Grandinės modeliavimas naudojant TINA Design Suite ir TINACloud

Prof. dr. Doganas Ibrahimas

Šiuo e-knyga, geriausiai parduodamas Elektor autorius, prof. dr. Doganas Ibrahimas, siekia išmokyti projektuoti ir analizuoti elektros ir elektronines grandines bei kurti PCB plokštes naudojant TINA ir TINACloud. Knyga skirta elektros/elektronikos inžinieriams, bakalauro laipsnio elektronikos/elektrotechnikos studentams technikos kolegijose ir universitetuose, magistrantūros ir mokslinių tyrimų studentams, mokytojams ir mėgėjams. Pateikta daug išbandytų ir veikiančių modeliavimo pavyzdžių, apimančių daugumą analoginės ir skaitmeninės elektros/elektronikos inžinerijos sričių. Tai kintamosios srovės ir nuolatinės srovės grandinės, diodai, zenerio diodai, tranzistorių grandinės, operaciniai stiprintuvai, kopėčių diagramos, 3 fazės grandinės, abipusis induktyvumas, lygintuvo grandinės, generatoriai, aktyviosios ir pasyviosios filtrų grandinės, skaitmeninė logika, VHDL, MCU, perjungimo režimas maitinimo šaltiniai, PCB dizainas, Furjė serija ir spektras. Skaitytojams nereikia turėti jokios programavimo patirties, nebent jie nori imituoti sudėtingas MCU grandines.

Turinys:

Skyrius 1 ● Įvadas

1.1 ● Kodėl modeliavimas? 13
1.2 ● Elektroninis modeliavimas 14
1.3 ● SPICE elektroninių grandinių modeliavimas 15
1.4 ● TINA programa 16
1.4.1 ● Scheminis fiksavimas 17
1.4.2 ● Tiesioginis 3D vaizdas Breadboard Įrankis 17
1.4.3 ● PCB dizainas 17
1.4.4 ● Elektros taisyklių patikrinimas (ERC) 17
1.4.5 ● 18 schemų simbolių rengyklė
1.4.6 ● Bibliotekos vadovas 18
1.4.7 ● IBIS modelio palaikymas 18
1.4.8 ● 18 parametrų ištraukiklis
1.4.9 ● 18 teksto ir lygčių rengyklė
1.4.10 ● Nuolatinės srovės analizė 19
1.4.11 ● Laikinoji analizė 19
1.4.12 ● Automatinė konvergencija 19
1.4.13 ● Laikinojo triukšmo analizė 19
1.4.14 ● Furjė analizė 19
1.4.15 ● Skaitmeninis modeliavimas 20
1.4.16 ● HDL modeliavimas 20
1.4.17 ● Mikrovaldiklio (MCU) modeliavimas 20
1.4.18 ● Struktūrinės schemos rengyklė ir derinimo priemonė 20
1.4.19 ● AC analizė 21
1.4.20 ● Tinklo analizė 21
1.4.21 ● Linijinė kintamosios srovės triukšmo analizė 21
1.4.22 ● Simbolinė analizė 21
1.4.23 ● Monte Karlas ir blogiausio atvejo analizė 21
1.4.24 ● 21 projektavimo įrankis
1.4.25 ● Optimizavimas 22
1.4.26 ● 22 postprocesorius
1.4.27 ● 22 pristatymas
1.4.28 ● 22 interaktyvusis režimas
1.4.29 ● Virtualūs instrumentai 23
1.4.30 ● Tikrasis laikas ir matavimai 23
1.4.31 ● Mokymas ir egzaminas 23
1.4.32 ● 23 mechatronikos plėtinys

2 skyrius ● TINA versijos

2.1 ● 24 apžvalga
2.2 ● 24 versijos funkcijos
2.3 ● 27 parinktys
2.4 ● Papildoma aparatinė įranga 27
2.4.1 ● LabXplorer: daugiafunkcė švietimo ir mokymo priemonė su vietos ir
nuotolinio matavimo galimybės 27

3 skyrius ● TINA diegimo procedūra

3.1 ● Aparatinės ir programinės įrangos reikalavimai 29
3.2 ● Montavimas 29
3.3 ● TINA 36 aparatinės įrangos rakto (rakto) versijos įdiegimas
3.4 ● Programine įranga apsaugotos TINA 37 versijos autorizacija

