Simulasi sirkuit dengan TINA Design Suite dan TINACloud

Oleh Prof. Dr. Dogan Ibrahim

Dalam e-book, penulis Elektor terlaris, Prof. Dr. Dogan Ibrahim bertujuan untuk mengajarkan desain dan analisis sirkuit listrik dan elektronik dan mengembangkan papan PCB menggunakan TINA dan TINACloud. Buku ini ditujukan untuk insinyur listrik/elektronik, mahasiswa sarjana teknik elektronik/teknik listrik di perguruan tinggi dan universitas teknik, mahasiswa pascasarjana dan penelitian, guru, dan penghobi. Banyak contoh simulasi yang diuji dan bekerja disediakan yang mencakup sebagian besar bidang teknik listrik/elektronik analog dan digital. Ini termasuk sirkuit AC dan DC, dioda, dioda zener, sirkuit transistor, penguat operasional, diagram tangga, sirkuit 3 fase, induktansi timbal balik, sirkuit penyearah, osilator, sirkuit filter aktif dan pasif, logika digital, VHDL, MCU, mode sakelar catu daya, desain PCB, seri Fourier, dan spektrum. Pembaca tidak perlu memiliki pengalaman pemrograman kecuali mereka ingin mensimulasikan sirkuit MCU yang kompleks.

Daftar Isi:

Bab 1 ● Pendahuluan

1.1 ● Mengapa simulasi? 13
1.2 ● Simulasi elektronik 14
1.3 ● SPICE pemodelan sirkuit elektronik 15
1.4 ● Program TINA 16
1.4.1 ● Pengambilan skematis 17
1.4.2 ● Hidup 3D Breadboard Alat 17
1.4.3 ● Desain PCB 17
1.4.4 ● Pemeriksaan Aturan Kelistrikan (ERC) 17
1.4.5 ● Penyunting Simbol Skematik 18
1.4.6 ● Pengelola Perpustakaan 18
1.4.7 ● Dukungan model IBIS 18
1.4.8 ● Ekstraktor Parameter 18
1.4.9 ● Editor Teks dan Persamaan 18
1.4.10 ● Analisis DC 19
1.4.11 ● Analisis sementara 19
1.4.12 ● Konvergensi otomatis 19
1.4.13 ● Analisis kebisingan transien 19
1.4.14 ● Analisis Fourier 19
1.4.15 ● Simulasi digital 20
1.4.16 ● simulasi HDL 20
1.4.17 ● Simulasi Mikrokontroler (MCU) 20
1.4.18 ● Editor Diagram Alir dan Debugger 20
1.4.19 ● Analisis AC 21
1.4.20 ● Analisis jaringan 21
1.4.21 ● Analisis Kebisingan AC Linear 21
1.4.22 ● Analisis simbolik 21
1.4.23 ● Monte-Carlo dan analisis kasus terburuk 21
1.4.24 ● Alat Desain 21
1.4.25 ● Pengoptimalan 22
1.4.26 ● Pasca-prosesor 22
1.4.27 ● Presentasi 22
1.4.28 ● Mode interaktif 22
1.4.29 ● Instrumen virtual 23
1.4.30 ● Pengujian & Pengukuran Waktu Nyata 23
1.4.31 ● Pelatihan dan Ujian 23
1.4.32 ● Ekstensi Mekatronika 23

Bab 2 ● Versi TINA

2.1 ● Ikhtisar 24
2.2 ● Fitur versi 24
2.3 ● Opsi 27
2.4 ● Perangkat keras tambahan 27
2.4.1 ● LabXplorer: Instrumen Multifungsi Pendidikan dan Pelatihan dengan lokal dan
kemampuan pengukuran jarak jauh 27

Bab 3 ● Prosedur Instalasi TINA

3.1 ● Persyaratan perangkat keras dan perangkat lunak 29
3.2 ● Pemasangan 29
3.3 ● Memasang kunci perangkat keras (dongle) versi TINA 36
3.4 ● Otorisasi versi TINA 37 yang dilindungi perangkat lunak

