Simulação de circuito com TINA Design Suite e TINACloud

Do Prof. Dr. Dogan Ibrahim

Neste curso e-book, o autor mais vendido da Elektor, Prof. Dr. Dogan Ibrahim tem como objetivo ensinar o projeto e a análise de circuitos elétricos e eletrônicos e desenvolver placas PCB usando TINA e TINACloud. O livro destina-se a engenheiros elétricos/eletrônicos, estudantes de graduação em engenharia elétrica/eletrônica em faculdades e universidades técnicas, estudantes de pós-graduação e pesquisa, professores e amadores. Muitos exemplos de simulação testados e funcionais são fornecidos abrangendo a maioria dos campos da engenharia elétrica/eletrônica analógica e digital. Estes incluem circuitos CA e CC, diodos, diodos zener, circuitos de transistor, amplificadores operacionais, diagramas de escada, circuitos trifásicos, indutância mútua, circuitos retificadores, osciladores, circuitos de filtro ativo e passivo, lógica digital, VHDL, MCUs, modo de comutação fontes de alimentação, projeto de PCB, série Fourier e espectro. Os leitores não precisam ter nenhuma experiência em programação, a menos que desejem simular circuitos MCU complexos.

Índice:

Capítulo 1 ● Introdução

1.1 ● Por que simulação? 13
1.2 ● Simulação eletrônica 14
1.3 SPICE modelagem de circuitos eletrônicos 15
1.4 ● O programa TINA 16
1.4.1 ● Captura esquemática 17
1.4.2 ● 3D ao vivo Breadboard Ferramenta 17
1.4.3 ● Projeto de PCB 17
1.4.4 ● Verificação das Regras Elétricas (ERC) 17
1.4.5 ● Editor de símbolos esquemáticos 18
1.4.6 ● Gerenciador de Biblioteca 18
1.4.7 ● Suporte ao modelo IBIS 18
1.4.8 ● Extrator de Parâmetros 18
1.4.9 ● Editor de Texto e Equação 18
1.4.10 ● Análise DC 19
1.4.11 ● Análise transitória 19
1.4.12 ● Convergência automática 19
1.4.13 ● Análise de ruído transiente 19
1.4.14 ● Análise de Fourier 19
1.4.15 ● Simulação digital 20
1.4.16 ● Simulação HDL 20
1.4.17 ● Simulação de microcontrolador (MCU) 20
1.4.18 ● Editor de Fluxograma e Depurador 20
1.4.19 ● Análise AC 21
1.4.20 ● Análise de rede 21
1.4.21 ● Análise linear de ruído AC 21
1.4.22 ● Análise simbólica 21
1.4.23 ● Monte-Carlo e análise do pior caso 21
1.4.24 ● Ferramenta de Design 21
1.4.25 ● Otimização 22
1.4.26 ● Pós-processador 22
1.4.27 ● Apresentação 22
1.4.28 ● Modo interativo 22
1.4.29 ● Instrumentos virtuais 23
1.4.30 ● Teste e Medições em Tempo Real 23
1.4.31 ● Treinamento e Exame 23
1.4.32 ● Extensão Mecatrônica 23

Capítulo 2 ● Versões TINA

2.1 ● Visão geral 24
2.2 ● Recursos da versão 24
2.3 ● Opções 27
2.4 ● Hardware suplementar 27
2.4.1 ● LabXplorer: Instrumento Multifuncional para Educação e Treinamento com
capacidades de medição remota 27

Capítulo 3 ● Procedimento de instalação TINA

3.1 ● Requisitos de hardware e software 29
3.2 ● Instalação 29
3.3 ● Instalando a versão da chave de hardware (dongle) do TINA 36
3.4 ● Autorização da versão protegida de software do TINA 37

Capítulo 4 ● Começando – Simulando Circuitos Simples

4.1 ● O Editor de Esquemas 38
4.2 ● Simulação 1 – Resistores série e paralelo 39
4.3 ● Simulação 2 – Resistor – circuito capacitor 49
4.4 ● Simulação 3 – Resistor – circuito indutor-capacitor 61
4.5 ● Simulação 4 – Consumo de energia – usando um medidor de energia 67
4.6 ● Simulação 5 – Tensão entre componentes – usando voltímetros 69
4.7 ● Simulação 6 – Corrente através de componentes usando Amperímetros 70
4.8 ● Simulação 7 – Medição de impedância usando o medidor de impedância 71
4.9 ● Simulação 8 – Medição de Resistência com Ohmímetro 73
4.10 ● Simulação 9 – Plotando a tensão entre os componentes usando um componente do osciloscópio 74
4.11 ● Simulação 10 – Medindo frequência usando um frequencímetro 78
4.12 ● Simulação 11 – Análise do circuito CA I 79
4.13 ● Simulação 12 – Análise do circuito CA II 82
4.14 ● Simulação 13 – Análise do circuito CA III 84
4.15 ● Simulação 14 – Teorema de Thevenin – Análise de circuito CA 86
4.16 ● Simulação 15 – Teorema de Norton – Análise do circuito CA 89
4.17 ● Circuitos trifásicos 3
4.17.1 ● Simulação 16 – Análise de circuito trifásico conectado em estrela com carga resistiva 3
4.17.2 ● Simulação 17 – Análise de circuito conectado em estrela trifásico com resistência e
carga indutiva 95
4.18 ● Indutância mútua 98
4.18.1 ● Simulação 18 – Indutância mútua 99

