Ķēdes simulācija ar TINA Design Suite un TINACloud

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

Šajā e-grāmata, visvairāk pārdotais Elektor autors, prof. Dr Dogan Ibrahim mērķis ir mācīt elektrisko un elektronisko shēmu projektēšanu un analīzi un izstrādāt PCB plates, izmantojot gan TINA, gan TINACloud. Grāmata ir paredzēta elektrotehnikas/elektronikas inženieriem, tehnikas koledžu un universitāšu elektronikas/elektrotehnikas bakalaura studentiem, maģistrantiem un pētniekiem, skolotājiem un hobijiem. Ir sniegti daudzi pārbaudīti un funkcionējoši simulācijas piemēri, kas aptver lielāko daļu analogās un digitālās elektrotehnikas/elektronikas inženierijas jomu. Tie ietver maiņstrāvas un līdzstrāvas shēmas, diodes, zenera diodes, tranzistoru shēmas, darbības pastiprinātājus, kāpņu diagrammas, 3 fāžu shēmas, savstarpējo induktivitāti, taisngriežu shēmas, oscilatorus, aktīvās un pasīvās filtru shēmas, digitālo loģiku, VHDL, MCU, slēdža režīmus. barošanas avoti, PCB dizains, Furjē sērija un spektrs. Lasītājiem nav nepieciešama programmēšanas pieredze, ja vien viņi nevēlas simulēt sarežģītas MCU shēmas.

Satura rādītājs:

Nodaļa 1 ● Ievads

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Elektroniskā simulācija 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● Programma TINA 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● Tiešraides 3D Breadboard Tool 17
1.4.3 ● PCB dizains 17
1.4.4. ● Elektrisko noteikumu pārbaude (ERC) 17
1.4.5. ● Shematisko simbolu redaktors 18
1.4.6. ● Bibliotēkas pārvaldnieks 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Teksta un vienādojumu redaktors 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11. ● Pārejoša analīze 19
1.4.12. ● Automātiskā konverģence 19
1.4.13. ● Pārejoša trokšņa analīze 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16. ● ABL simulācija 20
1.4.17 ● Mikrokontrollera (MCU) simulācija 20
1.4.18 ● Blokshēmas redaktors un atkļūdotājs 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22. ● Simboliskā analīze 21
1.4.23. ● Montekarlo un sliktākā gadījuma analīze 21
1.4.24 ● Dizaina rīks 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● 22. pēcprocesors
1.4.27. ● 22. prezentācija
1.4.28 ● Interaktīvais režīms 22
1.4.29 ● Virtuālie instrumenti 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31. ● Apmācība un eksāmens 23
1.4.32 ● Mehatronikas paplašinājums 23

2. nodaļa ● TINA versijas

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Versijas līdzekļi 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: daudzfunkcionāls instruments izglītībai un apmācībai ar vietējo un
attālās mērīšanas iespējas 27

3. nodaļa ● TINA uzstādīšanas procedūra

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Uzstādīšana 29
3.3 ● TINA 36 aparatūras atslēgas (sargspraudņa) versijas instalēšana
3.4 ● TINA 37 programmatūras aizsargātās versijas autorizācija

4. nodaļa ● Darba sākšana — vienkāršu shēmu simulēšana

4.1. ● Shematiskais redaktors 38
4.2 ● 1. simulācija — sērijas un paralēlie rezistori 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● 3. simulācija – rezistors – induktors-kondensators 61. ķēde
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● 5. simulācija — Spriegums starp komponentiem — izmantojot voltmetrus 69
4.7. ● 6. simulācija — strāva caur komponentiem, izmantojot ampērmērītājus 70
4.8. ● 7. simulācija — pretestības mērīšana, izmantojot pretestības mērītāju 71
4.9 ● 8. simulācija — pretestības mērīšana, izmantojot ommetru 73
4.10. ● 9. simulācija — sprieguma attēlošana starp komponentiem, izmantojot osciloskopa komponentu 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13. ● 12. simulācija — maiņstrāvas ķēdes analīze II 82
4.14 ● 13. simulācija — maiņstrāvas ķēdes analīze III 84
4.15. ● 14. simulācija — Tevenina teorēma — maiņstrāvas ķēdes analīze 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● Trīsfāzu ķēdes 3
4.17.1. ● Simulācija 16 — 3 fāzu zvaigzne savienotas ķēdes analīze ar pretestības slodzi 93
4.17.2 ● Simulācija 17 – 3 fāzu zvaigzne pieslēgta ķēdes analīze ar pretestības un
induktīvā slodze 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1. ● 18. simulācija — savstarpējā induktivitāte 99