Bab 4 ● Memulai – Mensimulasikan Rangkaian Sederhana

4.1 ● Editor Skema 38
4.2 ● Simulasi 1 – Resistor seri dan paralel 39
4.3 ● Simulasi 2 – Rangkaian Resistor – Kapasitor 49
4.4 ● Simulasi 3 – Resistor – rangkaian induktor-kapasitor 61
4.5 ● Simulasi 4 – Konsumsi daya – menggunakan meteran listrik 67
4.6 ● Simulasi 5 – Tegangan lintas komponen – menggunakan voltmeter 69
4.7 ● Simulasi 6 – Arus melalui komponen menggunakan Ampere Meter 70
4.8 ● Simulasi 7 – Pengukuran Impedansi menggunakan Pengukur Impedansi 71
4.9 ● Simulasi 8 – Pengukuran resistansi menggunakan Ohmmeter 73
4.10 ● Simulasi 9 – Merencanakan tegangan lintas komponen menggunakan komponen Osiloskop 74
4.11 ● Simulasi 10 – Pengukuran frekuensi menggunakan pengukur frekuensi 78
4.12 ● Simulasi 11 – Analisis rangkaian AC I 79
4.13 ● Simulasi 12 – Analisis rangkaian AC II 82
4.14 ● Simulasi 13 – Analisis rangkaian AC III 84
4.15 ● Simulasi 14 – Teorema Thevenin – Analisis rangkaian AC 86
4.16 ● Simulasi 15 – Teorema Norton – Analisis rangkaian AC 89
4.17 ● Sirkuit 3-Fase 92
4.17.1 ● Simulasi analisis rangkaian terhubung bintang 16 – 3 fasa dengan beban resistif 93
4.17.2 ● Simulasi 17 – analisis rangkaian hubung bintang 3 fasa dengan resistif dan
beban induktif 95
4.18 ● Saling induktansi 98
4.18.1 ● Simulasi 18 – Induktansi bersama 99

Bab 5 ● Desain dan Simulasi Rangkaian Dioda

5.1 ● Simulasi 1 – Rangkaian dioda sederhana 102
5.2 ● Simulasi 2 – Rangkaian penyearah setengah gelombang 103
5.3 ● Simulasi 3 – Rangkaian penyearah setengah gelombang dengan transformator 104
5.4 ● Simulasi 4 – Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan transformator tap-tengah 105
5.5 ● Simulasi 5 – Rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh dengan trafo 107
5.6 ● Simulasi 6 – Rangkaian penjepit dioda 109
5.7 ● Simulasi 7 – Karakteristik Dioda Zener 110
5.8 ● Simulasi 8 – Pengatur tegangan dioda zener 112
5.9 ● Simulasi 9 – Pembatas tegangan simetris dioda zener 113
5.10 ● Simulasi 10 – Rangkaian tripler tegangan 114

Bab 6 ● Desain dan Simulasi Rangkaian Transistor

6.1 ● Simulasi 1 – Karakteristik transistor bipolar 118
6.2 ● Simulasi 2 – Penguat Transistor Common Emitor – Analisis 119
6.3 ● Simulasi 3 – Penguat Transistor Common Emitor – Desain 125
6.4 ● Simulasi 4 – Penguat transistor common emitter multi-tahap – Menggunakan subsirkuit di TINA 127
6.5 ● Netlist 131
6.6 ● Simulasi 5 – Osilator Colpitt transistor BJT 132
6.7 ● Transistor sebagai jaringan dua port 136
6.7.1 ● Parameter h transistor 139
6.8 ● Simulasi 6 – penguat sumber umum transistor JFET 142
6.9 ● Simulasi 7 – Kurva Karakteristik Transistor JFET 146
6.10 ● Simulasi 8 – Sakelar Transistor BJT 147
6.11 ● Thyristor dan triac 149
6.11.1 ● Simulasi 9 – Kontrol fase thyristor 149
6.11.2 ● Simulasi 10 – Kontrol fase triac 151
6.12 ● Amplifier daya audio 153
6.12.1 ● Simulasi 11 – Penguat daya audio Kelas AB 154

Bab 7 ● Desain dan Simulasi Rangkaian Penguat Operasional

7.1 ● Karakteristik utama 161
7.2 ● Rangkaian penguat operasional 162
7.2.1 ● Penguat pembalik 163
7.2.1 ● Penguat pembalik 163
7.2.2 ● Penguat non-pembalik 163
7.2.3 ● Pengikut tegangan 164
7.2.4 ● Penguat penambah tegangan 165
7.2.5 ● Pengurang tegangan 166
7.2.6 ● Pengintegrasi tegangan 167
7.2.7 ● Pembeda tegangan 168
7.2.8 ● Konverter arus ke tegangan 169
7.3 ● Simulasi 1 – Penguat pembalik 171
7.4 ● Simulasi 2 – Penguat penjumlahan 174
7.5 ● Simulasi 3 – Penguat Integrasi Tegangan 175
7.6 ● Simulasi 4 – Rangkaian penyearah setengah gelombang 176
7.7 ● Alat Desain 178
7.7.1 ● Simulasi 5 – Contoh desain 178
7.8 ● Pengoptimalan 180
7.8.1 ● Simulasi 6 – Contoh desain – Sirkuit AC 183
7.8.2 ● Simulasi 7 – Contoh desain – Rangkaian DC 185
7.9 ● Osilator sinusoidal . 187
7.9.1 ● Simulasi 8 – Osilator pergeseran fasa 187
7.9.2 ● Simulasi 9 – Osilator Jembatan Wien 189
7.9.3 ● Simulasi 10 – Osilator Colpitts 192
7.10 ● Generator gelombang kotak 194
7.10.1 ● Simulasi 11 – Penguat operasional generator gelombang persegi 194
7.10.2 ● Simulasi 12 – 555 sirkuit terpadu 196

