Simulació de circuits amb TINA Design Suite i TINACloud

Per al Prof. Dr. Dogan Ibrahim

En aquest e-book, l'autor més venut d'Elektor, el Prof. Dr. Dogan Ibrahim té com a objectiu ensenyar el disseny i l'anàlisi de circuits elèctrics i electrònics i desenvolupar plaques de PCB utilitzant tant TINA com TINACloud. El llibre està dirigit a enginyers elèctrics/electrònics, estudiants d'enginyeria electrònica/elèctrica de grau en col·legis tècnics i universitats, estudiants de postgrau i investigadors, professors i aficionats. Es proporcionen molts exemples de simulació provats i de treball que cobreixen la majoria dels camps de l'enginyeria elèctrica/electrònica analògica i digital. Aquests inclouen circuits de CA i CC, díodes, díodes zener, circuits de transistors, amplificadors operacionals, diagrames d'escala, circuits trifàsics, inductància mútua, circuits rectificadors, oscil·ladors, circuits de filtre actius i passius, lògica digital, VHDL, MCU, mode de commutació. fonts d'alimentació, disseny de PCB, sèries de Fourier i espectre. Els lectors no necessiten tenir cap experiència de programació tret que vulguin simular circuits MCU complexos.

Taula de continguts:

Capítol 1 ● Introducció

1.1 ● Per què simulació? 13
1.2 ● Simulació electrònica 14
1.3 ● SPICE Modelització de circuits electrònics 15
1.4 ● El programa TINA 16
1.4.1 ● Captura esquemàtica 17
1.4.2 ● 3D en directe Breadboard Eina 17
1.4.3 ● Disseny de PCB 17
1.4.4 ● Comprovació de normes elèctriques (ERC) 17
1.4.5 ● Editor de símbols esquemàtics 18
1.4.6 ● Gestor de biblioteca 18
1.4.7 ● Suport al model IBIS 18
1.4.8 ● Extractor de paràmetres 18
1.4.9 ● Editor de text i equacions 18
1.4.10 ● Anàlisi DC 19
1.4.11 ● Anàlisi de transitoris 19
1.4.12 ● Autoconvergència 19
1.4.13 ● Anàlisi del soroll transitori 19
1.4.14 ● Anàlisi de Fourier 19
1.4.15 ● Simulació digital 20
1.4.16 ● Simulació HDL 20
1.4.17 ● Simulació del microcontrolador (MCU) 20
1.4.18 ● Editor de diagrames de flux i depurador 20
1.4.19 ● Anàlisi CA 21
1.4.20 ● Anàlisi de la xarxa 21
1.4.21 ● Anàlisi lineal del soroll CA 21
1.4.22 ● Anàlisi simbòlica 21
1.4.23 ● Monte-Carlo i anàlisi del pitjor dels casos 21
1.4.24 ● Eina de disseny 21
1.4.25 ● Optimització 22
1.4.26 ● Postprocessador 22
1.4.27 ● Presentació 22
1.4.28 ● Mode interactiu 22
1.4.29 ● Instruments virtuals 23
1.4.30 ● Prova i mesures en temps real 23
1.4.31 ● Formació i examen 23
1.4.32 ● Extensió mecatrònica 23

Capítol 2 ● Versions TINA

2.1 ● Visió general 24
2.2 ● Característiques de la versió 24
2.3 ● Opcions 27
2.4 ● Maquinari suplementari 27
2.4.1 ● LabXplorer: Instrument multifunció per a l'educació i la formació amb local i
Capacitats de mesura remota 27

Capítol 3 ● Procediment d'instal·lació de TINA

3.1 ● Requisits de maquinari i programari 29
3.2 ● Instal·lació 29
3.3 ● Instal·lació de la versió de clau de maquinari (dongle) de TINA 36
3.4 ● Autorització de la versió protegida de programari de TINA 37

