How Transistors Work – A Quick and Basic Explanation

Hace casi un siglo, las computadoras se construían con grandes tubos de vacío y eran muy grandes, y por grandes me refiero a ENORMES. Algunas computadoras, de hecho, eran lo suficientemente grandes como para ocupar una habitación entera. Avance rápido hasta 2018 y las computadoras son más pequeñas que una caja de fósforos y se pueden atar a nuestras muñecas. Esta increíble evolución fue posible gracias a la invención de un dispositivo no más grande que una horquilla… el transistor. El transistor es probablemente el invento más grande del siglo pasado o, quizás, uno de los más grandes de todos los tiempos. Un transistor no es más que tres semiconductores pegados entre sí. Un semiconductor, como su nombre indica, es un material que conduce, pero solo en parte.

La conductividad de un semiconductor como el silicio o el germanio se encuentra entre la conductividad de un metal, como el cobre, y la de un aislante, como el caucho. Un semiconductor normalmente conduce a alta temperatura, pero también podemos hacerlo conducir inyectándole impurezas. Esto se llama dopaje y se hace, igual que cuando se hace en los deportes, para mejorar el rendimiento. Un semiconductor está dopado con un átomo que lleva un electrón adicional o con un átomo al que se le priva de un electrón. Las vacantes que dejan los electrones migrados se denominan huecos y se consideran cargas positivas.

El primero se convierte entonces en un semiconductor de tipo n, mientras que el último se convierte en un semiconductor de tipo p. Es fundamental recordar que los semiconductores resultantes no están cargados; son, de hecho, eléctricamente neutros. Los donantes, habiendo donado electrones al semiconductor de tipo n, ahora son positivos. De manera similar, los aceptores que han aceptado electrones del semiconductor tipo p ahora son negativos. Por tanto, los semiconductores contienen el mismo número de cargas. Sin embargo, se llaman así por el tipo de carga que se mueve libremente y transporta la corriente en ellos. Cuando un semiconductor de tipo p y uno de tipo n se intercalan, lo que se forma es un diodo. Sin embargo, cuando un semiconductor de tipo n se intercala entre dos semiconductores de tipo p o viceversa, se forma un transistor.

Un diodo es una tubería a través de la cual una corriente constante de agua puede fluir en una sola dirección. Sin embargo, un transistor es como una válvula; nos permite controlar la corriente que fluye a través de esta tubería haciéndola girar. En uno de los transistores más utilizados, la fuente de agua está formada por un semiconductor de tipo n altamente dopado llamado fuente, y el extremo de la tubería está formado por un semiconductor de tipo n ligeramente dopado llamado drenaje.

La válvula está formada por un semiconductor de tipo p moderadamente dopado que se intercala entre ellos. Esto se llama la puerta. Ahora, debido a que los semiconductores son eléctricamente neutros, no fluye corriente a través de ellos. Necesitamos crear una excusa para que sus cargas se muevan y por lo tanto constituyan una corriente. Cuando aplicamos un voltaje positivo a la puerta, los electrones de la fuente altamente dopada son atraídos hacia ella y los agujeros de la puerta son repelidos.

Esto abre gradualmente un canal desde la fuente hasta el drenaje, que cruzan los electrones, constituyendo así una corriente. Aplicar un voltaje a la compuerta es similar a girar la válvula para quitar la barrera que evita que el agua fluya desde la fuente y salga de la tubería. Variando el grado de su rotación, podemos controlar la cantidad de agua que fluye en la tubería. Este es el principio de funcionamiento de un transistor. Ahora, podemos diseñar la válvula para permitir que el agua fluya a través de ella solo cuando se gira hasta cierto punto. Cuando se gira menos que este umbral, sofoca el agua que fluye a través de la tubería. De esta forma, un transistor actúa como un interruptor. Así es como se generan los números binarios. Cada bit, "1" o "0", es una válvula abierta cuya magnitud de corriente está estandarizada como "1", o una válvula cerrada, que se traduce como "0".

Luego, la secuencia de bits es manipulada por microprocesadores para implementar una miríada de operaciones. Estos interruptores son extremadamente rápidos, pero lo más importante, extremadamente pequeños. La computadora en la que está viendo esto en este momento está alimentada por una cama de silicio cubierta con miles de millones de transistores más delgados que un cabello. La ridícula escalabilidad de los transistores está dictada por la ley de Moore, según la cual el número de transistores que componen un microprocesador debe duplicarse cada año. Naturalmente, un aumento en los transistores provoca un aumento en la velocidad de procesamiento. El mejor chip de Intel en 1985 empleaba menos de un cuarto de millón de transistores, en comparación con los casi 3 mil millones de transistores que emplea ahora el mejor chip de Intel. ¿El aumento de la velocidad? El mejor chip de Intel en 1985 tardaba 4 horas y media en procesar lo que el mejor chip de Intel ahora procesa en un segundo.

Eso es velocidad. Si no fuera por esta escalabilidad, no podríamos haber desarrollado miles de millones de dispositivos más pequeños, rápidos y económicos, incluidos computadoras, teléfonos, dispositivos GPS, linternas, radios, consolas de juegos, televisores, enrutadores y un dispositivo, no más grande que una mano humana , que integra todas estas maravillas tecnológicas indispensables bajo la misma pantalla..

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