Simulacija strujnog kruga uz TINA Design Suite i TINACloud

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

U ovom e-knjiga, najprodavaniji Elektorov autor, prof. dr. Dogan Ibrahim ima za cilj podučavati dizajn i analizu električnih i elektroničkih sklopova i razvijati PCB ploče koristeći TINA i TINACloud. Knjiga je namijenjena inženjerima elektrotehnike/elektronike, studentima dodiplomskog studija elektronike/elektrotehnike na tehničkim fakultetima i sveučilištima, studentima poslijediplomskog studija i istraživačima, nastavnicima i hobistima. Dani su mnogi testirani i radni primjeri simulacija koji pokrivaju većinu područja analogne i digitalne elektrotehnike/elektronike. To uključuje krugove izmjenične i istosmjerne struje, diode, zener diode, tranzistorske krugove, operacijska pojačala, ljestvičaste dijagrame, 3-fazne krugove, međusobnu induktivnost, ispravljačke krugove, oscilatore, aktivne i pasivne filtarske krugove, digitalnu logiku, VHDL, MCU-ove, sklopke napajanja, PCB dizajn, Fourierov niz i spektar. Čitatelji ne moraju imati iskustva u programiranju osim ako ne žele simulirati složene MCU sklopove.

Sadržaj:

Poglavlje 1 ● Uvod

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Elektronička simulacija 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● Program TINA 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● 3D uživo Breadboard Tool 17
1.4.3 ● Dizajn PCB-a 17
1.4.4 ● Provjera električnih pravila (ERC) 17
1.4.5 ● Uređivač shematskih simbola 18
1.4.6 ● Upravitelj knjižnice 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Uređivač teksta i jednadžbi 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Prijelazna analiza 19
1.4.12 ● Automatska konvergencija 19
1.4.13 ● Analiza prolaznog šuma 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 ispravljanje pogrešaka 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 ● Virtualni instrumenti 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Obuka i ispit 23
1.4.32 ● Mehatronsko proširenje 23

Poglavlje 2 ● TINA verzije

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

Poglavlje 3 ● TINA instalacijski postupak

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

Poglavlje 4 ● Početak – Simulacija jednostavnih sklopova

4.1 ● Uređivač shema 38
4.2 ● Simulacija 1 – Serijski i paralelni otpornici 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Simulacija 3 – Otpornik – krug induktor-kondenzator 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Simulacija 5 – Napon na komponentama – korištenjem voltmetara 69
4.7 ● Simulacija 6 – Struja kroz komponente pomoću ampermetara 70
4.8 ● Simulacija 7 – Mjerenje impedancije pomoću mjerača impedancije 71
4.9 ● Simulacija 8 – Mjerenje otpora pomoću Ohmmetra 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 kruga izmjenične struje II 82
4.14 ● Simulacija 13 – Analiza kruga izmjenične struje III 84
4.15 ● Simulacija 14 – Theveninov teorem – Analiza kruga izmjenične struje 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 3-fazni krugovi 92
4.17.1 ● Simulacija 16 – analiza kruga spojenog u 3 faze u zvijezdu s otpornim opterećenjem 93
4.17.2 ● Simulacija 17 – analiza kruga spojenog u 3 faze u zvijezdu s otpornim i
induktivno opterećenje 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Simulacija 18 – Međusobna induktivnost 99

Poglavlje 5 ● Dizajn diodnog kruga i simulacija

5.1 ● Simulacija 1 – Jednostavni krug diode 102
5.2 ● Simulacija 2 – Poluvalni ispravljački krug 103
5.3 ● Simulacija 3 – Poluvalni ispravljački krug s transformatorom 104
5.4 ● Simulacija 4 – Punovalni ispravljački krug s transformatorom sa središnjim odvodom 105
5.5 ● Simulacija 5 – Punovalni mosni ispravljački krug s transformatorom 107
5.6 ● Simulacija 6 – Krug stezaljke diode 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 – krug trostrukog napona 114

Poglavlje 6 ● Projektiranje i simulacija tranzistorskog kruga

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 – Tranzistorsko pojačalo sa zajedničkim emiterom u više stupnjeva – Korištenje podsklopova u TINA 127
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Simulacija 5 – BJT tranzistor Colpittsov 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 zajedničkog izvora 142
6.9 ● Simulacija 7 – Karakteristične krivulje JFET tranzistora 146
6.10 ● Simulacija 8 – BJT tranzistorska sklopka 147
6.11 ● Tiristori i trijaci 149
6.11.1 ● Simulacija 9 – tiristorska fazna kontrola 149
6.11.2 ● Simulacija 10 – Kontrola faze triaka 151
6.12 ● Audio pojačala snage 153
6.12.1 ● Simulacija 11 – audio pojačalo snage AB klase 154

Poglavlje 7 ● Projektiranje i simulacija kruga operacijskog pojačala

7.1 ● Ključne karakteristike 161
7.2 ● Krugovi operacijskog pojačala 162
7.2.1 ● Invertirajuće pojačalo 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Neinvertirajuće pojačalo 163
7.2.3 ● Praćenje napona 164
7.2.4 ● Pojačalo za zbrajanje napona 165
7.2.5 ● Oduzimač 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 – Invertirajuće pojačalo 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Simulacija 3 – Naponsko integrirano pojačalo 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 krug 185
7.9 ● Sinusoidalni oscilatori . 187
7.9.1 ● Simulacija 8 – Oscilator faznog pomaka 187
7.9.2 ● Simulacija 9 – Oscilator Wien Bridge 189
7.9.3 ● Simulacija 10 – Colpittsov oscilator 192
7.10 ● Generatori kvadratnog vala 194
7.10.1 ● Simulacija 11 – Generator kvadratnog vala operacijskog pojačala 194
7.10.2 ● Simulacija 12 – 555 integrirani krug 196