Capítol 4 ● Primers passos: simulació de circuits senzills

4.1 ● L'editor d'esquemes 38
4.2 ● Simulació 1 – Resistències en sèrie i paral·lel 39
4.3 ● Simulació 2 – Resistència – circuit condensador 49
4.4 ● Simulació 3 – Resistència – circuit inductor-condensador 61
4.5 ● Simulació 4 – Consum d'energia – utilitzant un mesurador de potència 67
4.6 ● Simulació 5 – Tensió entre components – utilitzant voltímetres 69
4.7 ● Simulació 6 – Corrent a través dels components utilitzant amperímetres 70
4.8 ● Simulació 7 – Mesura de la impedància mitjançant el mesurador d'impedància 71
4.9 ● Simulació 8 – Mesura de la resistència amb l'ohmetre 73
4.10 ● Simulació 9 – Representació de la tensió entre components mitjançant un component d'oscil·loscopi 74
4.11 ● Simulació 10 – Mesura de la freqüència amb un freqüencímetre 78
4.12 ● Simulació 11 – Anàlisi del circuit de CA I 79
4.13 ● Simulació 12 – Anàlisi de circuits de CA II 82
4.14 ● Simulació 13 – Anàlisi del circuit de CA III 84
4.15 ● Simulació 14 – Teorema de Thevenin – Anàlisi de circuits alternatius 86
4.16 ● Simulació 15 – Teorema de Norton – Anàlisi de circuits de CA 89
4.17 ● Circuits trifàsics 3
4.17.1 ● Simulació 16 – Anàlisi de circuits connectats en estrella trifàsica amb càrrega resistiva 3
4.17.2 ● Simulació 17 – Anàlisi de circuits connectats en estrella trifàsica amb resistiva i
càrrega inductiva 95
4.18 ● Inductància mútua 98
4.18.1 ● Simulació 18 – Inductància mútua 99

Capítol 5 ● Disseny i simulació de circuits de díodes

5.1 ● Simulació 1 – Circuit de díode simple 102
5.2 ● Simulació 2 – Circuit rectificador de mitja ona 103
5.3 ● Simulació 3 – Circuit rectificador de mitja ona amb transformador 104
5.4 ● Simulació 4 – Circuit rectificador d'ona completa amb transformador de derivació central 105
5.5 ● Simulació 5 – Circuit rectificador de pont d'ona completa amb transformador 107
5.6 ● Simulació 6 – Circuit de pinça de díode 109
5.7 ● Simulació 7 – Característiques del díode Zener 110
5.8 ● Simulació 8 – Regulador de tensió del díode Zener 112
5.9 ● Simulació 9 – Limitador de tensió simètric díode Zener 113
5.10 ● Simulació 10 – Circuit tripledor de tensió 114

Capítol 6 ● Disseny i simulació de circuits de transistors

6.1 ● Simulació 1 – Característiques del transistor bipolar 118
6.2 ● Simulació 2 – Amplificador de transistor emissor comú – Anàlisi 119
6.3 ● Simulació 3 – Amplificador transistor emissor comú – Disseny 125
6.4 ● Simulació 4 – Amplificador de transistor emissor comú multietapa – Ús de subcircuits a TINA 127
6.5 ● La llista de xarxes 131
6.6 ● Simulació 5 – Transistor BJT Oscil·lador Colpitts 132
6.7 ● Transistor com a xarxa de dos ports 136
6.7.1 ● Paràmetres h del transistor 139
6.8 ● Simulació 6 – Amplificador de font comuna de transistors JFET 142
6.9 ● Simulació 7 – Corbes característiques del transistor JFET 146
6.10 ● Simulació 8 – Interruptor de transistor BJT 147
6.11 ● Tiristors i triacs 149
6.11.1 ● Simulació 9 – Control de fase del tiristor 149
6.11.2 ● Simulació 10 – Control de fase del triac 151
6.12 ● Amplificadors de potència d'àudio 153
6.12.1 ● Simulació 11 – Amplificador de potència d'àudio de classe AB 154

Capítol 7 ● Disseny i simulació de circuits amplificadors operacionals

7.1 ● Característiques clau 161
7.2 ● Circuits amplificadors operacionals 162
7.2.1 ● Amplificador inversor 163
7.2.1 ● Amplificador inversor 163
7.2.2 ● Amplificador no inversor 163
7.2.3 ● Seguidor de tensió 164
7.2.4 ● Amplificador sumador de tensió 165
7.2.5 ● Sustractor de tensió 166
7.2.6 ● Integrador de tensió 167
7.2.7 ● Diferenciador de tensió 168
7.2.8 ● Convertidor de corrent a tensió 169
7.3 ● Simulació 1 – Amplificador inversor 171
7.4 ● Simulació 2 – Amplificador sumador 174
7.5 ● Simulació 3 – Amplificador integrador de tensió 175
7.6 ● Simulació 4 – Circuit rectificador de mitja ona 176
7.7 ● L'eina de disseny 178
7.7.1 ● Simulació 5 – Exemple de disseny 178
7.8 ● Optimització 180
7.8.1 ● Simulació 6 – Exemple de disseny – Circuit de CA 183
7.8.2 ● Simulació 7 – Exemple de disseny – Circuit DC 185
7.9 ● Oscil·ladors sinusoïdals . 187
7.9.1 ● Simulació 8 – Oscil·lador de canvi de fase 187
7.9.2 ● Simulació 9 – L'oscil·lador del pont de Viena 189
7.9.3 ● Simulació 10 – L'oscil·lador Colpitts 192
7.10 ● Generadors d'ones quadrades 194
7.10.1 ● Simulació 11 – Generador d'ona quadrada amplificador operacional 194
7.10.2 ● Simulació 12 – 555 circuit integrat 196

