Les 50 dernières années du XXème siècle.

Les électrotechniciens

L’ère du Transistor

L'histoire du transistor a commencé au début du dix-neuvième siècle quand Jöns Berzelius (1779-1848), un chimiste suédois découvrit en 1817 le silicium (Si). C'est le second élément de la croûte terrestre après l'oxygène. La silice n'est rien d'autre que du sable (SiO2).

Le germanium fut découvert qu'en 1886 par le chimiste allemand Clemens Winkler (1838-1904).Ce sont deux semiconducteurs qui seront utilisés dans les transistors.

le physicien suisse, naturalisé américain, Félix Bloch (1905-1983) proposa dan sa thèse (1929), une  première théorie cohérente de la conduction dans les solides.

Entre 1900 et 1929, l'utilisation des semi-conducteurs est empirique. On les rencontrait dans les détecteurs d'ondes électromagnétiques (galène) et dans les redresseurs de courants alternatifs (oxyde de cuivre, sélénium). En 1910, les travaux de deux chercheurs américains, Dunwoody et Pickard, sur les cristaux aboutirent à l'invention du récepteur à galène. En réalité les recherches sur l'état solide restèrent théoriques mais il apparaissait clairement, malgré des essais peu concluants que les semi-conducteurs allaient remplacer les gros commutateurs électromécaniques dans les systèmes automatiques.

Nevill François (1905-1996) 5) proposa, En 1939 une théorie sur les propriétés des métaux et semi-conducteurs ainsi que la jonctions métal-semi-conducteur.

A la même époque, aux Etats-Unis, dans les Bell Hill, Walter Brattain (1902-1987) et William Shockley (1910-1989) deux ingénieurs  des laboratoires  Bell de Murray dans les années 1940 s'obstinaient à mettre au point un amplificateur à base de germanium, de cuivre et d'oxyde de cuivre pour répondre à des besoins spécifiques en téléphonie.

John Bardeen (1908-1991) rejoignit, en 1946,  les  Laboratoires Bell, et y resta jusqu'en 1951.  A son arrivée, les travaux étaient dans l'impasse. Ils n'arrivaient pas à réaliser un amplificateur à état solide qui aurait remplacé les tubes à vide. Bardeen suggéra de s'orienter vers l'étude des phénomènes de surface. Les recherches se développèrent dans ce sens et, le 23 décembre 1947, après beaucoup de bricolage, les trois hommes obtinrent un effet d'amplification sur la voix humaine : Le transistor (de l'anglais "transfer resistor") naissait, mais il était à pointe et manquait de stabilité et de puissance. Les trois scientifiques reçurent le prix Nobel en 1956 pour leurs travaux.

 William Shockley donna en 1949 la théorie des jonctions
 P-N et mit au point la diode à jonction. Il inventa deux ans plus tard le transistor à jonctions puis en 1952, le transistor à effet de champ, fondé sur un effet qui avait été découvert par Lilienfield en 1928.

 

Postes à Transistor

Le transistor pouvant amplifier des courants électriques, engendrer des oscillations électriques et assumer les fonctions de modulation et de détection allait progressivement remplacer les lampes de radio et, en 1955, les premiers récepteurs radio à transistors apparaissaient. Le transistor est une véritable triode à semiconducteurs qui ne nécessite plus de tension électrique élevée (~ 250 V) nécessaire aux lampes, 9 V suffisent.

Le transistor prend cent fois moins de place qu'une lampe, résiste bien aux chocs et aux vibrations, sa durée de vie dépasse 100 000 heures alors que l'efficacité des lampes décroît après 2 000 heures de fonctionnement.

En modulation d’amplitude ils fonctionnent en super hétérodyne selon le schéma des post à lampes depuis 1930.

