Simulacija kola sa TINA Design Suite i TINACloud

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

U ovom e-knjiga, najprodavaniji Elektor autor, prof. dr. Dogan Ibrahim ima za cilj podučavanje dizajna i analize električnih i elektronskih kola i razvoj PCB ploča koristeći TINA i TINACloud. Knjiga je namijenjena inženjerima elektrotehnike/elektronike, studentima dodiplomskih studija elektronike/elektrotehnike na tehničkim fakultetima i univerzitetima, postdiplomskim i istraživačkim studentima, nastavnicima i hobistima. Dani su mnogi testirani i radni simulacijski primjeri koji pokrivaju većinu polja analogne i digitalne električne/elektronske tehnike. To uključuje AC i DC kola, diode, zener diode, tranzistorska kola, operaciona pojačala, merdevine dijagrame, 3-fazna kola, međusobnu induktivnost, ispravljačka kola, oscilatore, kola aktivnih i pasivnih filtera, digitalnu logiku, VHDL, MCU, prekidački režim napajanja, dizajn PCB-a, Fourierova serija i spektar. Čitači ne moraju imati nikakvo iskustvo u programiranju osim ako ne žele simulirati složena MCU kola.

Sadržaj:

Poglavlje 1 ● Uvod

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Elektronska simulacija 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● Program TINA 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● Live 3D Breadboard Tool 17
1.4.3 ● Dizajn PCB 17
1.4.4 ● Provjera električnih pravila (ERC) 17
1.4.5 ● Uređivač šematskih simbola 18
1.4.6 ● Upravitelj biblioteke 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Uređivač teksta i jednačina 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Analiza tranzijenta 19
1.4.12 ● Automatska konvergencija 19
1.4.13 ● Analiza prolazne buke 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● HDL simulacija 20
1.4.17 ● Simulacija mikrokontrolera (MCU) 20
1.4.18 ● Uređivač dijagrama toka i program za otklanjanje grešaka 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22 ● Simbolička analiza 21
1.4.23 ● Monte-Carlo i analiza najgoreg slučaja 21
1.4.24 ● Alat za dizajn 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Postprocesor 22
1.4.27 ● Prezentacija 22
1.4.28 ● Interaktivni način rada 22
1.4.29 ● Virtuelni instrumenti 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Obuka i ispit 23
1.4.32 ● Mehatronika ekstenzija 23

Poglavlje 2 ● TINA verzije

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Karakteristike verzije 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: Multifunkcionalni instrument za obrazovanje i obuku sa lokalnim i
mogućnosti daljinskog mjerenja 27

Poglavlje 3 ● Procedura instalacije TINA

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Instalacija 29
3.3 ● Instaliranje hardverskog ključa (dongle) verzije TINA 36
3.4 ● Autorizacija softverski zaštićene verzije TINA 37

Poglavlje 4 ● Početak – Simulacija jednostavnih kola

4.1 ● Uređivač šema 38
4.2 ● Simulacija 1 – Serijski i paralelni otpornici 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Simulacija 3 – Otpornik – kolo induktor-kondenzator 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Simulacija 5 – Napon između komponenti – pomoću voltmetara 69
4.7 ● Simulacija 6 – Struja kroz komponente pomoću ampermetara 70
4.8 ● Simulacija 7 – Merenje impedance pomoću merača impedanse 71
4.9 ● Simulacija 8 – Mjerenje otpora pomoću ommetra 73
4.10 ● Simulacija 9 – Iscrtavanje napona na komponentama pomoću komponente osciloskopa 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13 ● Simulacija 12 – Analiza kola naizmenične struje II 82
4.14 ● Simulacija 13 – Analiza strujnog kola III 84
4.15 ● Simulacija 14 – Theveninova teorema – Analiza strujnog kola 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 3-fazna kola 92
4.17.1 ● Simulacija 16 – analiza 3-faznog zvjezdanog spojenog kola sa otpornim opterećenjem 93
4.17.2 ● Simulacija 17 – 3-fazna analiza zvjezdanog spojenog kola sa otpornim i
induktivno opterećenje 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Simulacija 18 – Međusobna induktivnost 99

