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Philippe LETURCQ : Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes du CNRS (LAAS)
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Cette deuxième partie de l’étude des composants de puissance bipolaires est principalement consacrée au transistor et aux dispositifs de la famille du thyristor. En continuité avec l’article Composants semi-conducteurs de puissance bipolaires. Partie 1, elle se fonde sur les mêmes principes généraux que ceux qui ont été mis en relief dans le cas des diodes et le formalisme utilisé est identique. On retrouvera donc ici, mis en jeu dans des composants commandés, les mécanismes de modulation de conductivité et de stockage de porteurs précédemment décrits, le cadre d’analyse, unidi-mensionnel et régional, étant intégralement conservé par souci de simplification didactique.
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2. Thyristors et composants dérivés
Le thyristor, à l’origine conçu comme redresseur contrôlé, a été, par son comportement bistable bloqué/conducteur et son aptitude à commuter de forts niveaux de courant et de tension (gamme des kiloampères, kilovolts), le composant clé du développement de l’électronique de puissance dans les décennies 1960 et 1970. Il est encore très utilisé aujourd’hui, sous des formes diversifiées, notamment dans les applications de très forte puissance (traction ferroviaire, par exemple), malgré la concurrence grandissante de composants associant effets unipolaire et bipolaire, tel l’IGBT (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor), plus souples d’utilisation.
2.1 Principe
Le thyristor est un dispositif à quatre couches P+N–PN+, muni de contacts terminaux d’anode (A) et de cathode (K) sur les couches P+ et N+ respectivement, et d’une électrode de commande, la gâchette (G), appliquée à la région P ; la base N–, comparativement large et peu dopée, comme dans tout dispositif destiné à supporter de fortes tensions, n’est généralement pas accessible directement (figure 14a). Les régions extrêmes, fortement dopées, se comportent en émetteurs et, mise à part la couche de commande P (également appelée « base » par abus de langage), la structure évoque celle d’une diode bipolaire (cf. [D 3 106], § 2.1.1), composant auquel le thyristor emprunte effectivement nombre de ses propriétés. Une particularité importante, cependant, est que la couche de commande (ou, en certains cas, la base N) est réunie de manière interne à la cathode (respectivement à l’anode) par une résistance de faible valeur ; cette résistance, représentée côté cathode sur la figure 14 (RGK), est indispensable au maintien de l’état bloqué sous polarisation anode-cathode directe.
Comme le montre la figure 14b, on peut aussi considérer l’agencement des couches comme résultant de...
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