Kretssimulering med TINA Design Suite og TINACloud

Av prof. Dr. Dogan Ibrahim

I dette e-bok, bestselgende Elektor-forfatter, Prof. Dr. Dogan Ibrahim har som mål å undervise i design og analyse av elektriske og elektroniske kretser og utvikle PCB-kort ved å bruke både TINA og TINACloud. Boken er rettet mot elektriske/elektroniske ingeniører, undergraduate elektronisk/elektroniske ingeniørstudenter ved tekniske høyskoler og universiteter, doktorgrads- og forskningsstudenter, lærere og hobbyister. Det er gitt mange testede og fungerende simuleringseksempler som dekker de fleste felt innen analog og digital elektro/elektronisk teknikk. Disse inkluderer AC- og DC-kretser, dioder, zenerdioder, transistorkretser, operasjonsforsterkere, stigediagrammer, 3-fasekretser, gjensidig induktans, likeretterkretser, oscillatorer, aktive og passive filterkretser, digital logikk, VHDL, MCUer, switch-mode strømforsyninger, PCB-design, Fourier-serien og spektrum. Lesere trenger ikke å ha noen programmeringserfaring med mindre de ønsker å simulere komplekse MCU-kretser.

Innholdsfortegnelse:

Kapittel 1 ● Introduksjon

1.1 ● Hvorfor simulering? 13. XNUMX
1.2 ● Elektronisk simulering 14
1.3 ● SPICE modellering av elektroniske kretser 15
1.4 ● TINA-programmet 16
1.4.1 ● Skjematisk fangst 17
1.4.2 ● Live 3D Breadboard Verktøy 17
1.4.3 ● PCB-design 17
1.4.4 ● Kontroll av elektriske regler (ERC) 17
1.4.5 ● Skjematisk symbolredigerer 18
1.4.6 ● Biblioteksjef 18
1.4.7 ● IBIS-modellstøtte 18
1.4.8 ● Parameteruttrekker 18
1.4.9 ● Tekst- og ligningsredigering 18
1.4.10 ● DC-analyse 19
1.4.11 ● Forbigående analyse 19
1.4.12 ● Autokonvergens 19
1.4.13 ● Transient støyanalyse 19
1.4.14 ● Fourieranalyse 19
1.4.15 ● Digital simulering 20
1.4.16 ● HDL-simulering 20
1.4.17 ● Mikrokontroller (MCU) simulering 20
1.4.18 ● Flytskjemaredigering og debugger 20
1.4.19 ● AC-analyse 21
1.4.20 ● Nettverksanalyse 21
1.4.21 ● Lineær AC-støyanalyse 21
1.4.22 ● Symbolsk analyse 21
1.4.23 ● Monte-Carlo og worst-case-analyse 21
1.4.24 ● Designverktøy 21
1.4.25 ● Optimalisering 22
1.4.26 ● Postprosessor 22
1.4.27 ● Presentasjon 22
1.4.28 ● Interaktiv modus 22
1.4.29 ● Virtuelle instrumenter 23
1.4.30 ● Test og målinger i sanntid 23
1.4.31 ● Opplæring og eksamen 23
1.4.32 ● Mekatronikk-utvidelse 23

Kapittel 2 ● TINA-versjoner

2.1 ● Oversikt 24
2.2 ● Versjonsfunksjoner 24
2.3 ● Alternativer 27
2.4 ● Tilleggsmaskinvare 27
2.4.1 ● LabXplorer: Multifunksjonsinstrument for utdanning og opplæring med lokale og
fjernmålingsmuligheter 27

Kapittel 3 ● TINA-installasjonsprosedyre

3.1 ● Krav til maskinvare og programvare 29
3.2 ● Installasjon 29
3.3 ● Installere maskinvarenøkkelversjonen (dongle) av TINA 36
3.4 ● Autorisasjon av den programvarebeskyttede versjonen av TINA 37

