Notação científica em SPICE

O programa de computador de simulação de circuito SPICE usa notação científica para exibir suas informações de saída e pode interpretar notação científica e prefixos métricos nos arquivos de descrição de circuito. Se você pretende interpretar com sucesso as análises do SPICE ao longo deste livro, deve ser capaz de compreender a notação usada para expressar variáveis ​​de tensão, corrente, etc. no programa.

Uma simulação de circuito simples com SPICE

Vamos começar com um circuito muito simples composto por uma fonte de tensão (uma bateria) e um resistor:



Para simular este circuito usando o SPICE, primeiro temos que designar os números dos nós para todos os pontos distintos no circuito, então listar os componentes junto com seus respectivos números dos nós para que o computador saiba qual componente está conectado a qual, e como. Para um circuito desta simplicidade, o uso do SPICE parece um exagero, mas serve ao propósito de demonstrar o uso prático da notação científica:



Digitando um arquivo de descrição de circuito ou netlist , para este circuito, temos isto:

 circuito simples v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5 .fim 

A linha “v1 1 0 dc 24” descreve a bateria, posicionada entre os nós 1 e 0, com uma tensão DC de 24 volts. A linha "r1 1 0 5" descreve o resistor de 5 Ω colocado entre os nós 1 e 0.

Executando a análise SPICE no circuito de exemplo

Usando um computador para executar uma análise SPICE neste arquivo de descrição de circuito, obtemos os seguintes resultados:

 tensão do nó (1) 24,0000 correntes de fonte de tensão nome atual v1 -4.800E + 00 dissipação de potência total 1,15E + 02 watts 

SPICE nos diz que a tensão “no” nó número 1 (na verdade, isso significa a tensão entre os nós 1 e 0, o nó 0 sendo o ponto de referência padrão para todas as medições de tensão) é igual a 24 volts. A corrente através da bateria “v1” é exibida como -4.800E + 00 amperes. Este é o método do SPICE de denotar notação científica.

O que realmente está dizendo é “-4,800 x 10 ⁰ amperes ”ou simplesmente -4.800 amperes. O valor negativo para a corrente aqui é devido a uma peculiaridade em SPICE e não indica nada significativo sobre o próprio circuito. A “dissipação total de energia” nos é dada como 1,15E + 02 watts, o que significa “1,15 x 10 ² watts ”ou 115 watts.

Modificando o exemplo de circuito original em SPICE

Vamos modificar nosso circuito de exemplo para que tenha um resistor de 5 kΩ (5 kilo-ohm ou 5.000 ohm) em vez de um resistor de 5 Ω e ver o que acontece.



Mais uma vez, é nosso arquivo de descrição de circuito, ou “netlist:”

 circuito simples v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5k .fim 

A letra "k" após o número 5 na linha do resistor diz ao SPICE que é uma figura de 5 kΩ, não 5 Ω. Vamos ver o resultado que obtemos quando executamos isso no computador:

 tensão do nó (1) 24,0000 correntes de fonte de tensão nome atual v1 -4.800E-03 dissipação total de energia 1,15E-01 watts 

A tensão da bateria, é claro, não mudou desde a primeira simulação:ainda está em 24 volts. A corrente do circuito, por outro lado, é muito menor desta vez porque tornamos o resistor um valor maior, tornando mais difícil o fluxo de elétrons. SPICE nos diz que a corrente neste momento é igual a -4,800E-03 amperes, ou -4,800 x 10 ^-3 ampères. Isso é equivalente a pegar o número -4,8 e pular a vírgula três casas para a esquerda.

Claro, se reconhecermos que 10 ^-3 é o mesmo que o prefixo métrico "mili", poderíamos escrever a figura como -4,8 miliamperes ou -4,8 mA.

Olhando para a "dissipação total de potência" fornecida a nós por SPICE nesta segunda simulação, vemos que é 1,15E-01 watts, ou 1,15 x 10 ^-1 watts. A potência de -1 corresponde ao prefixo métrico "deci", mas geralmente limitamos nosso uso de prefixos métricos em eletrônica àqueles associados a potências de dez que são múltiplos de três (dez elevado à potência de... -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12, etc.).

Portanto, se quisermos seguir esta convenção, devemos expressar este valor de dissipação de potência como 0,115 watts ou 115 miliwatts (115 mW) em vez de 1,15 deciwatts (1,15 dW).

Conversão de figuras de prefixos métricos comuns em científicos

Talvez a maneira mais fácil de converter uma figura de notação científica em prefixos métricos comuns seja com uma calculadora científica configurada para o modo de exibição “engenharia” ou “métrica”. Basta definir a calculadora para esse modo de exibição, digitar qualquer figura de notação científica nela usando as teclas adequadas (consulte o manual do proprietário), pressione a tecla "igual" ou "enter", e deve exibir a mesma figura em notação de engenharia / métrica .

Mais uma vez, estarei usando o SPICE como um método para demonstrar os conceitos de circuito ao longo deste livro. Conseqüentemente, é do seu interesse entender a notação científica para que possa compreender facilmente o formato dos dados de saída.