Симулација на кола со TINA Design Suite и TINACloud

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

Во ова е-книга, најпродаваниот автор на Elektor, проф. д-р. Книгата е наменета за електро/електронски инженери, студенти по електронски/електротехника на додипломски студии на техничките колеџи и универзитети, студенти на постдипломски и истражувачки студенти, наставници и хобисти. Обезбедени се многу тестирани и работни примери за симулација кои ги покриваат повеќето области на аналогно и дигитално електро/електронско инженерство. Тие вклучуваат AC и DC кола, диоди, зенер диоди, кола на транзистори, оперативни засилувачи, скалила дијаграми, 3-фазни кола, меѓусебна индуктивност, исправувачки кола, осцилатори, кола за активни и пасивни филтри, дигитална логика, VHDL, MCU, режим на прекинувач напојувања, дизајн на ПХБ, серија Фурие и спектар. Читателите не треба да имаат никакво програмско искуство освен ако не сакаат да симулираат сложени MCU кола.

Содржина:

Глава 1 ● Вовед

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Електронска симулација 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● Програмата ТИНА 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● 3D во живо Breadboard Tool 17
1.4.3 ● Дизајн на ПХБ 17
1.4.4 ● Проверка на електрични правила (ERC) 17
1.4.5 ● Шематски уредувач на симболи 18
1.4.6 ● Управник со библиотека 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Уредувач на текст и равенки 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Преодна анализа 19
1.4.12 ● Автоматска конвергенција 19
1.4.13 ● Анализа на минлива бучава 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● HDL симулација 20
1.4.17 ● Симулација на микроконтролер (MCU) 20
1.4.18 ● Уредувач на текови и дебагер 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22 ● Симболичка анализа 21
1.4.23 ● Монте Карло и анализа на најлошиот случај 21
1.4.24 ● Алатка за дизајн 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Пост-процесор 22
1.4.27 ● Презентација 22
1.4.28 ● Интерактивен режим 22
1.4.29 ● Виртуелни инструменти 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Обука и испитување 23
1.4.32 ● Наставка за мехатроника 23

Поглавје 2 ● Верзии на ТИНА

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Карактеристики на верзијата 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: Мултифункционален инструмент за образование и обука со локални и
способности за далечинско мерење 27

Поглавје 3 ● Постапка за инсталирање TINA

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Инсталација 29
3.3 ● Инсталирање на верзијата на хардверскиот клуч (dongle) на TINA 36
3.4 ● Овластување на софтверската заштитена верзија на TINA 37

Поглавје 4 ● Започнување – Симулирање на едноставни кола

4.1 ● Шематски уредник 38
4.2 ● Симулација 1 – Сериски и паралелни отпорници 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Симулација 3 – Отпорник – коло на индуктор-кондензатор 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Симулација 5 – Напон низ компонентите – со помош на волтметри 69
4.7 ● Симулација 6 – Струја низ компонентите користејќи ампер метри 70
4.8 ● Симулација 7 – Мерење на импеданса со помош на мерачот на импеданса 71
4.9 ● Симулација 8 – Мерење на отпор со помош на Омметар 73
4.10 ● Симулација 9 – Зацртување на напон низ компонентите со помош на компонента за осцилоскоп 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13 ● Симулација 12 – Анализа на AC коло II 82
4.14 ● Симулација 13 – Анализа на AC коло III 84
4.15 ● Симулација 14 – Тевенинова теорема – анализа на AC коло 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 3-фазни кола 92
4.17.1 ● Симулација 16 – Анализа на коло поврзана со 3 фазна ѕвезда со отпорно оптоварување 93
4.17.2 ● Симулација 17 – Анализа на коло поврзана со 3 фазна ѕвезда со отпорни и
индуктивно оптоварување 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Симулација 18 – Заемна индуктивност 99

Поглавје 5 ● Дизајн и симулација на коло на диоди

5.1 ● Симулација 1 – Едноставно диодно коло 102
5.2 ● Симулација 2 – Коло за полубранови исправувачи 103
5.3 ● Симулација 3 – Полубранови исправувачко коло со трансформатор 104
5.4 ● Симулација 4 – Исправувачко коло со цел бран со трансформатор 105 со централно прислушување
5.5 ● Симулација 5 – Исправувачко коло на мост со полно бранови со трансформатор 107
5.6 ● Симулација 6 – Коло за стегач на диоди 109
5.7 ● Симулација 7 – Карактеристики на Зенер диодата 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10 ● Симулација 10 – Напонско тројно коло 114

