Экспоненциальная запись значений в SPICE

Программа моделирования схем SPICE использует экспоненциальное представление для отображения выходной информации и может интерпретировать как экспоненциальную запись, так и метрические префиксы в файлах описания схемы. Если вы собираетесь интерпретировать результаты анализа SPICE в данной книге, вы должны уметь понимать обозначения, используемые в этой программе для выражения переменных напряжения, тока и т.д.

Моделирование простой схемы с помощью SPICE

Давайте 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 какому узлу и как подключен. Для такой простой схемы использование SPICE кажется излишним, но она служит для демонстрации практического использования экспоненциальной записи значений:

Набрав файл описания схемы, или список соединений (netlist), для этой схемы, мы получим следующее:

simple circuit
 v1 1 0 dc 24 
 r1 1 0 5 
 .end

Строка "v1 1 0 dc 24" описывает батарею, расположенную между узлами 1 и 0, с постоянным напряжением 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 анализа SPICE этого файла описания схемы, мы получаем следующие результаты:

node    voltage
 ( 1)    24.0000
 voltage source currents
 
 name    current
 v1    -4.800E+00
 
 total power dissipation    1.15E+02 watts

SPICE сообщает нам, что напряжение «в» узле номер 1 (фактически, это означает, что напряжение между узлами 1 и 0, узел 0 по умолчанию является опорной точкой для всех измерений напряжения) равно 24 вольт. Ток через батарею "v1" отображается как -4.800E+00 ампер. Это метод обозначения экспоненциальной записи в SPICE.

На самом деле он говорит «-4,800 x 10⁰ ампер» 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 ватт, что означает «1,15 x 10² Вт» или 115 Вт.

Изменение исходной схемы примера в SPICE

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

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

simple circuit
 v1 1 0 dc 24
 r1 1 0 5k
 .end

Буква «k» после цифры 5 в строке резистора говорит SPICE, что это значение 5 кОм, а не 5 Ом. Давайте посмотрим, какой результат мы получим, запустив моделирование этой схемы:

node    voltage
 ( 1)    24.0000
 voltage source currents
 
 name    current
 v1    -4.800E-03
 
 total power dissipation    1.15E-01 watts

Напряжение батареи, конечно же, не изменилось с момента первого моделирования: оно по-прежнему составляет 24 вольта. Ток в цепи, напротив, на этот раз намного меньше, потому что мы поставили 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 ампер. Это эквивалентно тому, как взять число -4,8 и переместить десятичную запятую на три разряда влево.

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

Глядя на «общую рассеиваемую мощность», предоставленную нам SPICE во время второго моделирования, мы видим, что она составляет 1.15E-01 Вт, или 1,15 x 10^-1 Вт. Степень -1 соответствует метрическому префиксу «деци», но обычно в электронике мы ограничиваемся использованием метрических префиксов, 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 значений из экспоненциальной записи в распространенные метрические префиксы

Возможно, самый простой способ преобразовать число из экспоненциального представления в общепринятые метрические префиксы – это установить научный калькулятор в «инженерный» или «метрический» режим отображения. Просто установите калькулятор в этот режим отображения, введите в него любое число в экспоненциальном представлении, используя соответствующие клавиши (смотрите предыдущую статью), и нажмите клавишу «равно», и калькулятор должен отобразить то же число в инженерной/метрической записи.

Опять же, на протяжении всей книги я буду использовать SPICE как метод демонстрации базовых схем. Следовательно, в ваших интересах понимать экспоненциальную запись, чтобы вы могли легко понимать формат выходных данных.

Теги