Capítulo 5 ● Projeto e simulação de circuito de diodo

5.1 ● Simulação 1 – Circuito de diodo simples 102
5.2 ● Simulação 2 – Circuito retificador de meia onda 103
5.3 ● Simulação 3 – Circuito retificador de meia onda com transformador 104
5.4 ● Simulação 4 – Circuito retificador de onda completa com transformador de derivação central 105
5.5 ● Simulação 5 – Circuito retificador ponte de onda completa com transformador 107
5.6 ● Simulação 6 – Circuito grampeador de diodo 109
5.7 ● Simulação 7 – Características do diodo Zener 110
5.8 ● Simulação 8 – Regulador de tensão do diodo Zener 112
5.9 ● Simulação 9 – Limitador de tensão simétrico de diodo Zener 113
5.10 ● Simulação 10 – Circuito triplicador de tensão 114

Capítulo 6 ● Projeto e simulação de circuitos transistorizados

6.1 ● Simulação 1 – Características do transistor bipolar 118
6.2 ● Simulação 2 – Amplificador transistor emissor comum – Análise 119
6.3 ● Simulação 3 – Amplificador transistor emissor comum – Projeto 125
6.4 ● Simulação 4 – Amplificador transistor emissor comum multiestágio – Usando subcircuitos no TINA 127
6.5 ● A Netlist 131
6.6 ● Simulação 5 – transistor BJT Colpitts oscilador 132
6.7 ● Transistor como uma rede de duas portas 136
6.7.1 ● Parâmetros do transistor h 139
6.8 ● Simulação 6 – amplificador de fonte comum de transistor JFET 142
6.9 ● Simulação 7 – Curvas características do transistor JFET 146
6.10 ● Simulação 8 - Interruptor do transistor BJT 147
6.11 ● Tiristores e triacs 149
6.11.1 ● Simulação 9 – Controle de fase do tiristor 149
6.11.2 ● Simulação 10 – Controle de fase Triac 151
6.12 ● Amplificadores de potência de áudio 153
6.12.1 ● Simulação 11 – Amplificador de potência de áudio Classe AB 154

Capítulo 7 ● Projeto e Simulação do Circuito do Amplificador Operacional

7.1 ● Principais características 161
7.2 ● Circuitos amplificadores operacionais 162
7.2.1 ● Amplificador inversor 163
7.2.1 ● Amplificador inversor 163
7.2.2 ● Amplificador não inversor 163
7.2.3 ● Seguidor de tensão 164
7.2.4 ● Amplificador de somador de tensão 165
7.2.5 ● Subtrator de tensão 166
7.2.6 ● Integrador de tensão 167
7.2.7 ● Diferenciador de tensão 168
7.2.8 ● Conversor de corrente para tensão 169
7.3 ● Simulação 1 – Amplificador inversor 171
7.4 ● Simulação 2 – Amplificador Somador 174
7.5 ● Simulação 3 – Amplificador integrador de tensão 175
7.6 ● Simulação 4 – Circuito retificador de meia onda 176
7.7 ● A Ferramenta de Design 178
7.7.1 ● Simulação 5 - Exemplo de projeto 178
7.8 ● Otimização 180
7.8.1 ● Simulação 6 – Exemplo de projeto – circuito CA 183
7.8.2 ● Simulação 7 – Exemplo de projeto – Circuito DC 185
7.9 ● Osciladores senoidais . 187
7.9.1 ● Simulação 8 – Oscilador de deslocamento de fase 187
7.9.2 ● Simulação 9 – O oscilador Wien Bridge 189
7.9.3 ● Simulação 10 – O oscilador Colpitts 192
7.10 ● Geradores de onda quadrada 194
7.10.1 ● Simulação 11 – Amplificador operacional gerador de onda quadrada 194
7.10.2 ● Simulação 12 – circuito integrado 555 196

Capítulo 8 ● Projeto e Simulação do Circuito do Filtro

8.1 ● Filtros TINA 199
8.2 ● Simulação 1 – Projetando um filtro ativo passa baixa de 2ª ordem 201
8.3 ● Simulação 2 – Projetando um filtro ativo passa-baixo de ordem superior 206
8.4 ● Simulação 3 – Projetando um filtro ativo passa-alto 207
8.5 ● Simulação 4 – Projetando um filtro ativo passa-banda 209
8.6 ● Simulação 5 – Projetando um filtro passivo passa-baixo 210