Поглавје 6 ● Дизајн и симулација на кола на транзистор

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 ● Симулација 4 – Повеќестепен транзисторски засилувач со заеднички емитер – Користење на поткола во TINA 127
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Симулација 5 – BJT транзистор Colpitts осцилатор 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● Симулација 6 – JFET транзистор со заеднички извор засилувач 142
6.9 ● Симулација 7 – карактеристични криви на JFET транзистор 146
6.10 ● Симулација 8 – BJT Транзисторски прекинувач 147
6.11 ● Тиристори и триак 149
6.11.1 ● Симулација 9 – Фазна контрола на тиристор 149
6.11.2 ● Симулација 10 – Триак фаза контрола 151
6.12 ● Аудио засилувачи 153
6.12.1 ● Симулација 11 – Аудио засилувач од класа AB 154

Поглавје 7 ● Дизајн и симулација на оперативни кола за засилувач

7.1 ● Клучни карактеристики 161
7.2 ● Кола за оперативни засилувачи 162
7.2.1 ● Инвертиран засилувач 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Неинвертирачки засилувач 163
7.2.3 ● Следбеник на напон 164
7.2.4 ● Засилувач за собирање на напон 165
7.2.5 ● Одземање на напон 166
7.2.6 ● Напонски интегратор 167
7.2.7 ● Напонски диференцијатор 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● Симулација 1 – Инвертиран засилувач 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Симулација 3 – Напонски интегриран засилувач 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● Алатка за дизајн 178
7.7.1 ● Симулација 5 – Пример дизајн 178
7.8 ● Оптимизација 180
7.8.1 ● Симулација 6 – Пример за дизајн – AC коло 183
7.8.2 ● Симулација 7 – Пример за дизајн – DC коло 185
7.9 ● Синусоидални осцилатори. 187
7.9.1 ● Симулација 8 – Осцилатор за поместување на фаза 187
7.9.2 ● Симулација 9 – осцилатор на Виенскиот мост 189
7.9.3 ● Симулација 10 – Колпитсовиот осцилатор 192
7.10 ● Генератори на квадратни бранови 194
7.10.1 ● Симулација 11 – Операциски засилувач генератор на квадратни бранови 194
7.10.2 ● Симулација 12 – 555 интегрирано коло 196

Поглавје 8 ● Дизајн и симулација на кола на филтер

8.1 ● ТИНА филтри 199
8.2 ● Симулација 1 – Дизајнирање на нископропусен активен филтер од втор ред 2
8.3 ● Симулација 2 – Дизајнирање на нископропусен активен филтер од повисок ред 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● Симулација 4 – Дизајнирање на активен филтер со опсег 209
8.6 ● Симулација 5 – Дизајнирање на нископропусен пасивен филтер 210

Поглавје 9 ● Дизајн и симулација на дигитални логички кола

9.1 ● Дигитална логичка симулација со помош на TINA 212
9.2 ● Симулација 1 – Едноставна И порта 212
9.3 ● Симулација 2 – Половина собирач со помош на портите 215
9.4 ● Симулација 3 – 2-битен синхрон бројач 216
9.5 ● Симулација 4 – 7-сегментен LED дисплеј 217
9.6 ● Симулација 5 – 4-битен бинарен бројач со логички индикатори 218
9.7 ● Симулација 6 – 4-битен бројач на деценија со 7-сегментен дисплеј 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● Симулација 8 – 4-битен декаден бројач и 7-сегментен приказ – Користење на 4-битен генератор на податоци 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Користење на јазици за опис на хардверот (HDL) 225
9.11.1 ● Користење VHDL симулација во TINA за анализа на дигитални кола 226
9.11.2 ● Симулација 10 – Коло за половично собирање – VHDL 226
9.11.3 ● Симулација 11 – Контра коло – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● Користење Verilog симулација во TINA за анализа на дигитални кола 235

Поглавје 10 ● Алатка за логички дизајн

Поглавје 11 ● Симулирање на микроконтролери

11.1 ● Преглед 246
11.2 ● Користење на уредувачот на дијаграм на текови 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 ● Отстранување грешки на графиконот на текови 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● Измена на asm кодот 255
11.3.3 ● Дебагирање на ASM кодот 256
11.4 ● Користење на програмирање C 257
11.4.1 ● Симулација 4 – бројач – ATTINY13 микроконтролер 258
11.4.2 ● Симулација 5 – Семафори – микроконтролер ATTINY13 261
11.4.3 ● Симулација 6 – ЛЦД бројач – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Симулација 7 – Секвенционер на семафори – PIC микроконтролер 266
11.4.5 ● Симулација 8 – трепкачко светло – STM32 микроконтролер 268
11.5 ● Мемориски уреди 272
11.5.1 ● Симулација 9 – 2-битен x 2-битен дигитален мултипликатор – ROM меморија . 272
11.5.2 ● Симулација 10 – 4-битен бинарен бројач со два хексадетични дисплеи – ROM меморија . 275

Поглавје 12 ● Скалила логички кола

12.1 ● Преглед . 278
12.2 ● Симулација 1 – Логика на скалила со светло и мотор 278
12.3 ● Ледерски логички компоненти како дигитални логички компоненти 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Симулација 2 – Моторно коло за заклучување 281
12.4.2 ● Симулација 3 – Контрола на моторот напред/назад 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Поглавје 13 ● Кола за напојување со прекинувачки режим (SMPS)

13.1 ● Преглед . 286
13.2 ● Симулација 1 – TPS61031 SMPS коло 286

Поглавје 14 ● Дизајн на плоча за печатено коло (PCB).