Capítol 8 ● Disseny i simulació de circuits de filtre

8.1 ● Filtres TINA 199
8.2 ● Simulació 1 – Disseny d'un filtre actiu de pas baix de segon ordre 2
8.3 ● Simulació 2 – Disseny d'un filtre actiu de pas baix d'ordre superior 206
8.4 ● Simulació 3 – Disseny d'un filtre actiu de pas alt 207
8.5 ● Simulació 4 – Disseny d'un filtre actiu passabanda 209
8.6 ● Simulació 5 – Disseny d'un filtre passiu de pas baix 210

Capítol 9 ● Disseny i simulació de circuits lògics digitals

9.1 ● Simulació lògica digital amb TINA 212
9.2 ● Simulació 1 – Porta AND simple 212
9.3 ● Simulació 2 – Mitja sumador utilitzant les portes 215
9.4 ● Simulació 3: comptador síncron de 2 bits 216
9.5 ● Simulació 4 – Pantalla LED de 7 segments 217
9.6 ● Simulació 5 – Comptador binari de 4 bits amb indicadors lògics 218
9.7 ● Simulació de 6: comptador de dècades de 4 bits amb pantalla de 7 segments 219
9.8 ● Simulació 7: comptador de dècades de 8 bits amb dues pantalles de 7 segments 220
9.9 ● Simulació 8: comptador de dècades de 4 bits i pantalla de 7 segments: ús d'un generador de dades de 4 bits 221
9.10 ● Simulació 9 – Creació d'un sumador complet – amb una MACRO 223
9.11 ● Ús dels llenguatges de descripció de maquinari (HDL) 225
9.11.1 ● Ús de la simulació VHDL a TINA per analitzar circuits digitals 226
9.11.2 ● Simulació 10 – Circuit de mig sumador – VHDL 226
9.11.3 ● Simulació 11 – Circuit comptador – VHDL 230
9.11.4 ● El depurador VHDL 233
9.12 ● Ús de la simulació Verilog a TINA per analitzar circuits digitals 235

Capítol 10 ● Eina de disseny lògic

Capítol 11 ● Simulació de microcontroladors

11.1 ● Visió general 246
11.2 ● Ús de l'editor de diagrames de flux 246
11.2.1 ● Simulació 1 – 2 LEDs intermitents alternats – Microcontrolador de la sèrie PIC 246
11.2.2 ● Simulació 2 – Comptador amunt/baix de 4 bits amb pantalla hexadecimal – Microcontrolador de la sèrie PIC 249
11.2.3 ● Depuració de diagrames de flux 252
11.3 ● Ús de la programació de muntatges 253
11.3.1 ● Simulació 3 – Comptador – Microcontrolador de la sèrie PIC 253
11.3.2 ● Modificació del codi asm 255
11.3.3 ● Depuració del codi ASM 256
11.4 ● Ús de la programació en C 257
11.4.1 ● Simulació 4 – Comptador – Microcontrolador ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulació 5 – Semàfors – Microcontrolador ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulació 6 – Comptador LCD – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulació 7 – Seqüenciador de semàfors– Microcontrolador PIC 266
11.4.5 ● Simulació 8 – Llum intermitent– Microcontrolador STM32 268
11.5 ● Dispositius de memòria 272
11.5.1 ● Simulació 9 – Multiplicador digital de 2 bits x 2 bits – memòria ROM . 272
11.5.2 ● Simulació 10 – Comptador binari de 4 bits amb dues pantalles hexadecimals – memòria ROM . 275

Capítol 12 ● Circuits lògics d'escala

12.1 ● Visió general . 278
12.2 ● Simulació 1 – Lògica d'escala amb llum i motor 278
12.3 ● Components lògics d'escala com a components lògics digitals 279
12.4 ● Circuit de tancament 281
12.4.1 ● Simulació 2 – Circuit del motor de bloqueig 281
12.4.2 ● Simulació 3 – Control del motor endavant/marrere 283
12.4.3 ● Simulació 4 – Controlador de la cinta transportadora 284

Capítol 13 ● Circuits d'alimentació en mode de commutació (SMPS)

13.1 ● Visió general . 286
13.2 ● Simulació 1 – Circuit SMPS TPS61031 286

Capítol 14 ● Disseny de placa de circuit imprès (PCB).

