Просмотр кода страницы Электроника:Постоянный ток/Экспоненциальная запись и метрические приставки/Экспоненциальная форма в программе SPICE

{{Панель управления/Электроника}}
{{Перевод от valemak}}
{{Myagkij-редактор}}

=Экспоненциальная форма в программе [[SPICE]]<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-4/scientific-notation-in-spice/ www.allaboutcircuits.com - Scientific Notation in SPICE Chapter 4 - Scientific Notation And Metric Prefixes]</ref>=

Компьютерная программа для моделирования электрических цепей [[SPICE]] на выходе использует [[экспоненциальную форму]] для отображения информации. Во входных файлах с описаниями схем программа может интерпретировать как экспоненциальный способ записи чисел, так и метод, основанный на метрических приставках. Чтобы разобраться в результатах анализа [[SPICE]] в этой книге, необходимо понимать систему обозначений, используемых в программе для переменных, выражающих [[напряжение]], силу тока и т.п.

== Простое моделирование электрической цепи в программе [[SPICE]] ==

Начнем с очень простой схемы, состоящей из одного источника напряжения (батареи) и одного [[резистор]]а:

[[Файл:Simple-circuit-voltage-resistor2.png|frame|center|'''Рис. 1.''' Простейшая электрическая цепь с [[резистор]]ом|alt=Рис. 1. Простейшая электрическая цепь с резистором]]

Чтобы смоделировать эту схему с помощью [[SPICE]], сначала необходимо обозначить номера для каждого отдельного узла в схеме, а затем перечислить компоненты вместе с соответствующими им номерами узлов, чтобы программа понимала, какой компонент к какому подключен и каким именно образом. Рассматриваемая схема крайне проста, и, вообще говоря, использование [[SPICE]] для неё кажется излишним, однако у нас сейчас цель продемонстрировать как на практике используется экспоненциальная форма записи чисел:

[[Файл:modifying-circuit-spice2.png|frame|center|'''Рис. 2.''' Модифицированная электрическая схема для программы [[SPICE]] – пронумерованы узлы, соединяющие элементы цепи|alt=Рис. 2. Модифицированная электрическая схема для программы SPICE – перенумерованы узлы, соединяющие элементы цепи]]

Файл описания данной цепи, содержащий список узлов цепи будет выглядеть так:

<syntaxhighlight lang="python">
simple circuit
v1 1 0 dc 24
r1 1 0 5
.end
</syntaxhighlight>

Строка «v1 1 0 dc 24» описывает источник питания, расположенный между узлами 1 и 0 и имеющий напряжение 24 вольт в цепи постоянного тока. Строка «r1 1 0 5» описывает [[резистор]] с электрическим сопротивлением [[5 Ом]], расположенный между узлами 1 и 0.

== Анализа данной схемы с помощью программы [[SPICE]] ==

Запустив на компьютере [[SPICE]]-анализ данного файла с описанием схемы, получаем следующие результаты:

<syntaxhighlight lang="python">
node    voltage
(1)       24.0000
voltage source currents
 
name    current
v1         -4.800E+00
 
total power dissipation    1.15E+02 watts
</syntaxhighlight>

Программа [[SPICE]] сообщает, что напряжение «на» узле 1 (если точнее, это напряжение между узлами 1 и 0, поскольку узел 0 является контрольной точкой по умолчанию для всех измерений напряжения) равно 24 вольт. Ток, протекающий через источник питания «v1» имеет значение -4,800E+00 ампер. Именно так и выглядит [[экспоненциальная форма записи чисел]] в [[SPICE]]. Если представить в более традиционном виде, то тут указано значение: «-4,800 x 100 ампер» ну, или же просто -4,800 ампер. Что касается отрицательного значения тока, то это связано с особенностями программы [[SPICE]] и знак «минус» не означает чего-либо существенного в самой схеме. «Предельная рассеиваемая мощность» («total power dissipation») вычислена как 1,15E+02 Вт, что означает «1,15 x 10<sup>2</sup> Вт» или просто 115 Вт.

