محاكاة الدوائر باستخدام TINA Design Suite و TINACloud

بقلم الأستاذ الدكتور دوغان إبراهيم

في هذا الكتاب الإلكتروني، مؤلف Elektor الأكثر مبيعًا ، الأستاذ الدكتور دوجان إبراهيم يهدف إلى تعليم تصميم وتحليل الدوائر الكهربائية والإلكترونية وتطوير لوحات PCB باستخدام كل من TINA و TINACloud. يستهدف الكتاب المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين وطلاب الهندسة الإلكترونية / الكهربائية الجامعية في الكليات والجامعات التقنية وطلاب الدراسات العليا والبحوث والمعلمين والهواة. يتم توفير العديد من أمثلة المحاكاة المختبرة والعملية التي تغطي معظم مجالات الهندسة الكهربائية / الإلكترونية التماثلية والرقمية. وتشمل هذه الدوائر AC و DC ، الثنائيات ، صمامات زينر ، دوائر الترانزستور ، مضخمات التشغيل ، مخططات السلم ، الدوائر ثلاثية الطور ، الحث المتبادل ، دوائر المقوم ، المذبذبات ، دوائر التصفية النشطة والسلبية ، المنطق الرقمي ، VHDL ، MCUs ، وضع التبديل مزودات الطاقة وتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وسلسلة فورييه والطيف. لا يحتاج القراء إلى أي خبرة في البرمجة إلا إذا كانوا يرغبون في محاكاة دوائر MCU المعقدة.

جدول المحتويات:

الفصل 1 ● مقدمة

1.1 ● لماذا المحاكاة؟ 13
1.2 ● المحاكاة الإلكترونية 14
1.3 ● SPICE نمذجة الدوائر الإلكترونية 15
1.4 ● برنامج TINA 16
1.4.1 ● التقاط تخطيطي 17
1.4.2 ● لايف 3D Breadboard الأداة 17
1.4.3 ● تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور 17
1.4.4 ● فحص القواعد الكهربائية (ERC) 17
1.4.5 ● محرر الرموز التخطيطية 18
1.4.6 ● مدير المكتبة 18
1.4.7 ● دعم نموذج IBIS 18
1.4.8 ● مستخرج المعلمات 18
1.4.9 ● محرر النص والمعادلات 18
1.4.10 ● تحليل DC 19
1.4.11 ● تحليل عابر 19
1.4.12 ● التقارب التلقائي 19
1.4.13 ● تحليل الضوضاء العابرة 19
1.4.14 ● تحليل فورييه 19
1.4.15 ● محاكاة رقمية 20
1.4.16 ● محاكاة HDL 20
1.4.17 ● محاكاة وحدة التحكم الدقيقة (MCU) 20
1.4.18 ● محرر المخطط الانسيابي ومصحح الأخطاء 20
1.4.19 ● تحليل التيار المتردد 21
1.4.20 ● تحليل الشبكة 21
1.4.21 ● تحليل ضوضاء التيار المتردد الخطي 21
1.4.22 ● تحليل رمزي 21
1.4.23 ● تحليل مونت كارلو وأسوأ الحالات 21
1.4.24 ● أداة التصميم 21
1.4.25 ● التحسين 22
1.4.26 ● ما بعد المعالج 22
1.4.27 ● العرض التقديمي 22
1.4.28 ● الوضع التفاعلي 22
1.4.29 ● أدوات افتراضية 23
1.4.30 ● اختبار وقياسات الوقت الفعلي 23
1.4.31 ● التدريب والامتحان 23
1.4.32 ● ملحق الميكاترونكس 23

الفصل 2 ● إصدارات TINA

2.1 ● نظرة عامة 24
2.2 ● ميزات الإصدار 24
2.3 ● خيارات 27
2.4 ● الأجهزة التكميلية 27
2.4.1 ● LabXplorer: أداة متعددة الوظائف للتعليم والتدريب مع محلي و
قدرات القياس عن بعد 27