Les signaux formés par les ondes électromagnétiques sont captés par une antenne. Celle-ci, quelle qu'elle soit, reçoit de nombreux signaux qu'il faut différentier. Un récepteur doit donc être capable de :

  • sélectionner, parmi les nombreux signaux, le signal  modulé en amplitude désiré ;
  • amplifier ce signal afin de le mêler à une oscillation locale, pour obtenir une fréquence intermédiaire fixe, .modulée en amplitude;
  • démoduler ce nouveau signal, qui est modulé en amplitude, afin de récupérer un courant  audio ;
  • amplifier ce courant audio pour alimenter le haut-parleur qui restitue  le son original.

Poste, à transistors, équipé d’une antenne
faite de spires bobinés sur ferrite (1950)




Poste à transistor
1959

La modulation de fréquence ou MF ou FM est un mode de modulation consistant à transmettre un signal par la modulation de la fréquence d'un signal porteur (porteuse).

On parle de modulation de fréquence par opposition à la modulation d'amplitude. En modulation de fréquence, l'information est portée par une modification de la fréquence de la porteuse, et non par une variation d'amplitude. La modulation de fréquence est plus robuste que la modulation d'amplitude pour transmettre un message dans des conditions difficiles (atténuation et bruit importants).

Le circuit intégré 

permet de réduire encore la taille et le coût des ordinateurs en intégrant sur un même circuit électronique plusieurs transistors sans utiliser de fil électrique.

En 1959, Jack S. Kilby mit au point un circuit intégré appelé "puce" comprenant près de 5 000 composants élémentaires sur une pastille de 5 mm de côté. L'intégration a été réalisée en utilisant deux techniques : l'oxydation et la diffusion. L'année suivante, les premiers ordinateurs entièrement transistorisés apparaissaient. Ils comportaient de 5 000 à 10 000 transistors. Les mémoires étaient à tores de ferrite.

A partir de 1960, l'utilisation du silicium beaucoup plus stable que le germanium se généralisa et la taille des transistors diminua. En 1964, le transistor à jonctions était un petit morceau de silicium de moins d'un millimètre carré et de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur.

A partir de 1970, une nouvelle technologie dite M.O.S. (metal oxide semiconductor) permit de fabriquer des transistors à effet de champ, à grille isolée par une couche d'oxyde de silicium, plus petits et plus rapides.

Le microprocesseur



En 1971, Marcian Hoff, de la Société INTEL, mit au point le premier microprocesseur qui fonctionnait sur quatre bits : le 4004. Les fonctions élémentaires d'un ordinateur étaient rassemblées sur un seul composant électronique équivalent à 2 300 transistors.



L’Intel 8080 conçus et fabriqués par Intel. fut présenté en avril 1974, ce processeur 8 bits  fonctionnait à 2 MHz. Il est généralement considéré comme le premier microprocesseur véritablement utilisable dans une unité centrale.



En juillet 1976, Federico Faggin, qui avait quitté Intel à la fin de 1974, pour fonder Zilog met le processer  Z80 sur le marché. Ce processer a été conçu pour être compatible au niveau binaire avec l’Intel 8080 de sorte que la plus grande partie du code 8080, notamment le système d’exploitation CP/M, fonctionne sans modification dessus.

Un microprocesseur regroupe la plupart des composants de calcul (horloge et mémoire mises à part pour des raisons techniques) sur un seul circuit. Couplé à un autre produit, la puce mémoire, le microprocesseur permet une diminution nouvelle des coûts. Le 4004 ne réalisait que 60 000 opérations par seconde

Le Z80 a rapidement pris la relève du processeur Intel 8080 sur le marché. Il est devenu l’un des processeurs 8-bit les plus populaires. Peut-être une des clés de la réussite du Z80 fut le rafraîchissement intégré de la DRAM, et d’autres caractéristiques qui permettaient aux systèmes d’être construits avec moins de puces annexes.

La taille des transistors continue à diminuer. Le plus petit transistor du monde fait aujourd'hui moins de 20 nanomètres. Le microprocesseur ATHLON de AMD possède 22 millions de transistors et le Pentium III d'INTEL en a 9,3 millions. Comme chacun sait, les microprocesseurs ne cessent d'être de plus en plus puissants.