Poglavlje 8 ● Dizajn i simulacija kruga filtera

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

Poglavlje 9 ● Projektiranje i simulacija digitalnog logičkog sklopa

9.1 ● Digitalna logička simulacija pomoću TINA 212
9.2 ● Simulacija 1 – Jednostavna I vrata 212
9.3 ● Simulacija 2 – Polu zbrajalo pomoću vrata 215
9.4 ● Simulacija 3 – 2-bitni sinkroni brojač 216
9.5 ● Simulacija 4 – 7-segmentni LED zaslon 217
9.6 ● Simulacija 5 – 4-bitni binarni brojač s logičkim indikatorima 218
9.7 ● Simulacija 6 – 4-bitni dekadni brojač sa 7-segmentnim zaslonom 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 prikaz – Korištenje 4-bitnog generatora podataka 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Korištenje jezika za opis hardvera (HDL) 225
9.11.1 ● Korištenje VHDL simulacije u TINA-i za analizu digitalnih sklopova 226
9.11.2 ● Simulacija 10 – krug poluzbrajatelja – VHDL 226
9.11.3 ● Simulacija 11 – Krug brojača – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● Korištenje Verilog simulacije u TINA-i za analizu digitalnih sklopova 235

Poglavlje 10 ● Alat za logički dizajn

Poglavlje 11 ● Simulacija mikrokontrolera

11.1 ● Pregled 246
11.2 ● Korištenje 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 pogrešaka dijagrama 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 pogrešaka ASM koda 256
11.4 ● Korištenje C programiranja 257
11.4.1 ● Simulacija 4 – Brojač – mikrokontroler ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulacija 5 – Semafori – mikrokontroler ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulacija 6 – LCD brojač – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulacija 7 – Sekvencer semafora – PIC mikrokontroler 266
11.4.5 ● Simulacija 8 – Trepereće svjetlo – mikrokontroler STM32 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 s dva heksadecimalna prikaza – ROM memorija . 275

Poglavlje 12 ● Ljestvičasti logički sklopovi

12.1 ● Pregled . 278
12.2 ● Simulacija 1 – Logika ljestvi sa svjetlom i motorom 278
12.3 ● Komponente ljestvičaste logike kao digitalne logičke komponente 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Simulacija 2 – Krug motora za zatvaranje 281
12.4.2 ● Simulacija 3 – upravljanje motorom naprijed/natrag 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Poglavlje 13 ● Krugovi sklopnog napajanja (SMPS)

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

Poglavlje 14 ● Dizajn tiskanih ploča (PCB).

14.1 ● Pregled 293
14.2 ● Projekt sklopa multivibratora bipolarnog tranzistora 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 ● Spremite svoju shemu 297
14.2.6 ● Pokrenite TINA PCB program. 298
14.2.7 ● Gerber datoteka 302
14.2.8 ● GCode NC bušilica 302
14.2.9 ● PCB informacije 303
14.2.10 ● Popis komponenti 303
14.2.11 ● Netlist 304

Poglavlje 15 ● Tehnike dizajna tiskanih pločica

15.1 ● Pregled 307
15.2 ● Stvaranje sabirnica u uređivaču shema i dizajneru PCB-a TINA 307
15.3 ● Više jedinica u istom paketu 310
15.4 ● Napajanje logičkih komponenti 313
15.5 ● Ponavljajući blokovi krugova (pomoću funkcije kopiranja makronaredbe) 316
15.6 ● Stvaranje dvoslojne, dvostrane tehnološke ploče za površinsku montažu 320
15.7 ● Izrada PCB komponenti 325

Poglavlje 16 ● Izrada shematskih simbola i otisaka stopala

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

Poglavlje 17 ● Korištenje TINAClouda

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

Poglavlje 18 ● Drugi korisni alati

18.1 ● Pregled 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Analiza naprezanja (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 ● Fourierov red 365
18.12 ● Fourierov spektar 367
18.13 ● Analiza buke 367
18.14 ● Analiza disipacije snage 369
18.15 ● Tumač 370
18.15.1 ● Primjer 1 – RLC krug 371
18.15.2 ● Primjer 2 – DC krug 373
18.15.3 ● Primjer 3 – AC krug 374
18.15.4 ● Procjena integrala 375
18.15.5 ● Rješavanje linearnog sustava jednadžbi 375
18.15.6 ● Crtanje dijagrama 376
18.15.7 ● Bodeovi dijagrami 377
18.15.8 ● Definicija signala 379
18.15.9 ● Podržane funkcije 381
18.16 ● Istosmjerna analiza temperature 382
18.17 ● Ekstraktor parametara 382
18.18 ● Uređivač konačnog stroja stanja 384

Poglavlje 19 ● Upravitelj knjižnice

Poglavlje 20 ● Nizovi vrata koji se mogu programirati u polju (FPGA)

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

Poglavlje 21 ● Dodatne informacije

21.1 ● TINA web stranica 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Ostali korisni linkovi 434
21.4 ● TINA datoteke pomoći 435
● Epilog 436
● Indeks 437