Wetenschappelijke notatie in SPICE

Het SPICE-computerprogramma voor circuitsimulatie gebruikt wetenschappelijke notatie om de uitvoerinformatie weer te geven en kan zowel wetenschappelijke notatie als metrische voorvoegsels in de circuitbeschrijvingsbestanden interpreteren. Als je de SPICE-analyses in dit boek met succes wilt interpreteren, moet je de notatie kunnen begrijpen die wordt gebruikt om variabelen van spanning, stroom, enz. in het programma uit te drukken.

Een eenvoudige circuitsimulatie met SPICE

Laten we beginnen met een heel eenvoudig circuit dat bestaat uit één spanningsbron (een batterij) en één weerstand:

Om dit circuit met SPICE te simuleren, moeten we eerst knooppuntnummers aanwijzen voor alle afzonderlijke punten in het circuit, en vervolgens de componenten samen met hun respectievelijke knooppuntnummers vermelden, zodat de computer weet welk onderdeel met welk onderdeel is verbonden en hoe. Voor een circuit van deze eenvoud lijkt het gebruik van SPICE overdreven, maar het dient om het praktische gebruik van wetenschappelijke notatie aan te tonen:

Een circuitbeschrijvingsbestand typen, of netlist , voor dit circuit krijgen we dit:

eenvoudig circuit v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5 .einde 

De regel "v1 1 0 dc 24" beschrijft de batterij, gepositioneerd tussen knooppunten 1 en 0, met een gelijkspanning van 24 volt. De regel "r1 1 0 5" beschrijft de weerstand van 5 die tussen de knooppunten 1 en 0 is geplaatst.

SPICE-analyse uitvoeren op het voorbeeldcircuit

Als we een computer gebruiken om een ​​SPICE-analyse uit te voeren op dit circuitbeschrijvingsbestand, krijgen we de volgende resultaten:

knooppunt spanning (1) 24.0000 spanningsbronstromen naam huidige v1 -4.800E+00 totale vermogensdissipatie 1.15E+02 watt 

SPICE vertelt ons dat de spanning "op" knooppunt nummer 1 (eigenlijk betekent dit de spanning tussen knooppunten 1 en 0, knooppunt 0 is het standaardreferentiepunt voor alle spanningsmetingen) gelijk is aan 24 volt. De stroom door batterij "v1" wordt weergegeven als -4.800E+00 ampère. Dit is de methode van SPICE om wetenschappelijke notatie aan te duiden.

Wat het eigenlijk zegt is "-4.800 x 10 ⁰ amps”, of gewoon -4.800 ampère. De negatieve waarde voor stroom hier is te wijten aan een gril in SPICE en geeft niets significants aan over het circuit zelf. De "totale vermogensdissipatie" wordt aan ons gegeven als 1,15E+02 watt, wat "1,15 x 10 ² betekent watt' of 115 watt.

Het originele voorbeeldcircuit in SPICE wijzigen

Laten we ons voorbeeldcircuit aanpassen zodat het een weerstand van 5 kΩ (5 kilo-ohm of 5.000 ohm) heeft in plaats van een weerstand van 5 Ω en kijken wat er gebeurt.

Wederom is ons circuitbeschrijvingsbestand, of "netlist:"

eenvoudig circuit v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5k .einde 

De letter "k" na het cijfer 5 op de lijn van de weerstand vertelt SPICE dat het een cijfer van 5 kΩ is, niet 5 Ω. Laten we eens kijken welk resultaat we krijgen als we dit door de computer laten lopen:

knooppunt spanning (1) 24.0000 spanningsbronstromen naam huidige v1 -4.800E-03 totale vermogensdissipatie 1.15E-01 watt 

De batterijspanning is natuurlijk niet veranderd sinds de eerste simulatie:deze staat nog steeds op 24 volt. De circuitstroom daarentegen is deze keer veel minder omdat we de weerstand een grotere waarde hebben gegeven, waardoor het moeilijker wordt voor elektronen om te stromen. SPICE vertelt ons dat de stroom deze keer gelijk is aan -4.800E-03 ampère, of -4.800 x 10 ^-3 versterkers. Dit komt overeen met het getal -4,8 nemen en de komma drie plaatsen naar links overslaan.

Natuurlijk, als we erkennen dat 10 ^-3 is hetzelfde als het metrische voorvoegsel 'milli', we zouden het cijfer kunnen schrijven als -4,8 milliampère of -4,8 mA.

Als we kijken naar de "totale vermogensdissipatie" die SPICE ons in deze tweede simulatie heeft gegeven, zien we dat deze 1,15E-01 watt is, of 1,15 x 10 ^-1 watt. De macht -1 komt overeen met het metrische voorvoegsel "deci", maar over het algemeen beperken we ons gebruik van metrische voorvoegsels in de elektronica tot de machten van tien die een veelvoud van drie zijn (tien tot de macht van... -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12, enz.).

Dus als we deze conventie willen volgen, moeten we dit vermogensdissipatiecijfer uitdrukken als 0,115 watt of 115 milliwatt (115 mW) in plaats van 1,15 deciwatt (1,15 dW).

Cijfers converteren van wetenschappelijke naar algemene metrische voorvoegsels

Misschien is de gemakkelijkste manier om een ​​cijfer van wetenschappelijke notatie naar gewone metrische voorvoegsels te converteren, met een wetenschappelijke rekenmachine die is ingesteld op de weergavemodus "engineering" of "metrisch". Stel gewoon de rekenmachine in voor die weergavemodus, typ er een wetenschappelijke notatie in met de juiste toetsaanslagen (zie uw gebruikershandleiding), druk op de toets "is gelijk aan" of "enter", en het zou hetzelfde cijfer moeten weergeven in technische / metrische notatie .

Nogmaals, ik zal SPICE gebruiken als een methode om circuitconcepten in dit boek te demonstreren. Daarom is het in uw eigen belang om de wetenschappelijke notatie te begrijpen, zodat u het formaat van de uitvoergegevens gemakkelijk kunt begrijpen.