Научная нотация в SPICE

Компьютерная программа моделирования схем SPICE использует научную нотацию для отображения выходной информации и может интерпретировать как научную нотацию, так и метрические префиксы в файлах описания схемы. Если вы собираетесь успешно интерпретировать результаты анализа SPICE в этой книге, вы должны уметь понимать обозначения, используемые для выражения переменных напряжения, тока и т. Д. В программе.

Простое моделирование схем с помощью SPICE

Начнем с очень простой схемы, состоящей из одного источника напряжения (батареи) и одного резистора:

Чтобы смоделировать эту схему с помощью SPICE, мы сначала должны обозначить номера узлов для всех отдельных точек в схеме, а затем перечислить компоненты вместе с соответствующими номерами узлов, чтобы компьютер знал, какой компонент к каким и как подключен. Для схемы такой простоты использование SPICE кажется излишним, но оно служит демонстрации практического использования научных обозначений:

Ввод файла описания схемы или списка соединений , для этой схемы мы получаем следующее:

 простая схема v1 1 0 постоянного тока 24 г1 1 0 5 .конец 

Линия «v1 1 0 dc 24» описывает батарею, расположенную между узлами 1 и 0, с напряжением постоянного тока 24 вольта. Линия «r1 1 0 5» описывает резистор 5 Ом, расположенный между узлами 1 и 0.

Выполнение анализа SPICE на примере схемы

Используя компьютер для запуска SPICE-анализа этого файла описания схемы, мы получаем следующие результаты:

 напряжение узла (1) 24,0000 токи источника напряжения имя текущее Версия 1 -4.800E + 00 общая рассеиваемая мощность 1,15E + 02 Вт 

SPICE сообщает нам, что напряжение «на» узле номер 1 (фактически, это означает, что напряжение между узлами 1 и 0, узел 0 является эталонной точкой по умолчанию для всех измерений напряжения) равно 24 вольт. Ток через батарею «v1» отображается как -4,800E + 00 ампер. Это метод обозначения научных обозначений в SPICE.

На самом деле он говорит:«-4.800 x 10 ⁰ амперы »или просто -4,800 ампер. Отрицательное значение тока здесь связано с особенностями SPICE и не указывает на что-либо существенное в самой схеме. «Общая рассеиваемая мощность» дается нам как 1,15E + 02 Вт, что означает «1,15 x 10 ² Вт »или 115 Вт.

Изменение схемы исходного примера в SPICE

Давайте модифицируем нашу примерную схему так, чтобы в ней был резистор 5 кОм (5 кОм или 5000 Ом) вместо резистора 5 Ом, и посмотрим, что произойдет.

И снова наш файл описания схемы или «список соединений:»

 простая схема v1 1 0 постоянного тока 24 r1 1 0 5к .конец 

Буква «k» после цифры 5 на линии резистора говорит SPICE, что это число 5 кОм, а не 5 Ом. Посмотрим, какой результат мы получим, запустив это через компьютер:

 напряжение узла (1) 24,0000 токи источника напряжения имя текущее версия 1 -4.800E-03 общая рассеиваемая мощность 1,15E-01 Вт 

Напряжение аккумулятора, конечно, не изменилось с момента первого моделирования:оно по-прежнему составляет 24 вольта. С другой стороны, ток в цепи на этот раз намного меньше, потому что мы сделали резистор большего номинала, что затрудняет прохождение электронов. SPICE сообщает нам, что ток на этот раз равен -4,800E-03 ампер или -4,800 x 10 ^-3 усилители. Это эквивалентно тому, как взять число -4,8 и пропустить десятичную запятую на три позиции влево.

Конечно, если мы узнаем, что 10 ^-3 то же самое, что и метрический префикс «милли», мы могли бы записать цифру как -4,8 мА или -4,8 мА.

Глядя на «общую рассеиваемую мощность», предоставленную нам SPICE во время второй симуляции, мы видим, что она составляет 1,15E-01 Вт, или 1,15 x 10 ^-1 . Вт. Степень -1 соответствует метрическому префиксу «деци», но обычно мы ограничиваем использование метрических префиксов в электронике теми, которые связаны со степенями десяти, которые кратны трем (десять в степени ... -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12 и т. Д.)

Итак, если мы хотим следовать этому соглашению, мы должны выразить это значение рассеиваемой мощности как 0,115 Вт или 115 милливатт (115 мВт), а не 1,15 дециватт (1,15 дВт).

Преобразование цифр из научных в общепринятые метрические префиксы

Возможно, самый простой способ преобразовать число из научного представления в общепринятые метрические префиксы - это установить научный калькулятор в «инженерный» или «метрический» режим отображения. Просто установите калькулятор для этого режима отображения, введите в него любую цифру в научном представлении, используя соответствующие нажатия клавиш (см. Руководство пользователя), нажмите клавишу «равно» или «введите», и он должен отобразить ту же цифру в инженерной / метрической записи. .

Опять же, я буду использовать SPICE как метод демонстрации концептуальных схем на протяжении всей книги. Следовательно, в ваших интересах понимать научную нотацию, чтобы вы могли легко понять ее формат выходных данных.