الفصل 3 ● إجراءات التثبيت TINA

3.1 ● متطلبات الأجهزة والبرامج 29
3.2 ● التثبيت 29
3.3 ● تثبيت إصدار مفتاح الأجهزة (دونجل) من TINA 36
3.4 ● ترخيص إصدار البرنامج المحمي من TINA 37

الفصل 4 ● البدء - محاكاة الدوائر البسيطة

4.1 ● محرر التخطيط 38
4.2 ● المحاكاة 1 - المقاومات المتسلسلة والمتوازية 39
4.3 ● المحاكاة 2 - المقاوم - دائرة مكثف 49
4.4 ● المحاكاة 3 - المقاوم - دائرة مكثف محث 61
4.5 ● المحاكاة 4 - استهلاك الطاقة - استخدام مقياس القدرة 67
4.6 ● المحاكاة 5- الجهد عبر المكونات - استخدام الفولتميتر 69
4.7 ● المحاكاة 6 - التيار من خلال المكونات باستخدام Ampere Meters 70
4.8 ● المحاكاة 7 - قياس المقاومة باستخدام مقياس المقاومة 71
4.9 ● المحاكاة 8 - قياس المقاومة باستخدام مقياس المقاومة 73
4.10 ● المحاكاة 9 - رسم الجهد عبر المكونات باستخدام مكون راسم الذبذبات 74
4.11 ● المحاكاة 10 - قياس التردد باستخدام مقياس التردد 78
4.12 ● المحاكاة 11 - تحليل دارة التيار المتناوب I 79
4.13 ● المحاكاة 12 - تحليل دارة التيار المتردد II 82
4.14 ● المحاكاة 13 - تحليل دارة التيار المتردد III 84
4.15 ● المحاكاة 14 - نظرية Thevenin - تحليل دائرة التيار المتردد 86
4.16 ● المحاكاة 15 - نظرية نورتون - تحليل دائرة التيار المتردد 89
4.17 ● دوائر ثلاثية الطور 3
4.17.1 ● محاكاة 16 - 3 تحليل دارة متصلة بنجمة ثلاثية الأطوار مع حمل مقاوم 93
4.17.2 ● محاكاة 17 - تحليل دارة متصلة بنجمة ثلاثية الأطوار بمقاوم و
الحمل الاستقرائي 95
4.18 ● الحث المتبادل 98
4.18.1 ● المحاكاة 18 - الحث المتبادل 99

الفصل 5 ● تصميم ومحاكاة دائرة الصمام الثنائي

5.1 ● المحاكاة 1 - دائرة الصمام الثنائي البسيط 102
5.2 ● المحاكاة 2 - دائرة المعدل نصف الموجي 103
5.3 ● المحاكاة 3 - دائرة مقوم نصف الموجة مع محول 104
5.4 ● المحاكاة 4 - دائرة مقوم كامل الموجة مع محول ذو ضغط مركزي 105
5.5 ● المحاكاة 5 - دائرة مقوم جسر كامل الموجة مع محول 107
5.6 ● المحاكاة 6 - دائرة دايود clamper 109
5.7 ● المحاكاة 7 - خصائص الصمام الثنائي زينر 110
5.8 ● المحاكاة 8 - منظم جهد الصمام الثنائي Zener 112
5.9 ● المحاكاة 9 - محدد الجهد المتماثل الصمام الثنائي زينر 113
5.10 ● المحاكاة 10 - دائرة ثلاثية الجهد 114

الفصل السادس ● تصميم ومحاكاة دوائر الترانزستور

6.1 ● المحاكاة 1 - خصائص الترانزستور ثنائي القطب 118
6.2 ● المحاكاة 2 - مضخم ترانزستور باعث شائع - تحليل 119
6.3 ● المحاكاة 3 - مضخم ترانزستور باعث مشترك - تصميم 125
6.4 ● المحاكاة 4 - مضخم ترانزستور باعث مشترك متعدد المراحل - استخدام دوائر فرعية في TINA 127
6.5 ● قائمة Netlist 131
6.6 ● المحاكاة 5 - مذبذب Colpitts الترانزستور BJT 132
6.7 ● الترانزستور كشبكة ذات منفذين 136
6.7.1 ● معاملات الترانزستور h 139
6.8 ● المحاكاة 6 - مضخم المصدر المشترك للترانزستور JFET 142
6.9 ● المحاكاة 7 - منحنيات خاصية الترانزستور JFET 146
6.10 ● المحاكاة 8 - مفتاح الترانزستور BJT 147
6.11 ● الثايرستور والتيرستورات 149
6.11.1 ● المحاكاة 9 - التحكم في طور الثايرستور 149
6.11.2 ● المحاكاة 10 - التحكم في الطور التيرستوري 151
6.12 ● مضخمات طاقة الصوت 153
6.12.1 ● المحاكاة 11 - مضخم طاقة الصوت من الفئة AB 154