== Изменение схемы исходного примера в [[SPICE]] ==

Давайте изменим нашу схему так, установив сопротивление [[резистор]]а равным 5 кОм (т.е. 5 килоом или 5000 Ом) вместо старого значения 5 Ом, и посмотрим, что произойдет.

[[File:modifying-circuit-spice22.png|frame|center|'''Рис. 3.''' Модифицированная электрическая схема для программы [[SPICE]] – сопротивление [[резистор]]а с [[5 Ом]] увеличено до [[5 кОм]].|alt=Рис. 3. Модифицированная электрическая схема для программы SPICE – сопротивление резистора с 5 Ом увеличено до 5 кОм.]]

Входной файл с описанием схемы теперь выглядит так:

<syntaxhighlight lang="python">
simple circuit
v1 1 0 dc 24
r1 1 0 5k
.end
</syntaxhighlight>

Буква «k» (если по-русски то «к») после цифры 5 в строке, описывающей резистор, говорит программе [[SPICE]], что сопротивление равно 5 кОм, а не 5 Ом. Поглядим, какой выйдет результат, если эти входящие данные пропустить через программу:

<syntaxhighlight lang="python">
node    voltage
(1)       24.0000
voltage source currents
 
name    current
v1         -4.800E+03
 
total power dissipation    1.15E+01 watts
</syntaxhighlight>

Напряжение батареи, конечно же, не изменилось по сравнению с предыдущей задачей: оно по-прежнему составляет 24 вольт. С другой стороны, сила тока в цепи на этот раз имеет гораздо меньшее значение, поскольку мы указали для [[резистор]]а большее сопротивление, что затрудняет прохождение через него электронов. Программа [[SPICE]] сообщает, что ток на этот раз равен -4,800E-03 ампер или -4,800 x 10<sup>-3</sup> ампер. Это эквивалентно тому, как если бы взять число -4,8 и передвинуть десятичный знак на три разряда влево.

Как мы знаем, 10<sup>-3</sup> равнозначно метрической приставке «милли», поэтому мы могли бы записать данное значение как -4,8 миллиампер или -4,8 мА.

Глядя на «предельную рассеиваемую мощность», вычисленную нам программой [[SPICE]] во второй симуляции, видим, что она составляет 1,15E-01 Вт, или 1,15 x 10<sup>-1</sup> Вт. Степень -1 соответствует метрической приставке «деци», однако, как правило, в электронике используются метрические приставки, соответствующие степеням десятки, кратных трём (десять в степени… -12, - 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12 и т.д.).

Поэтому, если следовать данному стандарту, нужно выразить значение рассеиваемой мощности как 0,115 Вт или 115 милливатт (115 мВт), а не 1,15 дециватт (1,15 дВт).

== Приведение чисел в экспоненциальной записи к форме с общепринятыми метрическими приставками ==

Возможно, простейший способ преобразовать число, записанной экспоненциальным способом в вид, использующий общепринятые метрические приставки - переключить калькулятор из режима «научный» в «инженерный». Просто установите в калькуляторе «научный» режим, введите экспоненциальную запись любого числа, используя соответствующие клавиши (как именно это сделать, см. в руководстве пользователя для калькулятора), после чего нажмите клавишу «=» или «Ввод», и, по идее, это число отобразится в «инженерном» виде, то есть в виде метрической записи.

Опять же, далее программа [[SPICE]] будет широко использоваться в этой книге при демонстрации различных концепций для электрических цепей. Так что, стоит освоить экспоненциальную запись, чтобы легко понимать выходной формат данных при анализе электрических схем.

=См.также=

{{ads}}

=Внешние ссылки=

<references />
{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
[[Категория:Теория]]
[[Категория:Теория по электронике]]
[[Категория:Постоянный ток]]
[[Категория:Экспоненциальная форма в программе SPICE]]
[[Категория:Экспоненциальная запись и метрические приставки]]
[[Категория:SPICE]]
[[Категория:Моделирование в SPICE]]