Bab 8 ● Desain dan Simulasi Rangkaian Filter

8.1 ● Filter TINA 199
8.2 ● Simulasi 1 – Merancang filter aktif low-pass urutan ke-2 201
8.3 ● Simulasi 2 – Merancang filter aktif low-pass orde tinggi 206
8.4 ● Simulasi 3 – Merancang filter aktif high-pass 207
8.5 ● Simulasi 4 – Merancang filter aktif band-pass 209
8.6 ● Simulasi 5 – Merancang filter pasif low-pass 210

Bab 9 ● Desain dan Simulasi Rangkaian Logika Digital

9.1 ● Simulasi logika digital menggunakan TINA 212
9.2 ● Simulasi 1 – Gerbang AND sederhana 212
9.3 ● Simulasi 2 – Half adder menggunakan gerbang 215
9.4 ● Simulasi 3 – pencacah sinkron 2-bit 216
9.5 ● Simulasi 4 – tampilan LED 7-segmen 217
9.6 ● Simulasi 5 – Pencacah biner 4-bit dengan indikator logika 218
9.7 ● Simulasi pencacah dekade 6 – 4 bit dengan tampilan 7 segmen 219
9.8 ● Simulasi 7 – pencacah dekade 8-bit dengan dua tampilan 7-segmen 220
9.9 ● Simulasi 8 – Pencacah dekade 4-bit dan tampilan 7-segmen – Menggunakan Generator Data 4-bit 221
9.10 ● Simulasi 9 – Membuat full adder – menggunakan MACRO 223
9.11 ● Menggunakan Bahasa Deskripsi Perangkat Keras (HDL) 225
9.11.1 ● Menggunakan simulasi VHDL di TINA untuk menganalisis rangkaian digital 226
9.11.2 ● Simulasi 10 – Sirkuit setengah penambah – VHDL 226
9.11.3 ● Simulasi 11 – Rangkaian penghitung – VHDL 230
9.11.4 ● Debugger VHDL 233
9.12 ● Menggunakan simulasi Verilog di TINA untuk menganalisis sirkuit digital 235

Bab 10 ● Alat Desain Logika

Bab 11 ● Mensimulasikan Mikrokontroler

11.1 ● Ikhtisar 246
11.2 ● Menggunakan editor Flowchart 246
11.2.1 ● Simulasi 1 – 2 LED berkedip bergantian – Mikrokontroler seri PIC 246
11.2.2 ● Simulasi 2 – Pencacah Naik/Turun 4-bit dengan tampilan hex – Mikrokontroler seri PIC 249
11.2.3 ● Proses debug diagram alir 252
11.3 ● Menggunakan pemrograman rakitan 253
11.3.1 ● Simulasi 3 – Penghitung – Mikrokontroler seri PIC 253
11.3.2 ● Memodifikasi kode asm 255
11.3.3 ● Men-debug kode ASM 256
11.4 ● Menggunakan Pemrograman C 257
11.4.1 ● Simulasi 4 – Penghitung – mikrokontroler ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulasi 5 – Lampu Lalu Lintas – Mikrokontroler ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulasi 6 – Penghitung LCD – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulasi 7 – Pengurut lampu lalu lintas– Mikrokontroler PIC 266
11.4.5 ● Simulasi 8 – Lampu berkedip – Mikrokontroler STM32 268
11.5 ● Perangkat memori 272
11.5.1 ● Simulasi 9 – pengganda digital 2-bit x 2-bit – memori ROM . 272
11.5.2 ● Simulasi 10 – Pencacah biner 4-bit dengan dua tampilan hex – Memori ROM . 275

Bab 12 ● Rangkaian Logika Tangga

12.1 ● Ikhtisar . 278
12.2 ● Simulasi 1 – Ladder logic dengan lampu dan motor 278
12.3 ● Komponen logika tangga sebagai komponen logika digital 279
12.4 ● Sirkuit pengunci 281
12.4.1 ● Simulasi 2 – Sirkuit motor pengunci 281
12.4.2 ● Simulasi 3 – Kontrol motor maju/mundur 283
12.4.3 ● Simulasi 4 – Pengontrol sabuk konveyor 284

Bab 13 ● Sirkuit Catu Daya Mode Pengalihan (SMPS)

13.1 ● Ikhtisar . 286
13.2 ● Simulasi 1 – TPS61031 Sirkuit SMPS 286

Bab 14 ● Desain Papan Sirkuit Cetak (PCB).