الفصل السابع ● تصميم ومحاكاة دائرة مكبر التشغيل التشغيلي

7.1 ● الخصائص الرئيسية 161
7.2 ● دوائر مكبر التشغيل 162
7.2.1 ● مكبر الصوت العكسي 163
7.2.1 ● مكبر الصوت العكسي 163
7.2.2 ● مكبر صوت غير مقلوب 163
7.2.3 ● متابع الجهد 164
7.2.4 ● مكبر صوت الجهد 165
7.2.5 ● مطروح الجهد 166
7.2.6 ● تكامل الجهد 167
7.2.7 ● فرق الجهد 168
7.2.8 ● محول التيار إلى الجهد 169
7.3 ● المحاكاة 1 - مكبر الصوت المقلوب 171
7.4 ● المحاكاة 2 - مكبر للصوت التلخيصي 174
7.5 ● المحاكاة 3 - مضخم دمج الجهد 175
7.6 ● المحاكاة 4 - دائرة المعدل نصف الموجي 176
7.7 ● أداة التصميم 178
7.7.1 ● المحاكاة 5 - مثال على التصميم 178
7.8 ● التحسين 180
7.8.1 ● المحاكاة 6 - تصميم مثال - دائرة التيار المتردد 183
7.8.2 ● المحاكاة 7 - مثال على التصميم - دائرة التيار المستمر 185
7.9 ● المذبذبات الجيبية. 187
7.9.1 ● المحاكاة 8 - مذبذب إزاحة الطور 187
7.9.2 ● المحاكاة 9 - مذبذب جسر فيينا 189
7.9.3 ● المحاكاة 10 - مذبذب Colpitts 192
7.10 ● مولدات الموجة المربعة 194
7.10.1 ● المحاكاة 11 - مكبر للصوت التشغيلي مولد الموجة المربعة 194
7.10.2 ● محاكاة 12-555 دائرة متكاملة 196

الفصل الثامن ● تصميم ومحاكاة دائرة المرشح

8.1 ● مرشحات TINA 199
8.2 ● المحاكاة 1 - تصميم مرشح نشط منخفض التمرير من الدرجة الثانية 2
8.3 ● المحاكاة 2 - تصميم مرشح نشط بترتيب منخفض أعلى رتبة 206
8.4 ● المحاكاة 3 - تصميم مرشح نشط عالي التمرير 207
8.5 ● المحاكاة 4 - تصميم مرشح تمرير النطاق النشط 209
8.6 ● المحاكاة 5 - تصميم مرشح سلبي منخفض 210

الفصل 9 ● تصميم ومحاكاة دوائر المنطق الرقمي

9.1 ● محاكاة المنطق الرقمي باستخدام TINA 212
9.2 ● المحاكاة 1 - بوابة AND بسيطة 212
9.3 ● المحاكاة 2 - نصف الأفعى باستخدام بوابات 215
9.4 ● المحاكاة 3 - 2 بت عداد متزامن 216
9.5 ● محاكاة 4 - شاشة LED ذات 7 مقاطع 217
9.6 ● محاكاة 5 - عداد ثنائي 4 بت مع مؤشرات منطقية 218
9.7 ● المحاكاة عداد عقد 6 - 4 بت مع شاشة عرض من 7 أجزاء 219
9.8 ● المحاكاة 7 - عداد العقد 8 بت مع شاشتين من 7 أجزاء 220
9.9 ● المحاكاة 8 - عداد عقد مكون من 4 بتات وعرض 7 مقاطع - باستخدام مولد بيانات 4 بت 221
9.10 ● المحاكاة 9 - إنشاء جامع كامل - باستخدام MACRO 223
9.11 ● استخدام لغات وصف الأجهزة (HDLs) 225
9.11.1 ● استخدام محاكاة VHDL في TINA لتحليل الدوائر الرقمية 226
9.11.2 ● المحاكاة 10 - دائرة نصف الأفعى - VHDL 226
9.11.3 ● المحاكاة 11 - دائرة العداد - VHDL 230
9.11.4 ● مصحح أخطاء VHDL 233
9.12 ● استخدام محاكاة Verilog في TINA لتحليل الدوائر الرقمية 235