5. nodaļa ● Diodes shēmas projektēšana un simulācija

5.1 ● 1. simulācija — vienkārša diodes ķēde 102
5.2 ● 2. simulācija – pusviļņu taisngrieža ķēde 103
5.3. ● 3. simulācija – pusviļņu taisngrieža ķēde ar transformatoru 104
5.4. ● 4. simulācija — pilna viļņa taisngrieža ķēde ar centrmezglu transformatoru 105
5.5 ● 5. simulācija — pilna viļņa tilta taisngrieža ķēde ar transformatoru 107
5.6. ● 6. simulācija — diodes skavas ķēde 109
5.7. ● 7. simulācija — Zenera diodes raksturlielumi 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10. ● 10. simulācija — sprieguma trīskāršotāja ķēde 114

6. nodaļa ● Tranzistoru shēmas projektēšana un simulācija

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 ● 4. simulācija — daudzpakāpju kopējā emitētāja tranzistora pastiprinātājs — TINA 127 apakšshēmu izmantošana
6.5 ● The Netlist 131
6.6. ● 5. simulācija — BJT tranzistors Colpitts oscilators 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8. ● 6. simulācija — JFET tranzistora kopējā avota pastiprinātājs 142
6.9 ● 7. simulācija – JFET tranzistora raksturlīknes 146
6.10 ● 8. simulācija – BJT tranzistora slēdzis 147
6.11 ● Tiristori un triaki 149
6.11.1. ● 9. simulācija — tiristora fāzes vadība 149
6.11.2. ● 10. simulācija — triac fāzes vadība 151
6.12 ● Audio jaudas pastiprinātāji 153
6.12.1. ● 11. simulācija — AB klases audio jaudas pastiprinātājs 154

7. nodaļa ● Operacionālā pastiprinātāja shēmas projektēšana un simulācija

7.1. ● Galvenie raksturlielumi 161
7.2 ● Operacionālā pastiprinātāja shēmas 162
7.2.1. ● Invertējošais pastiprinātājs 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2. ● Neinvertējošs pastiprinātājs 163
7.2.3. ● Sprieguma sekotājs 164
7.2.4. ● Sprieguma pastiprinātāja pastiprinātājs 165
7.2.5 ● Sprieguma atņemtājs 166
7.2.6. ● Sprieguma integrators 167
7.2.7 ● Sprieguma diferenciators 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3. ● 1. simulācija — 171. invertējošais pastiprinātājs
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● 3. simulācija — sprieguma integrējošais pastiprinātājs 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7. ● Dizaina rīks 178
7.7.1. ● 5. simulācija — 178. dizaina piemērs
7.8 ● Optimizācija 180
7.8.1. ● 6. simulācija — konstrukcijas piemērs — maiņstrāvas ķēde 183
7.8.2. ● 7. simulācija — konstrukcijas piemērs — līdzstrāvas ķēde 185
7.9 ● Sinusoidālie oscilatori . 187
7.9.1. ● 8. simulācija — fāzes nobīdes oscilators 187
7.9.2. ● 9. simulācija — Vīnes tilta oscilators 189
7.9.3. ● 10. simulācija — Kolpita oscilators 192
7.10 ● Kvadrātviļņu ģeneratori 194
7.10.1. ● 11. simulācija — darbības pastiprinātāja kvadrātviļņu ģenerators 194
7.10.2 ● Simulācija 12 – 555 integrālā shēma 196