14.1 ● Преглед 293
14.2 ● Проект за мултивибраторско коло за биполарен транзистор 293
14.2.1 ● Дизајнот 294
14.2.2 ● Симулација 294
14.2.3 ● Проверете ги имињата на отпечатоците 295
14.2.4 ● Анализа на стрес 297
14.2.5 ● Зачувајте ја шемата 297
14.2.6 ● Стартувајте ја програмата TINA PCB. 298
14.2.7 ● Гербер-датотека 302
14.2.8 ● Датотека за вежбање GCode NC 302
14.2.9 ● Информации за ПХБ 303
14.2.10 ● Список на компоненти 303
14.2.11 ● Нетлиста 304

Поглавје 15 ● Техники за дизајнирање на ПХБ

15.1 ● Преглед 307
15.2 ● Создавање автобуси во шематски уредувач и дизајнер на PCB на TINA 307
15.3 ● Повеќе единици во истото пакување 310
15.4 ● Напојување на логички компоненти 313
15.5 ● Повторувачки блокови на кола (со користење на функцијата Копирај макро) 316
15.6 ● Создавање двослојна, двострана, технолошка плоча 320 со површинска монтирање
15.7 ● Креирање компоненти на ПХБ 325

Поглавје 16 ● Правење шематски симболи и стапки

16.1 ● Преглед 328
16.2 ● Пример 328
16.3 ● Користење на волшебникот за ИЦ во уредувачот на шематски симболи 332
16.4 ● Користење на уредувачот Footprint 335
16.5 ● IC Wizard во Footprint Editor 339
16.5.1 ● Пример дизајн 340
16.6 ● Додавање јавни отпечатоци од ПХБ во TINA 343
16.7 ● Додавање модели на јавен 3D отпечаток на TINA 346

Поглавје 17 ● Користење на TINACloud

17.1 ● Преглед 348
17.2 ● Почнува да користи TINACloud 349
17.3 ● Пример симулација 350
17.4 ● Пример дизајн на ПХБ 355
17.5 ● Споделување на вашата шема TINA 357

Поглавје 18 ● Други корисни алатки

18.1 ● Преглед 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Анализа на стрес (чад) 360
18.4 ● Проверка на електрични правила (ERC) 362
18.5 ● Сериски монитор 362
18.6 ● Компонентен истражувач 362
18.7 ● Најдете ја компонентата 363
18.8 ● Заштитете го колото 364
18.9 ● Извоз 365
18.10 ● Увоз 365
18.11 ● Фурие серија 365
18.12 ● Фуриеров спектар 367
18.13 ● Анализа на бучава 367
18.14 ● Анализа на дисипација на моќност 369
18.15 ● Преведувач 370
18.15.1 ● Пример 1 – RLC коло 371
18.15.2 ● Пример 2 – DC коло 373
18.15.3 ● Пример 3 – AC коло 374
18.15.4 ● Евалуација на интеграли 375
18.15.5 ● Решавање на линеарен систем равенки 375
18.15.6 ● Цртање дијаграми 376
18.15.7 ● Боде дијаграми 377
18.15.8 ● Дефиниција на сигнал 379
18.15.9 ● Поддржани функции 381
18.16 ● Анализа на еднонасочна температура 382
18.17 ● Параметарот екстрактор 382
18.18 ● Уредувач на машина за конечни состојби 384

Поглавје 19 ● Управникот на библиотеката

Поглавје 20 ● Теренски програмирани порти низи (FPGA)

20.1 ● Преглед 391
20.2 ● Програмирање на FPGA табли со шематски дизајн за влез користејќи TINA – Пример 1
391
20.3 ● Програмирање на FPGA табли со шематски дизајн за влез користејќи TINA – Пример 2
400
20.4 ● Програмирање на FPGA плочи во VHDL со TINA 404
20.5 ● Програмирање на FPGA плочи во Verilog со TINACloud 407
20.6 ● Складирање на програмата во неиспарлива меморија на Basys 3 board 411
20.7 ● Бројач на секунди на 7-сегментната 4-цифрена плочка Basys 3 FPGA користејќи TINA со
VHDL 415
20.8 ● Бројач со копчиња на 7-сегментната 4-цифрена плочка Basys 3 FPGA со помош на TINA со
VHDL 428

Поглавје 21 ● Дополнителни информации

21.1 ● Веб-страница на ТИНА 431
21.2 ● ТИНА-ТИ 434
21.3 ● Други корисни врски 434
21.4 ● Датотеки за помош TINA 435
● Епилог 436
● Индекс 437