الفصل 10 ● أداة التصميم المنطقي

الفصل 11 ● محاكاة ميكروكنترولر

11.1 ● نظرة عامة 246
11.2 ● استخدام محرر المخطط الانسيابي 246
11.2.1 ● المحاكاة 1 - وميض 2 LED بالتناوب - متحكم سلسلة PIC 246
11.2.2 ● المحاكاة 2 - عداد لأعلى / لأسفل 4 بت مع شاشة سداسية - متحكم سلسلة PIC 249
11.2.3 ● تصحيح أخطاء المخطط الانسيابي 252
11.3 ● استخدام برمجة التجميع 253
11.3.1 ● المحاكاة 3 - العداد - وحدة التحكم الدقيقة من سلسلة PIC 253
11.3.2 ● تعديل رمز ASM 255
11.3.3 ● تصحيح أخطاء رمز ASM 256
11.4 ● استخدام البرمجة بلغة C 257
11.4.1 ● المحاكاة 4 - العداد - متحكم ATTINY13 258
11.4.2 ● المحاكاة 5 - إشارات المرور - متحكم ATTINY13 261
11.4.3 ● المحاكاة 6 - عداد LCD - Arduino Uno 263
11.4.4 ● المحاكاة 7 - مُسلسِل إشارة المرور - متحكم PIC 266
11.4.5 ● المحاكاة 8 - ضوء وامض - متحكم STM32 268
11.5 ● أجهزة الذاكرة 272
11.5.1 ● المحاكاة 9 - 2 بت × 2 بت مضاعف رقمي - ذاكرة ROM. 272
11.5.2 ● المحاكاة 10 - 4 بت عداد ثنائي مع شاشتين سداسية - ذاكرة ROM. 275

الفصل 12 ● دوائر منطق السلم

12.1 ● نظرة عامة. 278
12.2 ● المحاكاة 1 - منطق سلم مع ضوء ومحرك 278
12.3 ● مكونات منطق السلم كمكونات المنطق الرقمي 279
12.4 ● دائرة الإغلاق 281
12.4.1 ● المحاكاة 2 - غلق دائرة المحرك 281
12.4.2 ● المحاكاة 3 - التحكم في المحرك للأمام / العكسي 283
12.4.3 ● المحاكاة 4 - متحكم حزام النقل 284

الفصل 13 ● دارات إمداد الطاقة بتبديل الوضع (SMPS)

13.1 ● نظرة عامة. 286
13.2 ● المحاكاة 1 - TPS61031 دائرة SMPS 286

الفصل 14 ● تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

14.1 ● نظرة عامة 293
14.2 ● مشروع دارة هزاز متعددة الترانزستور ثنائي القطب 293
14.2.1 ● التصميم 294
14.2.2 ● محاكاة 294
14.2.3 ● فحص أسماء البصمات 295
14.2.4 ● تحليل الإجهاد 297
14.2.5 ● احفظ التخطيطي 297
14.2.6 ● ابدأ برنامج TINA PCB. 298
14.2.7 ● ملف جربر 302
14.2.8 ● ملف حفر NC Code GC 302
14.2.9 ● معلومات ثنائي الفينيل متعدد الكلور 303
14.2.10 ● قائمة المكونات 303
14.2.11 ● Netlist 304