8. nodaļa ● Filtra shēmas projektēšana un simulācija

8.1 ● TINA filtri 199
8.2. ● 1. simulācija — otrās kārtas zemas caurlaidības aktīvā filtra projektēšana 2
8.3. ● 2. simulācija — augstākas pakāpes zemas caurlaidības aktīvā filtra projektēšana 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● 4. simulācija — joslas caurlaides aktīvā filtra projektēšana 209
8.6. ● 5. simulācija – zemas caurlaidības pasīvā filtra projektēšana 210

9. nodaļa ● Digitālās loģiskās shēmas projektēšana un simulācija

9.1 ● Digitālā loģiskā simulācija, izmantojot TINA 212
9.2. ● 1. simulācija — vienkāršie UN vārti 212
9.3 ● 2. simulācija — pussumma, izmantojot vārtus 215
9.4. ● 3. simulācija — 2 bitu sinhronais skaitītājs 216
9.5 ● Simulācija 4 – 7 segmentu LED displejs 217
9.6 ● Simulācija 5 – 4 bitu binārais skaitītājs ar loģiskiem indikatoriem 218
9.7 ● Simulācijas 6 — 4 bitu desmitgades skaitītājs ar 7 segmentu displeju 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9. ● Simulācija 8 — 4 bitu desmitgades skaitītājs un 7 segmentu displejs — izmantojot 4 bitu datu ģeneratoru 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11. ● Aparatūras apraksta valodu (HDL) izmantošana 225
9.11.1. ● VHDL simulācijas izmantošana TINA, lai analizētu digitālās shēmas 226
9.11.2. ● 10. simulācija — pussummas shēma — VHDL 226
9.11.3. ● 11. simulācija — skaitītāja ķēde — VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12. ● Verilog simulācijas izmantošana TINA, lai analizētu digitālās shēmas 235

10. nodaļa ● Logic Design Tool

11. nodaļa ● Mikrokontrolleru simulēšana

11.1. ● Pārskats 246
11.2 ● Blokshēmas redaktora 246 izmantošana
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. ● Blokshēmas atkļūdošana 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● Asm koda 255 modificēšana
11.3.3. ● ASM koda 256 atkļūdošana
11.4 ● C programmēšanas izmantošana 257
11.4.1. ● 4. simulācija — skaitītājs — mikrokontrolleris ATTINY13 258
11.4.2. ● 5. simulācija — luksofori — mikrokontrolleris ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulation 6 – LCD skaitītājs – Arduino Uno 263
11.4.4. ● 7. simulācija — luksoforu sekvencētājs — PIC mikrokontrolleris 266
11.4.5. ● 8. simulācija — mirgojoša gaisma — STM32 mikrokontrolleris 268
11.5 ● Atmiņas ierīces 272
11.5.1 ● Simulācija 9 – 2 bitu x 2 bitu digitālais reizinātājs – ROM atmiņa . 272
11.5.2. ● Simulācijas 10 — 4 bitu binārais skaitītājs ar diviem hex displejiem – ROM atmiņa . 275

12. nodaļa ● Kāpņu loģiskās shēmas

12.1. ● Pārskats . 278
12.2 ● 1. simulācija – kāpņu loģika ar gaismu un motoru 278
12.3 ● Kāpņu loģikas komponenti kā digitālās loģikas komponenti 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1. ● 2. simulācija — fiksācijas motora ķēde 281
12.4.2. ● 3. simulācija — motora vadība uz priekšu/atpakaļ 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

13. nodaļa ● Pārslēgšanas režīma barošanas avota shēmas (SMPS)

13.1. ● Pārskats . 286
13.2 ● 1. simulācija – TPS61031 SMPS ķēde 286

14. nodaļa ● Printed Circuit Board (PCB) dizains

14.1. ● Pārskats 293
14.2 ● Bipolārā tranzistora multivibratora shēmas projekts 293
14.2.1. ● Dizains 294
14.2.2. ● Simulācija 294
14.2.3. ● Pārbaudiet nospiedumu nosaukumus 295
14.2.4. ● Stresa analīze 297
14.2.5 ● Saglabājiet shematisku 297
14.2.6 ● Startēt TINA PCB programmu. 298
14.2.7 ● Gerber fails 302
14.2.8 ● GCode NC urbšanas fails 302
14.2.9 ● PCB informācija 303
14.2.10. ● Sastāvdaļu saraksts 303
14.2.11. ● Netlist 304