Kapittel 4 ● Komme i gang – Simulering av enkle kretser

4.1 ● Skjemaredigering 38
4.2 ● Simulering 1 – Serie- og parallellmotstander 39
4.3 ● Simulering 2 – Motstand – kondensatorkrets 49
4.4 ● Simulering 3 – Motstand – induktor-kondensatorkrets 61
4.5 ● Simulering 4 – Strømforbruk – ved bruk av strømmåler 67
4.6 ● Simulering 5 – Spenning over komponenter – ved bruk av voltmetre 69
4.7 ● Simulering 6 – Strømgjennomgangskomponenter som bruker amperemålere 70
4.8 ● Simulering 7 – Impedansmåling ved hjelp av impedansmåleren 71
4.9 ● Simulering 8 – Motstandsmåling med Ohmmeter 73
4.10 ● Simulering 9 – Plotte spenning over komponenter ved hjelp av en oscilloskopkomponent 74
4.11 ● Simulering 10 – Måling av frekvens ved hjelp av en frekvensmåler 78
4.12 ● Simulering 11 – AC-kretsanalyse I 79
4.13 ● Simulering 12 – AC-kretsanalyse II 82
4.14 ● Simulering 13 – AC-kretsanalyse III 84
4.15 ● Simulering 14 – Thevenins teorem – AC-kretsanalyse 86
4.16 ● Simulering 15 – Nortons teorem – AC-kretsanalyse 89
4.17 ● 3-fasekretser 92
4.17.1 ● Simulering 16 – 3-faset stjernekoblet kretsanalyse med resistiv belastning 93
4.17.2 ● Simulering 17 – 3 fase stjernekoblet kretsanalyse med resistiv og
induktiv last 95
4.18 ● Gjensidig induktans 98
4.18.1 ● Simulering 18 – Gjensidig induktans 99

Kapittel 5 ● Diodekretsdesign og simulering

5.1 ● Simulering 1 – Enkel diodekrets 102
5.2 ● Simulering 2 – Halvbølge likeretterkrets 103
5.3 ● Simulering 3 – Halvbølge likeretterkrets med transformator 104
5.4 ● Simulering 4 – Fullbølge likeretterkrets med sentertappet transformator 105
5.5 ● Simulering 5 – Fullbølge bro likeretterkrets med transformator 107
5.6 ● Simulering 6 – Diodeklemmekrets 109
5.7 ● Simulering 7 – Zenerdiodekarakteristikk 110
5.8 ● Simulering 8 – Zenerdiode spenningsregulator 112
5.9 ● Simulering 9 – Zenerdiodesymmetrisk spenningsbegrenser 113
5.10 ● Simulering 10 – Spenningstriblerkrets 114

Kapittel 6 ● Transistorkretsdesign og simulering

6.1 ● Simulering 1 – Bipolare transistorkarakteristikk 118
6.2 ● Simulering 2 – Felles emitter transistorforsterker – Analyse 119
6.3 ● Simulering 3 – Felles emitter transistorforsterker – Design 125
6.4 ● Simulering 4 – Flertrinns felles emitter transistorforsterker – Bruker underkretser i TINA 127
6.5 ● Nettlisten 131
6.6 ● Simulering 5 – BJT transistor Colpitts oscillator 132
6.7 ● Transistor som et to-ports nettverk 136
6.7.1 ● Transistor h parametere 139
6.8 ● Simulering 6 – JFET transistor felles kildeforsterker 142
6.9 ● Simulering 7 – JFET-transistorkarakteristiske kurver 146
6.10 ● Simulering 8 – BJT-transistorbryter 147
6.11 ● Tyristorer og triacer 149
6.11.1 ● Simulering 9 – Tyristorfasekontroll 149
6.11.2 ● Simulering 10 – Triac fasekontroll 151
6.12 ● Lydeffektforsterkere 153
6.12.1 ● Simulering 11 – Klasse AB lydeffektforsterker 154

Kapittel 7 ● Driftsforsterkerkretsdesign og simulering

7.1 ● Nøkkelegenskaper 161
7.2 ● Driftsforsterkerkretser 162
7.2.1 ● Inverterende forsterker 163
7.2.1 ● Inverterende forsterker 163
7.2.2 ● Ikke-inverterende forsterker 163
7.2.3 ● Spenningsfølger 164
7.2.4 ● Spenningsadderforsterker 165
7.2.5 ● Spenningstrekker 166
7.2.6 ● Spenningsintegrator 167
7.2.7 ● Spenningsdifferensiator 168
7.2.8 ● Strøm til spenningsomformer 169
7.3 ● Simulering 1 – Inverterende forsterker 171
7.4 ● Simulering 2 – summeringsforsterker 174
7.5 ● Simulering 3 – Spenningsintegrerende forsterker 175
7.6 ● Simulering 4 – Halvbølge likeretterkrets 176
7.7 ● Designverktøyet 178
7.7.1 ● Simulering 5 – Eksempeldesign 178
7.8 ● Optimalisering 180
7.8.1 ● Simulering 6 – Eksempeldesign – AC-krets 183
7.8.2 ● Simulering 7 – Eksempeldesign – DC-krets 185
7.9 ● Sinusformede oscillatorer . 187
7.9.1 ● Simulering 8 – Faseskiftoscillator 187
7.9.2 ● Simulering 9 – Wien Bridge-oscillator 189
7.9.3 ● Simulering 10 – Colpitts-oscillatoren 192
7.10 ● Firkantbølgegeneratorer 194
7.10.1 ● Simulering 11 – Operasjonsforsterker firkantbølgegenerator 194
7.10.2 ● Simulering 12 – 555 integrert krets 196