14.1 ● Visió general 293
14.2 ● Projecte de circuit multivibrador de transistor bipolar 293
14.2.1 ● El disseny 294
14.2.2 ● Simulació 294
14.2.3 ● Comproveu els noms de la petjada 295
14.2.4 ● Anàlisi d'estrès 297
14.2.5 ● Deseu l'esquema 297
14.2.6 ● Inici del programa TINA PCB . 298
14.2.7 ● Fitxer Gerber 302
14.2.8 ● Fitxer de perforació GCode NC 302
14.2.9 ● Informació del PCB 303
14.2.10 ● Llista de components 303
14.2.11 ● Netlist 304

Capítol 15 ● Tècniques de disseny de PCB

15.1 ● Visió general 307
15.2 ● Creació de busos a l'Editor d'esquemes i al Dissenyador de PCB de TINA 307
15.3 ● Diverses unitats en el mateix paquet 310
15.4 ● Alimentació dels components lògics 313
15.5 ● Repetició de blocs de circuits (utilitzant la funció Copia macro) 316
15.6 ● Creació d'una placa de tecnologia de muntatge superficial de dues capes, de doble cara i 320
15.7 ● Creació de components de PCB 325

Capítol 16 ● Realització de símbols i petjades esquemàtiques

16.1 ● Visió general 328
16.2 ● Exemple 328
16.3 ● Ús de l'assistent IC a l'editor de símbols esquemàtics 332
16.4 ● Ús de l'editor d'empremtes 335
16.5 ● Assistent IC a l'editor d'empremtes 339
16.5.1 ● Exemple de disseny 340
16.6 ● Afegir petjades de PCB públiques a TINA 343
16.7 ● Afegir models d'empremta 3D pública a TINA 346

Capítol 17 ● Ús de TINACloud

17.1 ● Visió general 348
17.2 ● Començar a utilitzar TINACloud 349
17.3 ● Exemple de simulació 350
17.4 ● Exemple de disseny de PCB 355
17.5 ● Compartint el vostre esquema TINA 357

Capítol 18 ● Altres eines útils

18.1 ● Visió general 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Anàlisi de l'estrès (fum) 360
18.4 ● Comprovació de normes elèctriques (ERC) 362
18.5 ● Monitor sèrie 362
18.6 ● Explorador de components 362
18.7 ● Troba el component 363
18.8 ● Protegir el circuit 364
18.9 ● Exportació 365
18.10 ● Importa 365
18.11 ● Sèrie de Fourier 365
18.12 ● Espectre de Fourier 367
18.13 ● Anàlisi del soroll 367
18.14 ● Anàlisi de dissipació de potència 369
18.15 ● Intèrpret 370
18.15.1 ● Exemple 1 – Circuit RLC 371
18.15.2 ● Exemple 2 – Circuit de corrent continu 373
18.15.3 ● Exemple 3 – Circuit de CA 374
18.15.4 ● Avaluació d'integrals 375
18.15.5 ● Resolució de sistema lineal d'equacions 375
18.15.6 ● Dibuixar esquemes 376
18.15.7 ● Diagrames de Bode 377
18.15.8 ● Definició del senyal 379
18.15.9 ● Funcions admeses 381
18.16 ● Anàlisi de temperatura de CC 382
18.17 ● L'extractor de paràmetres 382
18.18 ● Editor de màquines d'estats finits 384

Capítol 19 ● El gestor de la biblioteca

Capítol 20 ● Matrius de porta programables en camp (FPGA)

20.1 ● Visió general 391
20.2 ● Programació de plaques FPGA amb entrada de disseny esquemàtic mitjançant TINA – Exemple 1
391
20.3 ● Programació de plaques FPGA amb entrada de disseny esquemàtic mitjançant TINA – Exemple 2
400
20.4 ● Programació de plaques FPGA en VHDL amb TINA 404
20.5 ● Programació de plaques FPGA a Verilog amb TINACloud 407
20.6 ● Emmagatzemar el programa a la memòria no volàtil de la placa Basys 3 411
20.7 ● Comptador de segons a la placa FPGA Basys 7 de 4 segments i 3 dígits utilitzant TINA amb
VHDL 415
20.8 ● Comptador de botons a la placa FPGA Basys 7 de 4 segments i 3 dígits utilitzant TINA amb
VHDL 428

Capítol 21 ● Informació addicional

21.1 ● Lloc web de TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Altres enllaços útils 434
21.4 ● Fitxers d'ajuda TINA 435
● Epíleg 436
● Índex 437