El programa informático de simulación de circuito SPICE utiliza 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 de SPICE a lo largo de este libro, debe ser capaz de 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 de 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 del circuito, luego enumerar los componentes junto con sus respectivos números de nodo para que la computadora sepa qué componente está conectado a qué 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:
Escribiendo un archivo de descripción de circuito, o netlist , para este circuito, obtenemos esto:
circuito simple v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5 .final
La línea “v1 1 0 dc 24” describe la batería, posicionada entre los nodos 1 y 0, con un voltaje de CC 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
Al usar una computadora para ejecutar un análisis SPICE en este archivo de descripción de circuito, obtenemos los siguientes resultados:
voltaje de nodo (1) 24.0000 corrientes de fuente de voltaje nombre actual v1 -4.800E + 00 disipación de potencia total 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 para actual 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 del circuito, o “netlist:”
circuito simple v1 1 0 dc 24 r1 1 0 5k .final
La letra “k” que sigue al número 5 en la línea de la resistencia le dice a SPICE que es una cifra de 5 kΩ, no de 5 Ω. Veamos qué resultado obtenemos cuando lo ejecutamos a través de la computadora :
voltaje de nodo (1) 24.0000 corrientes de fuente de voltaje nombre actual v1 -4.800E-03 disipación de potencia total 1.15E-01 vatios
El voltaje de la batería, por supuesto, no ha cambiado desde la primera simulación: todavía está a 24 voltios. La corriente del circuito, por otro lado, es mucho menor esta vez porque hemos hecho que la resistencia tenga un valor mayor, lo que dificulta el flujo de electrones. SPICE nos dice que la corriente esta vez es igual a -4.800E-03 amperios, o -4.800 x 10 -3 amperios. Esto es equivalente a tomar el número -4.8 y omitir el punto decimal tres lugares a la izquierda.
Por supuesto, si reconocemos que 10 -3 es lo mismo que el prefijo métrico “milli”, 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 a la potencia de.. -12, – 9, -6, -3, 3, 6, 9, 12, etc.).
Entonces, 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 métricos científicos 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 figura de notación científica con las teclas adecuadas (consulte el manual del propietario), presione la tecla “igual” o “enter”, y debería mostrar la misma figura en notación de ingeniería / métrica .
Nuevamente, utilizaré SPICE como método para demostrar los conceptos de circuito 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.