Kapittel 8 ● Filterkretsdesign og -simulering

8.1 ● TINA-filtre 199
8.2 ● Simulering 1 – Utforming av et 2. ordens lavpass aktivt filter 201
8.3 ● Simulering 2 – Utforming av et aktivt lavpassfilter av høyere orden 206
8.4 ● Simulering 3 – Utforming av et aktivt høypassfilter 207
8.5 ● Simulering 4 – Utforming av et aktivt båndpassfilter 209
8.6 ● Simulering 5 – Utforming av et passivt lavpassfilter 210

Kapittel 9 ● Digital logisk kretsdesign og simulering

9.1 ● Digital logikksimulering med TINA 212
9.2 ● Simulering 1 – Enkel OG-port 212
9.3 ● Simulering 2 – Halv adderer ved bruk av porter 215
9.4 ● Simulering 3 – 2-bits synkronteller 216
9.5 ● Simulering 4 – 7-segments LED-display 217
9.6 ● Simulering 5 – 4-bits binær teller med logiske indikatorer 218
9.7 ● Simulering 6 – 4-bits tiår teller med 7-segment display 219
9.8 ● Simulering 7 – 8-bits tiår teller med to 7-segments skjermer 220
9.9 ● Simulering 8 – 4-bits tiårsteller og 7-segments skjerm – Bruker en 4-bits datagenerator 221
9.10 ● Simulering 9 – Opprette en full adderer – ved hjelp av en MACRO 223
9.11 ● Bruke maskinvarebeskrivelsesspråk (HDL) 225
9.11.1 ● Bruke VHDL-simulering i TINA for å analysere digitale kretser 226
9.11.2 ● Simulering 10 – Halv addererkrets – VHDL 226
9.11.3 ● Simulering 11 – Tellerkrets – VHDL 230
9.11.4 ● VHDL Debugger 233
9.12 ● Bruke Verilog-simulering i TINA for å analysere digitale kretser 235

Kapittel 10 ● Logisk designverktøy

Kapittel 11 ● Simulering av mikrokontrollere

11.1 ● Oversikt 246
11.2 ● Bruke flytskjemaredigering 246
11.2.1 ● Simulering 1 – vekselvis blinkende 2 lysdioder – PIC-serien mikrokontroller 246
11.2.2 ● Simulering 2 – 4-bits opp/ned teller med hex-display – PIC-serien mikrokontroller 249
11.2.3 ● Flytskjemafeilsøking 252
11.3 ● Bruke monteringsprogrammering 253
11.3.1 ● Simulering 3 – Teller – PIC-seriens mikrokontroller 253
11.3.2 ● Endre ASM-koden 255
11.3.3 ● Feilsøking av ASM-koden 256
11.4 ● Bruke C-programmering 257
11.4.1 ● Simulering 4 – Teller – ATTINY13 mikrokontroller 258
11.4.2 ● Simulering 5 – Trafikklys – ATTINY13 mikrokontroller 261
11.4.3 ● Simulering 6 – LCD-teller – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulering 7 – Trafikklyssekvenser – PIC mikrokontroller 266
11.4.5 ● Simulering 8 – Blinkende lys – STM32 mikrokontroller 268
11.5 ● Minneenheter 272
11.5.1 ● Simulering 9 – 2-bit x 2-bit digital multiplikator – ROM-minne . 272
11.5.2 ● Simulering 10 – 4-bits binær teller med to hex-skjermer – ROM-minne . 275

Kapittel 12 ● Ladder Logic Circuits

12.1 ● Oversikt . 278
12.2 ● Simulering 1 – Stigelogikk med lys og motor 278
12.3 ● Stigelogikkkomponenter som digitale logikkkomponenter 279
12.4 ● Låsekrets 281
12.4.1 ● Simulering 2 – Låsemotorkrets 281
12.4.2 ● Simulering 3 – Forover/revers motorstyring 283
12.4.3 ● Simulering 4 – Transportbåndkontroller 284

Kapittel 13 ● Switching-Mode Power Supply Circuits (SMPS)