الفصل 15 ● تقنيات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

15.1 ● نظرة عامة 307
15.2 ● إنشاء الحافلات في محرر التخطيط ومصمم PCB لـ TINA 307
15.3 ● وحدات متعددة في نفس الحزمة 310
15.4 ● إمداد الطاقة للمكونات المنطقية 313
15.5 ● تكرار كتل الدوائر (باستخدام وظيفة نسخ ماكرو) 316
15.6 ● إنشاء لوحة تقنية مثبتة على السطح ثنائية الطبقات ومزدوجة الوجه 320
15.7 ● إنشاء مكونات ثنائي الفينيل متعدد الكلور 325

الفصل 16 ● عمل رموز تخطيطية وآثار أقدام

16.1 ● نظرة عامة 328
16.2 ● مثال 328
16.3 ● استخدام معالج IC في محرر الرموز التخطيطي 332
16.4 ● استخدام محرر البصمة 335
16.5 ● معالج IC في محرر البصمة 339
16.5.1 ● نموذج تصميم 340
16.6 ● إضافة بصمات عامة لثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى TINA 343
16.7 ● إضافة نماذج البصمة العامة ثلاثية الأبعاد إلى TINA 3

الفصل 17 ● استخدام TINACloud

17.1 ● نظرة عامة 348
17.2 ● بدء استخدام TINACloud 349
17.3 ● مثال محاكاة 350
17.4 ● مثال لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور 355
17.5 ● مشاركة مخطط TINA الخاص بك 357

الفصل 18 ● أدوات مفيدة أخرى

18.1 ● نظرة عامة 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● تحليل الإجهاد (الدخان) 360
18.4 ● فحص القواعد الكهربائية (ERC) 362
18.5 ● الشاشة التسلسلية 362
18.6 ● مستكشف المكونات 362
18.7 ● ابحث عن المكون 363
18.8 ● دائرة الحماية 364
18.9 ● تصدير 365
18.10 ● استيراد 365
18.11 ● سلسلة فورييه 365
18.12 ● طيف فورييه 367
18.13 ● تحليل الضوضاء 367
18.14 ● تحليل تبديد الطاقة 369
18.15 ● المترجم الفوري 370
18.15.1 ● مثال 1 - دائرة RLC 371
18.15.2 ● مثال 2 - دارة تيار مستمر 373
18.15.3 ● المثال 3 - دائرة التيار المتردد 374
18.15.4 ● إيجاد قيمة التكاملات 375
18.15.5 ● حل نظام المعادلات الخطي 375
18.15.6 ● رسم مخططات 376
18.15.7 ● مخططات بودي 377
18.15.8 ● تعريف الإشارة 379
18.15.9 ● الوظائف المدعومة 381
18.16 ● تحليل درجة حرارة DC 382
18.17 ● مستخرج المعلمة 382
18.18 ● محرر آلة الحالة المحدودة 384

الفصل 19 ● مدير المكتبة

الفصل 20 ● صفائف البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA)

20.1 ● نظرة عامة 391
20.2 ● برمجة لوحات FPGA بإدخال تصميم تخطيطي باستخدام TINA - مثال 1
391
20.3 ● برمجة لوحات FPGA بإدخال تصميم تخطيطي باستخدام TINA - مثال 2
400
20.4 ● برمجة لوحات FPGA بتنسيق VHDL مع TINA 404
20.5 ● برمجة لوحات FPGA في Verilog مع TINACloud 407
20.6 ● تخزين البرنامج في ذاكرة غير متطايرة من Basys 3 board 411
20.7 ● عداد الثواني على لوحة Basys 7 FPGA المكونة من 4 أرقام والمكونة من 3 أرقام باستخدام TINA مع
في اتش دي ال 415
20.8 ● عداد أزرار الضغط على لوحة Basys 7 FPGA المكونة من 4 أرقام والمكونة من 3 أجزاء باستخدام TINA مع
في اتش دي ال 428

الفصل 21 ● معلومات إضافية

21.1 ● موقع TINA الإلكتروني 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● روابط مفيدة أخرى 434
21.4 ● ملفات تعليمات TINA 435
● خاتمة 436
● الفهرس 437