Juntando semiconductores: amplificadores y memorias RAM

Experientia docet Materia sólida Artículo 15 de 15

Foto: Florian Olivo / Unsplash

El efecto neto de un transistor es amplificar (aumentar) la corriente de izquierda a derecha. Esto tiene numerosas aplicaciones, entre ellas la más simple es la amplificación de voltajes en sí misma. Otra es la creación de memorias dinámicas de acceso aleatorio.

Amplificador

Fuente: Cassidy Physics Library

Si colocamos una resistencia grande en un circuito que contenga un transistor, como el de la figura de arriba, podemos amplificar el voltaje entrante, ya que de acuerdo con la ley de Ohm, el voltaje es igual a la intensidad multiplicada por la resistencia. Entonces, la intensidad de una corriente que atraviesa una resistencia pequeña se corresponde con un voltaje pequeño. Pero si se hace que la misma corriente atraviese una resistencia mucho mayor, producirá un voltaje mucho mayor, es decir, el voltaje de entrada pequeño se verá amplificado para producir un voltaje de salida grande.

Por ejemplo, el voltaje amplificado puede corresponder a una porción de una onda de sonido digital, en la cual la onda analógica ha sido aproximada por una serie de voltajes únicos. Esta pequeña porción de la onda (un bit) puede ser representada por un pequeño voltaje recibido en el transistor procedente de una señal recibida por un teléfono móvil. El voltaje amplificado del transistor se puede enviar a los altavoces de los auriculares, que convierten esta señal amplificada en una vibración emitida como una onda de presión que tus oídos perciben y tu cerebro interpreta como, digamos, Rosalía cantando La llorona.

Dispositivo lógico

Un transistor puede actuar como un diodo al permitir que pase la corriente o al impedir el flujo de corriente, dependiendo del voltaje en la base. Al combinar los transistores p-n-p y n-p-n, junto con los diodos, se pueden crear varios sistemas lógicos y «puertas». Una de las aplicaciones más útiles de esto se encuentra en la creación de «memoria de acceso aleatorio dinámico» (DRAM) en ordenadores, dispositivos que almacenan datos a los que se puede acceder a voluntad en orden aleatorio. [1]

Fuente: Cassidy Physics Library

Como es bien sabido, la información se almacena digitalmente en los ordenadores, es decir, se almacena en forma de cadenas de números binarios formados solo por unos y ceros. Cada número binario (ya sea 1 o 0) se llama «bit» (ocho bits forman un «byte»). Por ejemplo, el número binario 10101010, que tiene ocho bits (formando un byte), es equivalente en el sistema decimal al número 170. Si escribimos el número 170 en una hoja de cálculo y la guardamos, el ordenador primero convertirá el número decimal 170 al número binario 10101010; luego asignará cada uno de los ocho bits a una sola celda dentro de la memoria dinámica de acceso aleatorio que representamos en la imagen de arriba. Cada bit corresponderá a la carga en un dispositivo llamado condensador, que, en principio, son solo dos placas que se mantienen próximas entre sí (┤├). Si el bit es 1, el condensador recibirá una pequeña carga. Si el número es 0, no recibe ninguna carga.

Si ahora le pedimos al ordenador que recupere el número 170 de la memoria, la solicitud se envía a la «línea de palabras” (word line) como un voltaje positivo, que luego se aplica a la base del transistor en cada uno de los circuitos de esa línea. Como la base ahora es positiva, la carga en el condensador puede fluir a través del transistor y hacia arriba a través de la «línea de bits» (bit line) hasta el procesador que detecta la corriente e identifica el número en esa celda como 1. Por supuesto, si no hay una carga almacenada en el condensador no habrá corriente en la línea de bits, y ese bit se identificará como 0. En la imagen de arriba vemos un esquema de las celdas de los ocho bits para el número decimal 170. Este diagrama representa solo un byte de memoria. [2]

Notas:

[1] La capacidad de estas memorias RAM es lo que te permitirá ver películas de forma fluida o jugar a videojuegos que requieran un procesamiento muy rápido de gráficos de alta calidad, como Fortnite.

[2] El ordenador en el que se ha escrito esta serie tiene 4 gigabytes de memoria RAM, esto es, 4.000.000.000 (cuatro mil millones) de bytes, o sea, esa cifra de esquemas como el de arriba.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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