14.1 ● Ikhtisar 293
14.2 ● Proyek rangkaian multivibrator transistor bipolar 293
14.2.1 ● Desain 294
14.2.2 ● Simulasi 294
14.2.3 ● Periksa nama footprint 295
14.2.4 ● Analisis tekanan 297
14.2.5 ● Simpan skema Anda 297
14.2.6 ● Memulai program TINA PCB . 298
14.2.7 ● Berkas Gerber 302
14.2.8 ● File bor GCode NC 302
14.2.9 ● Informasi PCB 303
14.2.10 ● Daftar komponen 303
14.2.11 ● Daftar Net 304

Bab 15 ● Teknik Desain PCB

15.1 ● Ikhtisar 307
15.2 ● Membuat Bus di Editor Skema dan Perancang PCB TINA 307
15.3 ● Beberapa unit dalam paket yang sama 310
15.4 ● Catu daya komponen logika 313
15.5 ● Mengulang blok sirkuit (menggunakan fungsi Copy Macro) 316
15.6 ● Membuat Board Teknologi Dua Lapis, Dua Sisi, Pemasangan di Permukaan 320
15.7 ● Membuat komponen PCB 325

Bab 16 ● Membuat Skema Simbol dan Jejak Kaki

16.1 ● Ikhtisar 328
16.2 ● Contoh 328
16.3 ● Menggunakan wizard IC di editor Simbol Skematik 332
16.4 ● Menggunakan editor Footprint 335
16.5 ● IC Wizard di Footprint Editor 339
16.5.1 ● Contoh desain 340
16.6 ● Menambahkan Jejak PCB Publik ke TINA 343
16.7 ● Menambahkan model Jejak 3D Publik ke TINA 346

Bab 17 ● Menggunakan TINACloud

17.1 ● Ikhtisar 348
17.2 ● Mulai menggunakan TINACloud 349
17.3 ● Contoh simulasi 350
17.4 ● Contoh desain PCB 355
17.5 ● Membagikan skema TINA Anda 357

Bab 18 ● Alat Berguna Lainnya

18.1 ● Ikhtisar 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Analisis Stres (Asap) 360
18.4 ● Pemeriksaan Aturan Kelistrikan (ERC) 362
18.5 ● Monitor seri 362
18.6 ● Penjelajah komponen 362
18.7 ● Temukan komponen 363
18.8 ● Proteksi sirkuit 364
18.9 ● Ekspor 365
18.10 ● Impor 365
18.11 ● Deret Fourier 365
18.12 ● Spektrum Fourier 367
18.13 ● Analisis kebisingan 367
18.14 ● Analisis disipasi daya 369
18.15 ● Penerjemah 370
18.15.1 ● Contoh 1 – Sirkuit RLC 371
18.15.2 ● Contoh 2 – Sirkuit DC 373
18.15.3 ● Contoh 3 – Sirkuit AC 374
18.15.4 ● Mengevaluasi Integral 375
18.15.5 ● Memecahkan sistem persamaan linear 375
18.15.6 ● Menggambar diagram 376
18.15.7 ● Diagram Bode 377
18.15.8 ● Definisi sinyal 379
18.15.9 ● Fungsi yang didukung 381
18.16 ● Analisis Suhu DC 382
18.17 ● Ekstraktor parameter 382
18.18 ● Editor Mesin Status Hingga 384

Bab 19 ● Manajer Perpustakaan

Bab 20 ● Field-Programmable Gate Arrays (FPGA)

20.1 ● Ikhtisar 391
20.2 ● Memprogram Papan FPGA dengan Entri Desain Skematik menggunakan TINA – Contoh 1
391
20.3 ● Memprogram Papan FPGA dengan Entri Desain Skematik menggunakan TINA – Contoh 2
400
20.4 ● Memprogram Papan FPGA dalam VHDL dengan TINA 404
20.5 ● Memprogram Papan FPGA di Verilog dengan TINACloud 407
20.6 ● Menyimpan program dalam memori non-volatile papan Basys 3 411
20.7 ● Penghitung detik pada papan Basys 7 FPGA 4-segmen 3-segmen menggunakan TINA dengan
VHDL 415
20.8 ● Penghitung tombol tekan pada papan FPGA Basys 7 4-digit 3-segmen menggunakan TINA dengan
VHDL 428

Bab 21 ● Informasi Tambahan

21.1 ● Situs web TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Tautan bermanfaat lainnya 434
21.4 ● File Bantuan TINA 435
● Epilog 436
● Indeks 437