4 skyrius ● Darbo pradžia – paprastų grandinių modeliavimas

4.1 ● Scheminis redaktorius 38
4.2 ● 1 modeliavimas – serijiniai ir lygiagretieji rezistoriai 39
4.3 ● 2 modeliavimas – rezistorius – kondensatoriaus grandinė 49
4.4 ● 3 modeliavimas – rezistorius – induktoriaus-kondensatoriaus grandinė 61
4.5 ● 4 modeliavimas – energijos suvartojimas – naudojant galios matuoklį 67
4.6 ● 5 modeliavimas – įtampa tarp komponentų – naudojant voltmetrus 69
4.7 ● 6 modeliavimas – srovė per komponentus, naudojant ampermetrus 70
4.8 ● 7 modeliavimas – varžos matavimas naudojant varžos matuoklį 71
4.9 ● 8 modeliavimas – varžos matavimas naudojant Ohmmeter 73
4.10 ● 9 modeliavimas – komponentų įtampos braižymas naudojant osciloskopo komponentą 74
4.11 ● 10 modeliavimas – dažnio matavimas naudojant dažnio matuoklį 78
4.12 ● 11 modeliavimas – kintamosios srovės grandinės analizė I 79
4.13 ● 12 modeliavimas – kintamosios srovės grandinės analizė II 82
4.14 ● 13 modeliavimas – kintamosios srovės grandinės analizė III 84
4.15 ● 14 modeliavimas – Thevenino teorema – kintamosios srovės grandinės analizė 86
4.16 ● 15 modeliavimas – Nortono teorema – kintamosios srovės grandinės analizė 89
4.17 ● 3 fazės grandinės 92
4.17.1 ● 16 modeliavimas – 3 fazių žvaigždės prijungimo grandinės analizė su varžine apkrova 93
4.17.2 ● Modeliavimas 17 – 3 fazių žvaigždės prijungtos grandinės analizė su varžine ir
indukcinė apkrova 95
4.18 ● Abipusis induktyvumas 98
4.18.1 ● 18 modeliavimas – abipusis induktyvumas 99

5 skyrius ● Diodų grandinės projektavimas ir modeliavimas

5.1 ● 1 modeliavimas – paprasta diodo grandinė 102
5.2 ● 2 modeliavimas – 103 pusės bangos lygintuvo grandinė
5.3 ● 3 modeliavimas – pusės bangos lygintuvo grandinė su transformatoriumi 104
5.4 ● 4 modeliavimas – visos bangos lygintuvo grandinė su centriniu srieginiu transformatoriumi 105
5.5 ● 5 modeliavimas – visos bangos tilto lygintuvo grandinė su transformatoriumi 107
5.6 ● 6 modeliavimas – 109 diodų gnybtų grandinė
5.7 ● 7 modeliavimas – Zenerio diodo charakteristikos 110
5.8 ● 8 modeliavimas – Zenerio diodo įtampos reguliatorius 112
5.9 ● 9 modeliavimas – Zenerio diodo simetrinis įtampos ribotuvas 113
5.10 ● 10 modeliavimas – 114 įtampos trigubos grandinė

6 skyrius ● Tranzistorių grandinės projektavimas ir modeliavimas

6.1 ● 1 modeliavimas – dvipolio tranzistoriaus charakteristikos 118
6.2 ● 2 modeliavimas – bendro emiterio tranzistoriaus stiprintuvas – 119 analizė
6.3 ● 3 modeliavimas – bendro emiterio tranzistoriaus stiprintuvas – 125 dizainas
6.4 ● 4 modeliavimas – daugiapakopis bendro emiterio tranzistoriaus stiprintuvas – TINA 127 antrinių grandinių naudojimas
6.5 ● Netlist 131
6.6 ● 5 modeliavimas – BJT tranzistorius Colpitts generatorius 132
6.7 ● Tranzistorius kaip dviejų prievadų tinklas 136
6.7.1 ● Tranzistoriaus h parametrai 139
6.8 ● 6 modeliavimas – JFET tranzistoriaus bendrojo šaltinio stiprintuvas 142
6.9 ● 7 modeliavimas – JFET tranzistoriaus charakteristikų kreivės 146
6.10 ● 8 modeliavimas – BJT tranzistoriaus jungiklis 147
6.11 ● Tiristoriai ir triacai 149
6.11.1 ● 9 modeliavimas – tiristoriaus fazės valdymas 149
6.11.2 ● 10 modeliavimas – 151 triakcinės fazės valdymas
6.12 ● Garso galios stiprintuvai 153
6.12.1 ● 11 modeliavimas – AB klasės garso galios stiprintuvas 154

