios, télévisions,... On utilise du germanium qui permet de travailler à des fréquences plus élevées (la puissance nécessaire est très faible).

Exemple de diodes: OA81, OA85, AA119. On utilisait les mêmes codes pour les tubes, mais avec "tension de chauffage" = O, puis on est passé aux dénominations Pro Electron où la première lettre indique le type de cristal utilisé (A = germanium).


Pour détecter les émissions radar des alliés, les allemands utilisaient deux types de détecteurs, le Metox et plus tard le Naxos basés sur la détection par diode. Ces détecteurs indiquaient que des alliés utilisaient leur radar dans les parages. La portée du détecteur était de plus de 10km. D'autres éléments chimiques avaient des propriétés identiques, comme par exemple les redresseurs au sélénium. Ces redresseurs ne pouvaient pas fonctionner aux fréquences élevées et n'étaient utilisées que pour redresser l'alternatif (par exemple pour charger des batteries à partir du courant alternatif).

Le détecteur à galène est fort utilisé en France et en Belgique dans les récepteurs pendant la guerre car il ne nécessite pas de source de courant. De plus, contrairement à la plupart des récepteurs à lampes il ne produit pas de signal propre qui permet sa localisation par le contre-espionnage allemand.

Le symbole de la diode (et plus tard du transistor) est basé sur le détecteur à galène avec une sorte de flèche qui représente la pointe en contact avec le cristal.

Recherches sur les transistors:
transistors à pointes de contact et transistrons

C'est après la guerre que des américains se rendent compte que certains montages avec deux pointes rapprochées permettaient d'amplifier le signal. Les lois de la physique qui sont à la base du phénomène sont très complexes, et la réalisation des premiers transistors est très aléatoire. Parfois cà marche, parfois pas, mais on ne sait pas très bien pourquoi. Un transistor, ce n'est pas simplement deux diodes montées l'une après l'autre.


Image et photo à droite
La représentation d'un transistor à pointes de contact et la réalisation pratique. On voit très bien qu'il s'agit d'un prototype.

Des ingénieurs allemands qui avaient travaillé sur les diodes allemandes pendant la seconde guerre mondiale font également des recherches après la guerre. Ils travaillent alors en France et découvrent presque simultanément que les américains le même effet. Ils appellent leur amplificateur un transistron. Il s'agit de Herbert Mataré et Heinrich Welker qui ont travaillé sur les diodes pendant la seconde guerre mondiale. Après la guerre, ils ont été engagés par une firme française pour développer les diodes.

Ils se sont rendu compte qu'il y avait une interférence entre deux diodes quand leur pointes étaient placées l'une près de l'autre (à moins de 100µm). En juin 1948, ils produisent des composants qui ont des caractéristiques suffisamment stables, mais un mois plus tard, ils sont surpris par l'annonce de Bell labs qui indique qu'ils ont fabriqué les premiers transistors.

Pour se différencier des transistors, ils appellent leur composant transistron et lancent la production. Un an plus tard, la production tourne à plein rendement (ces transistors étaient utilisés comme amplificateur pour les lignes de téléphone). Mais le transistor à pointes de contact avec son gain assez faible sera rapidement remplacé par le transistor à jonctions. Mataré retournera en Allemagne pour créer Intermetall pour fabriquer des diodes et des transistors, tandis que Welker va chez Siemens où il deviendra directeur des recherches.


Dernière photo à droite
Photo aux rayons X d'un des premiers transistrons. Il s'agit d'un transistor à pointes de contact, mais la fabrication est différente de la version américaine.

Le transistor se compose de deux brins d'or qui appuient sur un cristal de germanium. Pour que les pointes soient suffisamment rapprochées on dore deux cotés d'une petite pointe en plastique, et puis on coupe l'extrémité de la pointe pour qu'il n'y ait plus de contact entre l'émetteur et le collecteur.

Le fonctionnement de ces transistors diffère de celui des transistors modernes: un petit courant d'émetteur règle le courant plus important entre la base et le collecteur. Les premiers transistors à jonctions seront utilisés de la même manière. L'émetteur est l'électrode qui est parcourue par le courant le plus faible, dans les transistors modernes c'est la base.

Les transistors à pointes de contact sont peu fiables et ne peuvent amplifier que des signaux très faibles. Les caractéristiques ne sont pas stables et le gain est limité: il faut passer à un type de transistor qui a de meilleures caractéristiques: le transistor à jonction.

Les rares transistors de cette époque ressemblent à des diodes, avec deux connections, tandis que la base est reliée au boitier.

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