Notación científica en SPICE

El programa de computadora de simulación de circuito SPICE usa notación científica para mostrar su información de salida y puede interpretar tanto la notación científica como los prefijos métricos en los archivos de descripción del circuito. Si va a poder interpretar con éxito los análisis SPICE a lo largo de este libro, debe poder comprender la notación utilizada para expresar variables de voltaje, corriente, etc. en el programa.

Una simulación de circuito simple con SPICE

Comencemos con un circuito muy simple compuesto por una fuente de voltaje (una batería) y una resistencia:

Para simular este circuito usando SPICE, primero tenemos que designar números de nodo para todos los puntos distintos en el circuito, luego enumerar los componentes junto con sus respectivos números de nodo para que la computadora sepa qué componente está conectado a cuál y cómo. Para un circuito de esta simplicidad, el uso de SPICE parece excesivo, pero sirve para demostrar el uso práctico de la notación científica:

Escribir un archivo de descripción de circuito o netlist , para este circuito, obtenemos esto:

 circuito simple v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5 .fin 

La línea “v1 1 0 dc 24” describe la batería, colocada entre los nodos 1 y 0, con una tensión continua de 24 voltios. La línea "r1 1 0 5" describe la resistencia de 5 Ω colocada entre los nodos 1 y 0.

Ejecución de análisis SPICE en el circuito de ejemplo

Usando una computadora para ejecutar un análisis SPICE en este archivo de descripción de circuito, obtenemos los siguientes resultados:

 voltaje del nodo (1) 24.0000 Corrientes de fuente de voltaje nombre actual v1 -4.800E + 00 disipación total de potencia 1,15E + 02 vatios 

SPICE nos dice que el voltaje “en” el nodo número 1 (en realidad, esto significa que el voltaje entre los nodos 1 y 0, siendo el nodo 0 el punto de referencia predeterminado para todas las mediciones de voltaje) es igual a 24 voltios. La corriente a través de la batería “v1” se muestra como -4.800E + 00 amperios. Este es el método de SPICE para denotar notación científica.

Lo que realmente dice es "-4.800 x 10 ⁰ amperios ”, o simplemente -4.800 amperios. El valor negativo de la corriente aquí se debe a una peculiaridad en SPICE y no indica nada significativo sobre el circuito en sí. La "disipación de potencia total" se nos da como 1,15E + 02 vatios, lo que significa "1,15 x 10 ² vatios ”o 115 vatios.

Modificación del circuito de ejemplo original en SPICE

Modifiquemos nuestro circuito de ejemplo para que tenga una resistencia de 5 kΩ (5 kilo-ohmios o 5,000 ohmios) en lugar de una resistencia de 5 Ω y veamos qué sucede.

Una vez más es nuestro archivo de descripción de circuito, o "netlist:"

 circuito simple v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5k .fin 

La letra "k" que sigue al número 5 en la línea del resistor le dice a SPICE que es una cifra de 5 kΩ, no de 5 Ω. Veamos qué resultado obtenemos cuando ejecutamos esto a través de la computadora:

 voltaje del nodo (1) 24.0000 Corrientes de fuente de voltaje nombre actual v1 -4.800E-03 disipación total de potencia 1,15E-01 vatios 

El voltaje de la batería, por supuesto, no ha cambiado desde la primera simulación:todavía está en 24 voltios. La corriente del circuito, por otro lado, es mucho menor esta vez porque hemos aumentado el valor de la resistencia, lo que dificulta el flujo de electrones. SPICE nos dice que la corriente este tiempo es igual a -4.800E-03 amperios, o -4.800 x 10 ^-3 amperios. Esto equivale a tomar el número -4,8 y omitir el punto decimal tres lugares a la izquierda.

Por supuesto, si reconocemos que 10 ^-3 es el mismo que el prefijo métrico "mili", podríamos escribir la cifra como -4,8 miliamperios o -4,8 mA.

Al observar la "disipación de potencia total" que nos dio SPICE en esta segunda simulación, vemos que es 1,15E-01 vatios, o 1,15 x 10 ^-1 vatios. La potencia de -1 corresponde al prefijo métrico "deci", pero generalmente limitamos nuestro uso de prefijos métricos en electrónica a aquellos asociados con potencias de diez que son múltiplos de tres (diez elevado a la potencia de... -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12, etc.).

Por tanto, si queremos seguir esta convención, debemos expresar esta cifra de disipación de potencia como 0,115 vatios o 115 milivatios (115 mW) en lugar de 1,15 decivatios (1,15 dW).

Conversión de cifras de prefijos de métricas científicas a comunes

Quizás la forma más fácil de convertir una figura de notación científica a prefijos métricos comunes es con una calculadora científica configurada en el modo de visualización "ingeniería" o "métrica". Simplemente configure la calculadora para ese modo de visualización, escriba cualquier cifra de notación científica en ella con las pulsaciones de teclas adecuadas (consulte el manual del propietario), presione la tecla "igual" o "enter", y debería mostrar la misma cifra en notación métrica / de ingeniería .

Una vez más, utilizaré SPICE como método para demostrar conceptos de circuitos a lo largo de este libro. En consecuencia, le conviene comprender la notación científica para que pueda comprender fácilmente su formato de datos de salida.