13.1 ● Oversikt . 286
13.2 ● Simulering 1 – TPS61031 SMPS-krets 286

Kapittel 14 ● Printed Circuit Board (PCB) Design

14.1 ● Oversikt 293
14.2 ● Bipolar transistor multivibratorkretsprosjekt 293
14.2.1 ● Designet 294
14.2.2 ● Simulering 294
14.2.3 ● Sjekk footprint navn 295
14.2.4 ● Stressanalyse 297
14.2.5 ● Lagre skjemaet 297
14.2.6 ● Start TINA PCB-program. 298
14.2.7 ● Gerber-fil 302
14.2.8 ● GCode NC borefil 302
14.2.9 ● PCB-informasjon 303
14.2.10 ● Komponentliste 303
14.2.11 ● Nettliste 304

Kapittel 15 ● PCB-designteknikker

15.1 ● Oversikt 307
15.2 ● Opprette busser i Schematic Editor og PCB-designeren til TINA 307
15.3 ● Flere enheter i samme pakke 310
15.4 ● Strømforsyning av logiske komponenter 313
15.5 ● Repeterende kretsblokker (ved bruk av kopieringsmakrofunksjonen) 316
15.6 ● Opprette et tolags, dobbeltsidig, overflatemontert teknologikort 320
15.7 ● Opprette PCB-komponenter 325

Kapittel 16 ● Lage skjematiske symboler og fotavtrykk

16.1 ● Oversikt 328
16.2 ● Eksempel 328
16.3 ● Bruke IC-veiviseren i Schematic Symbol Editor 332
16.4 ● Bruke Footprint-editoren 335
16.5 ● IC-veiviser i Footprint Editor 339
16.5.1 ● Eksempeldesign 340
16.6 ● Legge til offentlige PCB-fotavtrykk til TINA 343
16.7 ● Legge til offentlige 3D Footprint-modeller til TINA 346

Kapittel 17 ● Bruke TINACloud

17.1 ● Oversikt 348
17.2 ● Begynner å bruke TINACloud 349
17.3 ● Eksempelsimulering 350
17.4 ● Eksempel PCB-design 355
17.5 ● Dele din TINA-skjema 357

Kapittel 18 ● Andre nyttige verktøy

18.1 ● Oversikt 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Stress (røyk) analyse 360
18.4 ● Kontroll av elektriske regler (ERC) 362
18.5 ● Seriell monitor 362
18.6 ● Komponentutforsker 362
18.7 ● Finn komponent 363
18.8 ● Beskyttelseskrets 364
18.9 ● Eksporter 365
18.10 ● Importer 365
18.11 ● Fourier-serien 365
18.12 ● Fourierspektrum 367
18.13 ● Støyanalyse 367
18.14 ● Effekttapanalyse 369
18.15 ● Tolk 370
18.15.1 ● Eksempel 1 – RLC-krets 371
18.15.2 ● Eksempel 2 – DC-krets 373
18.15.3 ● Eksempel 3 – AC-krets 374
18.15.4 ● Evaluering av integraler 375
18.15.5 ● Løse lineært ligningssystem 375
18.15.6 ● Tegning av diagrammer 376
18.15.7 ● Bode-diagrammer 377
18.15.8 ● Signaldefinisjon 379
18.15.9 ● Støttede funksjoner 381
18.16 ● DC-temperaturanalyse 382
18.17 ● Parameteruttrekkeren 382
18.18 ● Finite State Machine Editor 384

Kapittel 19 ● Biblioteksjefen

Kapittel 20 ● Field-Programmable Gate Arrays (FPGA)

20.1 ● Oversikt 391
20.2 ● Programmering av FPGA-kort med skjematisk designoppføring ved bruk av TINA – Eksempel 1
391
20.3 ● Programmering av FPGA-kort med skjematisk designoppføring ved bruk av TINA – Eksempel 2
400
20.4 ● Programmering av FPGA-kort i VHDL med TINA 404
20.5 ● Programmering av FPGA-kort i Verilog med TINACloud 407
20.6 ● Lagre programmet i ikke-flyktig minne på Basys 3-kort 411
20.7 ● Sekundeteller på det 7-segments 4-sifrede Basys 3 FPGA-kortet som bruker TINA med
VHDL 415
20.8 ● Trykknappteller på det 7-segments 4-sifrede Basys 3 FPGA-kortet som bruker TINA med
VHDL 428

Kapittel 21 ● Tilleggsinformasjon

21.1 ● TINA nettsted 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Andre nyttige lenker 434
21.4 ● TINA hjelpefiler 435
● Epilog 436
● Indeks 437