7 skyrius ● Operacinio stiprintuvo grandinės projektavimas ir modeliavimas

7.1 ● Pagrindinės charakteristikos 161
7.2 ● Operacinio stiprintuvo grandinės 162
7.2.1 ● Invertuojantis stiprintuvas 163
7.2.1 ● Invertuojantis stiprintuvas 163
7.2.2 ● Neinvertuojantis stiprintuvas 163
7.2.3 ● Įtampos matuoklis 164
7.2.4 ● Įtampos didintuvo stiprintuvas 165
7.2.5 ● Įtampos atimtuvas 166
7.2.6 ● Įtampos integratorius 167
7.2.7 ● Įtampos diferenciatorius 168
7.2.8 ● Srovės ir įtampos keitiklis 169
7.3 ● 1 modeliavimas – 171 invertuojantis stiprintuvas
7.4 ● 2 modeliavimas – 174 sumavimo stiprintuvas
7.5 ● 3 modeliavimas – įtampą integruojantis stiprintuvas 175
7.6 ● 4 modeliavimas – 176 pusės bangos lygintuvo grandinė
7.7 ● Dizaino įrankis 178
7.7.1 ● 5 modeliavimas – 178 dizaino pavyzdys
7.8 ● Optimizavimas 180
7.8.1 ● 6 modeliavimas – projektavimo pavyzdys – 183 kintamosios srovės grandinė
7.8.2 ● 7 modeliavimas – projektavimo pavyzdys – 185 nuolatinės srovės grandinė
7.9 ● Sinusoidiniai osciliatoriai . 187
7.9.1 ● 8 modeliavimas – 187 fazės poslinkio generatorius
7.9.2 ● 9 modeliavimas – Wien Bridge osciliatorius 189
7.9.3 ● 10 modeliavimas – „Colpitts“ osciliatorius 192
7.10 ● Kvadratinių bangų generatoriai 194
7.10.1 ● 11 modeliavimas – operacinio stiprintuvo kvadratinių bangų generatorius 194
7.10.2 ● 12 modeliavimas – 555 integrinis grandynas 196

8 skyrius ● Filtro grandinės projektavimas ir modeliavimas

8.1 ● TINA filtrai 199
8.2 ● 1 modeliavimas – 2 eilės žemo dažnio aktyviojo filtro projektavimas 201
8.3 ● 2 modeliavimas – aukštesnio lygio žemo dažnio aktyviojo filtro projektavimas 206
8.4 ● 3 modeliavimas – aukšto dažnio aktyviojo filtro projektavimas 207
8.5 ● 4 modeliavimas – aktyvaus dažnių juostos pralaidumo filtro projektavimas 209
8.6 ● 5 modeliavimas – žemo dažnio pasyvaus filtro projektavimas 210

9 skyrius ● Skaitmeninės loginės grandinės projektavimas ir modeliavimas

9.1 ● Skaitmeninis loginis modeliavimas naudojant TINA 212
9.2 ● 1 modeliavimas – paprastas IR vartai 212
9.3 ● 2 modeliavimas – pusiau sumatorius naudojant 215 vartus
9.4 ● 3 modeliavimas – 2 bitų sinchroninis skaitiklis 216
9.5 ● 4 modeliavimas – 7 segmentų LED ekranas 217
9.6 ● 5 modeliavimas – 4 bitų dvejetainis skaitiklis su loginiais indikatoriais 218
9.7 ● 6 modeliavimo – 4 bitų dešimtmečio skaitiklis su 7 segmentų ekranu 219
9.8 ● 7 modeliavimo – 8 bitų dešimtmečio skaitiklis su dviem 7 segmentų ekranais 220
9.9 ● 8 modeliavimas – 4 bitų dešimtmečio skaitiklis ir 7 segmentų ekranas – naudojant 4 bitų duomenų generatorių 221
9.10 ● 9 modeliavimas – viso papildiklio kūrimas – naudojant MACRO 223
9.11 ● Aparatūros aprašo kalbų (DTL) naudojimas 225
9.11.1 ● Naudojant VHDL modeliavimą TINA skaitmeninėms grandinėms analizuoti 226
9.11.2 ● 10 modeliavimas – pusės sumatoriaus grandinė – VHDL 226
9.11.3 ● 11 modeliavimas – skaitiklio grandinė – VHDL 230
9.11.4 ● VHDL Debugger 233
9.12 ● Verilog modeliavimo naudojimas TINA skaitmeninėms grandinėms analizuoti 235