15. nodaļa ● PCB projektēšanas metodes

15.1. ● Pārskats 307
15.2. ● Kopņu izveide shēmas redaktorā un TINA 307 PCB dizainā
15.3 ● Vairākas vienības vienā iepakojumā 310
15.4 ● Loģisko komponentu barošana 313
15.5 ● Ķēdes bloku atkārtošana (izmantojot makrokopēšanas funkciju) 316
15.6. ● Divu slāņu, abpusējas, virsmas montāžas tehnoloģiju plāksnes izveide 320
15.7 ● PCB komponentu izveide 325

16. nodaļa ● Shematisku simbolu un pēdu nospiedumu veidošana

16.1. ● Pārskats 328
16.2. ● 328. piemērs
16.3. ● IC vedņa izmantošana shematisko simbolu redaktorā 332
16.4. ● Pēdu redaktora 335 izmantošana
16.5 ● IC vednis Footprint Editor 339
16.5.1. ● 340. projekta piemērs
16.6. ● Publisku PCB pēdu pievienošana TINA 343
16.7 ● Publisku 3D pēdas modeļu pievienošana TINA 346

17. nodaļa ● TINACloud izmantošana

17.1. ● Pārskats 348
17.2 ● TINACloud 349 lietošanas sākšana
17.3. ● Simulācijas piemērs 350
17.4 ● PCB konstrukcijas piemērs 355
17.5. ● TINA shēmas 357 kopīgošana

18. nodaļa ● Citi noderīgi rīki

18.1. ● Pārskats 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Stresa (dūmu) analīze 360
18.4 ● Elektrisko noteikumu pārbaude (ERC) 362
18.5 ● Sērijas monitors 362
18.6 ● Komponentu pārlūks 362
18.7 ● Atrodiet komponentu 363
18.8 ● Aizsargājiet ķēdi 364
18.9 ● Eksportēt 365
18.10 ● Importēt 365
18.11 ● Furjē sērija 365
18.12 ● Furjē spektrs 367
18.13 ● Trokšņa analīze 367
18.14 ● Jaudas izkliedes analīze 369
18.15 ● Tulks 370
18.15.1. ● 1. piemērs – RLC ķēde 371
18.15.2. ● 2. piemērs – līdzstrāvas ķēde 373
18.15.3. ● 3. piemērs – maiņstrāvas ķēde 374
18.15.4. ● Integrāļu 375 novērtēšana
18.15.5 ● Lineāras vienādojumu sistēmas 375 atrisināšana
18.15.6 ● Diagrammu zīmēšana 376
18.15.7 ● Bodes diagrammas 377
18.15.8 ● Signāla definīcija 379
18.15.9. ● Atbalstītās funkcijas 381
18.16 ● Līdzstrāvas temperatūras analīze 382
18.17 ● Parametru nosūcējs 382
18.18 ● Finite State Machine Editor 384

19. nodaļa ● Bibliotēkas pārvaldnieks

20. nodaļa ● Field-Programmable Gate Arrays (FPGA)

20.1. ● Pārskats 391
20.2. ● FPGA plates programmēšana ar shematiskā dizaina ievadi, izmantojot TINA — 1. piemērs
391
20.3. ● FPGA plates programmēšana ar shematiskā dizaina ievadi, izmantojot TINA — 2. piemērs
400
20.4 ● FPGA plates programmēšana VHDL ar TINA 404
20.5 ● FPGA plates programmēšana programmā Verilog ar TINACloud 407
20.6 ● Programmas saglabāšana Basys 3 plates 411 nemainīgajā atmiņā
20.7 ● Sekunžu skaitītājs uz 7 segmentu 4 ciparu Basys 3 FPGA plates, izmantojot TINA ar
VHDL 415
20.8 ● Spiedpogu skaitītājs uz 7 segmentu 4 ciparu Basys 3 FPGA plates, izmantojot TINA ar
VHDL 428

21. nodaļa ● Papildinformācija

21.1 ● TINA vietne 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Citas noderīgas saites 434
21.4 ● TINA palīdzības faili 435
● 436. epilogs
● 437. rādītājs