Wissenschaftliche Notation in SPICE
Das SPICE-Computerprogramm zur Schaltungssimulation verwendet wissenschaftliche Notation, um seine Ausgabeinformationen anzuzeigen, und kann sowohl wissenschaftliche Notation als auch metrische Präfixe in den Schaltungsbeschreibungsdateien interpretieren. Um die SPICE-Analysen in diesem Buch erfolgreich interpretieren zu können, müssen Sie die Notation verstehen, die verwendet wird, um Variablen von Spannung, Strom usw. im Programm auszudrücken.
Eine einfache Schaltungssimulation mit SPICE
Beginnen wir mit einer sehr einfachen Schaltung, die aus einer Spannungsquelle (einer Batterie) und einem Widerstand besteht:
Um diese Schaltung mit SPICE zu simulieren, müssen wir zunächst Knotennummern für alle unterschiedlichen Punkte in der Schaltung festlegen und dann die Komponenten zusammen mit ihren jeweiligen Knotennummern auflisten, damit der Computer weiß, welche Komponente mit welcher verbunden ist und wie. Für eine Schaltung dieser Einfachheit erscheint die Verwendung von SPICE übertrieben, dient aber dem Zweck, die praktische Anwendung der wissenschaftlichen Notation zu demonstrieren:
Eine Schaltungsbeschreibungsdatei oder eine Netzliste eingeben , für diese Schaltung erhalten wir dies:
Die Zeile „v1 1 0 dc 24“ beschreibt die zwischen den Knoten 1 und 0 positionierte Batterie mit einer Gleichspannung von 24 Volt. Die Zeile „r1 1 0 5“ beschreibt den 5 Ω Widerstand zwischen den Knoten 1 und 0.
Ausführen der SPICE-Analyse auf der Beispielschaltung
Wenn wir einen Computer verwenden, um eine SPICE-Analyse dieser Schaltungsbeschreibungsdatei durchzuführen, erhalten wir die folgenden Ergebnisse:
SPICE sagt uns, dass die Spannung „an“ Knoten Nummer 1 (eigentlich bedeutet dies die Spannung zwischen Knoten 1 und 0, Knoten 0 ist der Standardreferenzpunkt für alle Spannungsmessungen) gleich 24 Volt ist. Der Strom durch die Batterie „v1“ wird als -4.800E+00 Ampere angezeigt. Dies ist die SPICE-Methode zur Bezeichnung der wissenschaftlichen Notation.
Was es wirklich sagt, ist "-4.800 x 10 0 Ampere“ oder einfach -4.800 Ampere. Der negative Wert für Strom hier ist auf eine Eigenart in SPICE zurückzuführen und sagt nichts über die Schaltung selbst aus. Die „Gesamtverlustleistung“ wird uns mit 1,15E+02 Watt angegeben, was „1,15 x 10 2 . bedeutet Watt“ oder 115 Watt.
Ändern der ursprünglichen Beispielschaltung in SPICE
Lassen Sie uns unsere Beispielschaltung so modifizieren, dass sie einen 5 kΩ (5 Kilo-Ohm oder 5.000 Ohm)-Widerstand anstelle eines 5 -Widerstands hat und sehen, was passiert.
Noch einmal ist unsere Schaltungsbeschreibungsdatei oder "Netzliste:"
Der Buchstabe „k“ nach der Zahl 5 auf der Widerstandslinie sagt SPICE, dass es sich um eine Zahl von 5 kΩ und nicht 5 handelt. Mal sehen, welches Ergebnis wir erhalten, wenn wir dies durch den Computer laufen lassen:
Die Batteriespannung hat sich seit der ersten Simulation natürlich nicht verändert:Sie beträgt immer noch 24 Volt. Der Strom im Stromkreis hingegen ist diesmal viel geringer, weil wir den Widerstand auf einen größeren Wert eingestellt haben, was den Elektronenfluss erschwert. SPICE sagt uns, dass der Strom diesmal -4.800E-03 Ampere oder -4.800 x 10 -3 . beträgt Ampere. Dies entspricht der Zahl -4,8 und dem Überspringen des Dezimalkommas um drei Stellen nach links.
Natürlich, wenn wir erkennen, dass 10 -3 gleich dem metrischen Präfix „Milli“ ist, könnten wir die Zahl als -4,8 Milliampere oder -4,8 mA schreiben.
Wenn wir uns die von SPICE bei dieser zweiten Simulation angegebene „Gesamtverlustleistung“ ansehen, sehen wir, dass sie 1,15E-01 Watt oder 1,15 x 10 -1 . beträgt Watt. Die Potenz von -1 entspricht dem metrischen Präfix „deci“, aber im Allgemeinen beschränken wir unsere Verwendung von metrischen Präfixen in der Elektronik auf solche, die mit Zehnerpotenzen verbunden sind, die ein Vielfaches von drei sind (zehn hoch ... -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12 usw.).
Wenn wir dieser Konvention folgen wollen, müssen wir diese Verlustleistungszahl als 0,115 Watt oder 115 Milliwatt (115 mW) anstatt als 1,15 Deziwatt (1,15 dW) ausdrücken.
Konvertieren von Zahlen von wissenschaftlichen in gängige metrische Präfixe
Der vielleicht einfachste Weg, eine Zahl von der wissenschaftlichen Notation in gängige metrische Präfixe umzuwandeln, ist mit einem wissenschaftlichen Taschenrechner, der auf den Anzeigemodus „Engineering“ oder „Metrik“ eingestellt ist. Stellen Sie den Taschenrechner einfach auf diesen Anzeigemodus ein, geben Sie eine beliebige Zahl in wissenschaftlicher Notation mit den richtigen Tastenkombinationen ein (siehe Ihre Bedienungsanleitung), drücken Sie die Taste "gleich" oder "Eingabe", und er sollte dieselbe Zahl in technischer / metrischer Notation anzeigen .
Auch hier werde ich SPICE als Methode verwenden, um Schaltungskonzepte in diesem Buch zu demonstrieren. Daher ist es in Ihrem Interesse, die wissenschaftliche Schreibweise zu verstehen, damit Sie das Ausgabedatenformat leicht verstehen können.
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