10 skyrius ● Loginio projektavimo įrankis

11 skyrius ● Mikrovaldiklių modeliavimas

11.1 ● 246 apžvalga
11.2 ● Struktūrinės diagramos rengyklės naudojimas 246
11.2.1 ● 1 modeliavimas – pakaitomis mirksi 2 šviesos diodai – PIC serijos mikrovaldiklis 246
11.2.2 ● 2 modeliavimas – 4 bitų aukštyn/žemyn skaitiklis su šešiabriauniu ekranu – PIC serijos mikrovaldiklis 249
11.2.3 ● Struktūrinės schemos derinimas 252
11.3 ● Surinkimo programavimo naudojimas 253
11.3.1 ● 3 modeliavimas – skaitiklis – PIC serijos mikrovaldiklis 253
11.3.2 ● Asm kodo 255 keitimas
11.3.3 ● ASM kodo 256 derinimas
11.4 ● C programavimo naudojimas 257
11.4.1 ● 4 modeliavimas – skaitiklis – ATTINY13 mikrovaldiklis 258
11.4.2 ● 5 modeliavimas – šviesoforai – ATTINY13 mikrovaldiklis 261
11.4.3 ● 6 modeliavimas – LCD skaitiklis – Arduino Uno 263
11.4.4 ● 7 modeliavimas – šviesoforų sekvenavimo priemonė – PIC mikrovaldiklis 266
11.4.5 ● 8 modeliavimas – mirksi lemputė – STM32 mikrovaldiklis 268
11.5 ● Atminties įrenginiai 272
11.5.1 ● Modeliavimas 9 – 2 bitų x 2 bitų skaitmeninis daugiklis – ROM atmintis . 272
11.5.2 ● Simuliacinis 10 – 4 bitų dvejetainis skaitiklis su dviem šešioliktainiais ekranais – ROM atmintis . 275

12 skyrius ● Kopėčių loginės grandinės

12.1 ● Apžvalga . 278
12.2 ● 1 modeliavimas – kopėčių logika su šviesa ir varikliu 278
12.3 ● Kopėčių loginiai komponentai kaip skaitmeninės logikos komponentai 279
12.4 ● Užfiksavimo grandinė 281
12.4.1 ● 2 modeliavimas – 281 fiksavimo variklio grandinė
12.4.2 ● 3 modeliavimas – variklio valdymas pirmyn/atgal 283
12.4.3 ● 4 modeliavimas – konvejerio juostos valdiklis 284

13 skyrius ● Perjungimo režimo maitinimo grandinės (SMPS)

13.1 ● Apžvalga . 286
13.2 ● 1 modeliavimas – TPS61031 SMPS grandinė 286

14 skyrius ● Spausdintinės plokštės (PCB) dizainas

14.1 ● 293 apžvalga
14.2 ● Dvipolio tranzistoriaus multivibratoriaus grandinės projektas 293
14.2.1 ● 294 dizainas
14.2.2 ● 294 modeliavimas
14.2.3 ● Patikrinkite pėdsakų pavadinimus 295
14.2.4 ● Streso analizė 297
14.2.5 ● Išsaugokite schemą 297
14.2.6 ● Paleisti TINA PCB programą . 298
14.2.7 ● Gerber failas 302
14.2.8 ● GCode NC gręžimo failas 302
14.2.9 ● PCB informacija 303
14.2.10 ● 303 komponentų sąrašas
14.2.11 ● Netlist 304