En quarante ans, le nombre de transistors pouvant être gravés sur une puce de silicium a été multiplié par 80 (jusqu'à 1 million de transistors par mm2). La miniaturisation sera limitée à cause de plusieurs facteurs (impossibilité de connecter les composants à cause de leur petite taille, champs magnétiques intenses créés par le mouvement des électrons dans les transistors trop proches, chaleur dégagée importante en raison d'une trop grande densité de composants, etc.). Les performances des circuits intégrés augmentent exponentiellement et pourront bientôt se comparer avec celle du cerveau humain pour certaines activités (diagnostiquer des pannes, jouer aux échecs, etc.) mais elles ne pourront jamais l'égaler. En effet, un neurone peut-être relié à plus de mille autres dans le cerveau alors que dans une puce, un transistor est connecté au plus à cinq autres, ce qui entraîne une pauvreté conceptuelle des logiques mises en oeuvre. Raisonner, inventer, créer, aimer resteront le propre de l'homme

Télévision

Évolution des récepteurs après 1950

L’antenne très directive reçoit simultanément un signal relatif au son et un autre relatif à la vidéo (image et synchronisation)

Les premiers récepteurs en "441 lignes" puis "819 lignes" en France en 1950 étaient  conçus pour ne recevoir qu’un seul canal en bande VHF basse. De ce fait, ils étaient constitués  d’une amplification directe, avec l'antenne  en forme de H, faite de deux dipôles verticaux couplés. Ils comportaient une dizaine de tubes "octal".




Téléviseur 1950

Le 18 avril 1964, ce fut l’inauguration de la deuxième chaîne en noir et blanc (en 625 lignes). L'apparition d'autres canaux et d'émetteurs en VHF, engendra la seconde génération de téléviseurs utilisant le changement de fréquence (Voir ci-dessos), comme sur les récepteurs de radio, avec le "rotacteur" de canaux, muni de modules d'accord à introduire selon les canaux. La dérive des oscillateurs obligeait à agir sur le réglage fin pour avoir une image correcte. Les tubes "noval" et "miniature" remplacent les "octal". Un récepteur en "noir et blanc" utilisait une quinzaine de tubes.

L'apparition de la couleur a obligé les spectateurs à remplacer leur récepteur par la première génération de téléviseurs couleur des années 1960, munis du tube cathodique à masque (shadow mask). Les réglages de convergence demandaient une expertise du dépanneur, avec environ 12 réglages à refaire après chaque intervention. Le dépanneur en télévision était d'abord un changeur de tubes, car ces téléviseurs en comportaient une trentaine.

1er octobre 1967 : passage de la deuxième chaîne à la couleur, la France ayant choisi en juin 1967 le SECAM IIIB (standard d'encodage de la couleur, inventé par Henri de France);

L'apparition de nouvelles chaînes et l'extension aux bandes UHF fit ajouter le module UHF d'abord à tubes, puis avec les premiers transistors, dont le réglage s'effectuait par un cadran. Les télécommandes et le "zapping" étaient encore inimaginables. Des téléviseurs mixtes tubes/transistors ont été commercialisés, les premiers transistors ne permettant pas les fonctions de puissance et haute tension.

Les premiers téléviseurs "tout transistors", les écrans type trinitron, les têtes à synthétiseur, les télécommandes sont apparus vers 1980. Ces téléviseurs étaient plus stables, plus fiables. Les écrans plats cathodiques, les vidéo-projecteurs font leur apparition. Le métier de dépanneur de télévision disparaît progressivement, les techniques d'intégration et d'interconnexion ne permettent que de remplacer des modules.

4 août 1984 : lancement du satellite de télécommunication Télécom 1A, et le 04.09.1984, mise en service de la première chaîne télévision privée payante (Canal +)

Entre 1985 et 1986 sont apparues des chaînes câblées

20 février 1986 : lancement de la première chaîne généraliste commerciale française, La Cinq. Dirigée par Silvio Berlusconi, elle émettra jusqu'au soir du 12 avril 1992

Enfin la révolution est en cours pour remplacer les tubes cathodiques par les écrans plasma et LCD apparus vers 2000, et généralisés en 2008.