Poglavlje 5 ● Dizajn i simulacija diodnog kola

5.1 ● Simulacija 1 – Jednostavni diodni krug 102
5.2 ● Simulacija 2 – Polutalasni ispravljački krug 103
5.3 ● Simulacija 3 – Polutalasni ispravljački krug sa transformatorom 104
5.4 ● Simulacija 4 – Punovalni ispravljački krug sa centralnim transformatorom 105
5.5 ● Simulacija 5 – Punovalni mostni ispravljački krug sa transformatorom 107
5.6 ● Simulacija 6 – Diodni sklop 109
5.7 ● Simulacija 7 – Karakteristike Zener diode 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10 ● Simulacija 10 – Naponski trostruki krug 114

Poglavlje 6 ● Dizajn i simulacija tranzistorskog kola

6.1 ● Simulation 1 – Bipolar transistor characteristics 118
6.2 ● Simulation 2 – Common emitter transistor amplifier – Analysis 119
6.3 ● Simulation 3 – Common emitter transistor amplifier – Design 125
6.4 ● Simulacija 4 – Višestepeno tranzistorsko pojačalo sa zajedničkim emiterom – Korištenje podkola u TINA 127
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Simulacija 5 – BJT tranzistor Colpitts oscilator 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● Simulacija 6 – JFET tranzistorsko pojačalo sa zajedničkim izvorom 142
6.9 ● Simulacija 7 – karakteristične krive JFET tranzistora 146
6.10 ● Simulacija 8 – BJT tranzistorski prekidač 147
6.11 ● Tiristori i trijaci 149
6.11.1 ● Simulacija 9 – Fazna kontrola tiristora 149
6.11.2 ● Simulacija 10 – Kontrola faze trijaka 151
6.12 ● Pojačala audio snage 153
6.12.1 ● Simulacija 11 – Audio pojačalo AB klase 154

Poglavlje 7 ● Dizajn i simulacija kola operativnog pojačala

7.1 ● Ključne karakteristike 161
7.2 ● Kola operativnog pojačala 162
7.2.1 ● Invertujuće pojačalo 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Neinvertujuće pojačalo 163
7.2.3 ● Pratilac napona 164
7.2.4 ● Pojačalo za sabiranje napona 165
7.2.5 ● Oduzimanje napona 166
7.2.6 ● Integrator napona 167
7.2.7 ● Diferencijator napona 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● Simulacija 1 – Invertujuće pojačalo 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Simulacija 3 – Pojačalo za integrisanje napona 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● Alat za dizajn 178
7.7.1 ● Simulacija 5 – Primjer dizajna 178
7.8 ● Optimizacija 180
7.8.1 ● Simulacija 6 – Primjer dizajna – AC krug 183
7.8.2 ● Simulacija 7 – Primjer dizajna – DC kolo 185
7.9 ● Sinusoidni oscilatori . 187
7.9.1 ● Simulacija 8 – Oscilator faznog pomaka 187
7.9.2 ● Simulacija 9 – Oscilator Bečkog mosta 189
7.9.3 ● Simulacija 10 – Colpittsov oscilator 192
7.10 ● Generatori pravougaonog talasa 194
7.10.1 ● Simulacija 11 – Operacijski pojačavač generator pravougaonog talasa 194
7.10.2 ● Simulacija 12 – 555 integrirano kolo 196

Poglavlje 8 ● Dizajn i simulacija filterskog kola

8.1 ● TINA filteri 199
8.2 ● Simulacija 1 – Dizajniranje niskopropusnog aktivnog filtera 2. reda 201
8.3 ● Simulacija 2 – Dizajniranje niskopropusnog aktivnog filtera višeg reda 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● Simulacija 4 – Dizajniranje aktivnog filtera propusnog opsega 209
8.6 ● Simulacija 5 – Projektovanje niskopropusnog pasivnog filtera 210