15 skyrius ● PCB projektavimo metodai

15.1 ● 307 apžvalga
15.2 ● Magistralių kūrimas naudojant TINA 307 schemų rengyklę ir PCB dizainerį
15.3 ● Keli vienetai toje pačioje pakuotėje 310
15.4 ● Loginių komponentų maitinimas 313
15.5 ● Grandinių blokų kartojimas (naudojant makrokomandos kopijavimo funkciją) 316
15.6 ● Dvisluoksnės, dvipusės, ant paviršiaus montuojamos technologijos plokštės 320 sukūrimas
15.7 ● PCB komponentų kūrimas 325

16 skyrius ● Scheminių simbolių ir pėdsakų kūrimas

16.1 ● 328 apžvalga
16.2 ● 328 pavyzdys
16.3 ● IC vedlio naudojimas schemų simbolių rengyklėje 332
16.4 ● Pėdsakų rengyklės 335 naudojimas
16.5 ● IC vedlys Footprint Editor 339
16.5.1 ● 340 dizaino pavyzdys
16.6 ● Viešųjų PCB pėdsakų įtraukimas į TINA 343
16.7 ● Viešųjų 3D pėdsakų modelių įtraukimas į TINA 346

17 skyrius ● TINACloud naudojimas

17.1 ● 348 apžvalga
17.2 ● Pradedama naudoti TINACloud 349
17.3 ● 350 modeliavimo pavyzdys
17.4 ● 355 PCB dizaino pavyzdys
17.5 ● TINA schemos 357 bendrinimas

18 skyrius ● Kiti naudingi įrankiai

18.1 ● 359 apžvalga
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Streso (dūmų) analizė 360
18.4 ● Elektros taisyklių patikrinimas (ERC) 362
18.5 ● Serijinis monitorius 362
18.6 ● Komponentų naršyklė 362
18.7 ● Raskite 363 komponentą
18.8 ● Apsaugokite grandinę 364
18.9 ● Eksportuoti 365
18.10 ● Importuoti 365
18.11 ● Furjė serija 365
18.12 ● Furjė spektras 367
18.13 ● Triukšmo analizė 367
18.14 ● Galios sklaidos analizė 369
18.15 ● Vertėjas 370
18.15.1 ● 1 pavyzdys – RLC grandinė 371
18.15.2 ● 2 pavyzdys – 373 nuolatinės srovės grandinė
18.15.3 ● 3 pavyzdys – 374 kintamosios srovės grandinė
18.15.4 ● Integralų vertinimas 375
18.15.5 ● Tiesinės lygčių sistemos 375 sprendimas
18.15.6 ● Diagramų braižymas 376
18.15.7 ● Bodo diagramos 377
18.15.8 ● Signalo apibrėžimas 379
18.15.9 ● Palaikomos funkcijos 381
18.16 ● DC temperatūros analizė 382
18.17 ● Parametrų ištraukiklis 382
18.18 ● Baigtinės būsenos mašinos redaktorius 384

19 skyrius ● Bibliotekos tvarkyklė

20 skyrius ● Lauke programuojamų vartų matricos (FPGA)

20.1 ● 391 apžvalga
20.2 ● FPGA plokščių programavimas su scheminiu projektavimo įrašu naudojant TINA – 1 pavyzdys
391
20.3 ● FPGA plokščių programavimas su scheminiu projektavimo įrašu naudojant TINA – 2 pavyzdys
400
20.4 ● FPGA plokščių programavimas VHDL su TINA 404
20.5 ● FPGA plokščių programavimas Verilog su TINACloud 407
20.6 ● Programos saugojimas Basys 3 plokštės 411 nuolatinėje atmintyje
20.7 ● Sekundžių skaitiklis 7 segmentų 4 skaitmenų Basys 3 FPGA plokštėje naudojant TINA su
VHDL 415
20.8 ● Mygtukų skaitiklis 7 segmentų 4 skaitmenų Basys 3 FPGA plokštėje naudojant TINA su
VHDL 428

21 skyrius ● Papildoma informacija

21.1 ● TINA svetainė 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Kitos naudingos nuorodos 434
21.4 ● TINA žinyno failai 435
● Epilogas 436
● 437 rodyklė