Poglavlje 9 ● Dizajn i simulacija digitalnog logičkog kola

9.1 ● Digitalna logička simulacija pomoću TINA 212
9.2 ● Simulacija 1 – Jednostavna I kapija 212
9.3 ● Simulacija 2 – Polusabirač koristeći kapije 215
9.4 ● Simulacija 3 – 2-bitni sinhroni brojač 216
9.5 ● Simulacija 4 – 7-segmentni LED displej 217
9.6 ● Simulacija 5 – 4-bitni binarni brojač sa logičkim indikatorima 218
9.7 ● Simulacija 6 – 4-bitni dekadni brojač sa 7-segmentnim displejom 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● Simulacija 8 – 4-bitni dekadni brojač i 7-segmentni displej – Upotreba 4-bitnog generatora podataka 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Upotreba jezika opisa hardvera (HDL) 225
9.11.1 ● Upotreba VHDL simulacije u TINA za analizu digitalnih kola 226
9.11.2 ● Simulacija 10 – Kolo polusabirača – VHDL 226
9.11.3 ● Simulacija 11 – Kolo brojača – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● Korištenje Verilog simulacije u TINA za analizu digitalnih kola 235

Poglavlje 10 ● Alat za logički dizajn

Poglavlje 11 ● Simulacija mikrokontrolera

11.1 ● Pregled 246
11.2 ● Korišćenje uređivača dijagrama toka 246
11.2.1 ● Simulation 1 – Alternately flashing 2 LEDs – PIC series microcontroller 246
11.2.2 ● Simulation 2 – 4-bit Up/Down counter with hex display – PIC series microcontroller 249
11.2.3 ● Otklanjanje grešaka u dijagramu toka 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● Promjena asm koda 255
11.3.3 ● Otklanjanje grešaka u ASM kodu 256
11.4 ● Korišćenje C programiranja 257
11.4.1 ● Simulacija 4 – Brojač – ATTINY13 mikrokontroler 258
11.4.2 ● Simulacija 5 – Semafori – ATTINY13 mikrokontroler 261
11.4.3 ● Simulacija 6 – LCD brojač – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulacija 7 – Semafor – PIC mikrokontroler 266
11.4.5 ● Simulacija 8 – Trepćuće svjetlo – STM32 mikrokontroler 268
11.5 ● Memorijski uređaji 272
11.5.1 ● Simulacija 9 – 2-bitni x 2-bitni digitalni množitelj – ROM memorija. 272
11.5.2 ● Simulacija 10 – 4-bitni binarni brojač sa dva heksadecimalna prikaza – ROM memorija. 275

Poglavlje 12 ● Lader logička kola

12.1 ● Pregled . 278
12.2 ● Simulacija 1 – Lader logika sa svjetlom i motorom 278
12.3 ● Lader logičke komponente kao digitalne logičke komponente 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Simulacija 2 – Zaporni krug motora 281
12.4.2 ● Simulacija 3 – Upravljanje motorom naprijed/nazad 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Poglavlje 13 ● Krugovi napajanja sa prekidačkim načinom rada (SMPS)

13.1 ● Pregled . 286
13.2 ● Simulacija 1 – TPS61031 SMPS kolo 286

Poglavlje 14 ● Dizajn štampanih ploča (PCB).

14.1 ● Pregled 293
14.2 ● Bipolarno tranzistorsko multivibratorsko kolo projekat 293
14.2.1 ● Dizajn 294
14.2.2 ● Simulacija 294
14.2.3 ● Provjerite nazive otisaka 295
14.2.4 ● Analiza naprezanja 297
14.2.5 ● Sačuvajte svoju šemu 297
14.2.6 ● Pokrenite TINA PCB program. 298
14.2.7 ● Gerber fajl 302
14.2.8 ● GCode NC datoteka za bušenje 302
14.2.9 ● PCB informacije 303
14.2.10 ● Lista komponenti 303
14.2.11 ● Netlist 304

Poglavlje 15 ● Tehnike dizajna PCB-a

15.1 ● Pregled 307
15.2 ● Kreiranje sabirnica u uređivaču shema i PCB dizajneru TINA 307
15.3 ● Više jedinica u istom paketu 310
15.4 ● Napajanje logičkih komponenti 313
15.5 ● Ponavljanje blokova kola (koristeći funkciju Copy Macro) 316
15.6 ● Kreiranje dvoslojne, dvostrane tehnološke ploče za površinsku montažu 320
15.7 ● Kreiranje PCB komponenti 325

Poglavlje 16 ● Pravljenje šematskih simbola i otisaka

16.1 ● Pregled 328
16.2 ● Primjer 328
16.3 ● Korišćenje IC čarobnjaka u uređivaču šematskih simbola 332
16.4 ● Korišćenje uređivača otiska 335
16.5 ● IC Wizard u Footprint Editoru 339
16.5.1 ● Primjer dizajna 340
16.6 ● Dodavanje javnih PCB otisaka na TINA 343
16.7 ● Dodavanje javnih 3D modela otiska u TINA 346

Poglavlje 17 ● Korišćenje TINACloud-a

17.1 ● Pregled 348
17.2 ● Početak korištenja TINACloud 349
17.3 ● Primjer simulacije 350
17.4 ● Primjer dizajna PCB-a 355
17.5 ● Dijeljenje vaše TINA šeme 357

Poglavlje 18 ● Drugi korisni alati

18.1 ● Pregled 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Analiza stresa (dima) 360
18.4 ● Provjera električnih pravila (ERC) 362
18.5 ● Serijski monitor 362
18.6 ● Istraživač komponenti 362
18.7 ● Pronađite komponentu 363
18.8 ● Zaštitni krug 364
18.9 ● Izvoz 365
18.10 ● Uvoz 365
18.11 ● Fourierova serija 365
18.12 ● Fourierov spektar 367
18.13 ● Analiza buke 367
18.14 ● Analiza rasipanja snage 369
18.15 ● Tumač 370
18.15.1 ● Primjer 1 – RLC kolo 371
18.15.2 ● Primjer 2 – DC kolo 373
18.15.3 ● Primjer 3 – AC kolo 374
18.15.4 ● Vrednovanje integrala 375
18.15.5 ● Rješavanje linearnog sistema jednačina 375
18.15.6 ● Crtanje dijagrama 376
18.15.7 ● Bode dijagrami 377
18.15.8 ● Definicija signala 379
18.15.9 ● Podržane funkcije 381
18.16 ● DC Analiza temperature 382
18.17 ● Ekstraktor parametara 382
18.18 ● Editor konačnog stroja 384

Poglavlje 19 ● Upravitelj biblioteke

Poglavlje 20 ● Polje-programabilni nizovi vrata (FPGA)

20.1 ● Pregled 391
20.2 ● Programiranje FPGA ploča sa unosom šeme dizajna koristeći TINA – Primjer 1
391
20.3 ● Programiranje FPGA ploča sa unosom šeme dizajna koristeći TINA – Primjer 2
400
20.4 ● Programiranje FPGA ploča u VHDL sa TINA 404
20.5 ● Programiranje FPGA ploča u Verilogu sa TINACloud 407
20.6 ● Pohranjivanje programa u nepromjenjivu memoriju Basys 3 ploče 411
20.7 ● Brojač sekundi na 7-segmentnoj 4-cifrenoj Basys 3 FPGA ploči koristeći TINA sa
VHDL 415
20.8 ● Brojač tipki na 7-segmentnoj 4-cifrenoj Basys 3 FPGA ploči koristeći TINA sa
VHDL 428

Poglavlje 21 ● Dodatne informacije

21.1 ● TINA web stranica 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Druge korisne veze 434
21.4 ● TINA datoteke pomoći 435
● Epilog 436
● Indeks 437