Capítulo 9 ● Projeto e Simulação de Circuitos Lógicos Digitais

9.1 ● Simulação de lógica digital usando TINA 212
9.2 ● Simulação 1 – Porta AND simples 212
9.3 ● Simulação 2 – Meio Somador usando portas 215
9.4 ● Simulação 3 – contador síncrono de 2 bits 216
9.5 ● Simulação 4 - display LED de 7 segmentos 217
9.6 ● Simulação 5 – contador binário de 4 bits com indicadores lógicos 218
9.7 ● Simulação 6 – Contador de décadas de 4 bits com display de 7 segmentos 219
9.8 ● Simulação 7 – contador de década de 8 bits com dois displays de 7 segmentos 220
9.9 ● Simulação 8 – Contador de década de 4 bits e exibição de 7 segmentos – Usando um gerador de dados de 4 bits 221
9.10 ● Simulação 9 – Criando um somador completo – usando uma MACRO 223
9.11 ● Usando linguagens de descrição de hardware (HDLs) 225
9.11.1 ● Usando simulação VHDL em TINA para analisar circuitos digitais 226
9.11.2 ● Simulação 10 – Circuito meio somador – VHDL 226
9.11.3 ● Simulação 11 – Circuito contador – VHDL 230
9.11.4 ● O Depurador VHDL 233
9.12 ● Usando a simulação Verilog no TINA para analisar circuitos digitais 235

Capítulo 10 ● Ferramenta de Design de Lógica

Capítulo 11 ● Simulando Microcontroladores

11.1 ● Visão geral 246
11.2 ● Usando o editor de fluxograma 246
11.2.1 ● Simulação 1 – Piscando alternadamente 2 LEDs – Microcontrolador série PIC 246
11.2.2 ● Simulação 2 – Contador Up/Down de 4 bits com display hexadecimal – Microcontrolador série PIC 249
11.2.3 ● Depuração do fluxograma 252
11.3 ● Usando programação de montagem 253
11.3.1 ● Simulação 3 – Contador – Microcontrolador série PIC 253
11.3.2 ● Modificando o código asm 255
11.3.3 ● Depurando o código ASM 256
11.4 ● Usando a programação C 257
11.4.1 ● Simulação 4 – Contador – microcontrolador ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulação 5 – Semáforos – microcontrolador ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulação 6 – Contador LCD – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulação 7 – Sequenciador de semáforo – Microcontrolador PIC 266
11.4.5 ● Simulação 8 – Luz intermitente – Microcontrolador STM32 268
11.5 ● Dispositivos de memória 272
11.5.1 ● Simulação 9 – Multiplicador digital 2 bits x 2 bits – Memória ROM . 272
11.5.2 ● Simulação 10 – contador binário de 4 bits com dois displays hexadecimais – memória ROM . 275

Capítulo 12 ● Circuitos Lógicos Ladder

12.1 ● Visão geral. 278
12.2 ● Simulação 1 – Ladder logic com luz e motor 278
12.3 ● Componentes de lógica ladder como componentes de lógica digital 279
12.4 ● Circuito de travamento 281
12.4.1 ● Simulação 2 – Circuito do motor de travamento 281
12.4.2 ● Simulação 3 – Controle do motor para frente/para trás 283
12.4.3 ● Simulação 4 – Controlador de correia transportadora 284

Capítulo 13 ● Circuitos de fonte de alimentação de modo de comutação (SMPS)

13.1 ● Visão geral. 286
13.2 ● Simulação 1 – TPS61031 Circuito SMPS 286

Capítulo 14 ● Projeto da Placa de Circuito Impresso (PCB)

14.1 ● Visão geral 293
14.2 ● Projeto de circuito multivibrador de transistor bipolar 293
14.2.1 ● O projeto 294
14.2.2 ● Simulação 294
14.2.3 ● Verifique os nomes das pegadas 295
14.2.4 ● Análise de tensão 297
14.2.5 ● Salve seu esquema 297
14.2.6 ● Inicie o programa TINA PCB. 298
14.2.7 ● Arquivo Gerber 302
14.2.8 ● Arquivo de broca GCode NC 302
14.2.9 ● Informações do PCB 303
14.2.10 ● Lista de componentes 303
14.2.11 ● Lista de rede 304

Capítulo 15 ● Técnicas de Projeto de PCB

15.1 ● Visão geral 307
15.2 ● Criação de barramentos no Schematic Editor e no PCB Designer do TINA 307
15.3 ● Várias unidades na mesma embalagem 310
15.4 ● Fonte de alimentação dos componentes lógicos 313
15.5 ● Repetição de blocos de circuito (usando a função Copy Macro) 316
15.6 ● Criando uma placa de tecnologia de montagem em superfície de duas camadas e dupla face 320
15.7 ● Criando componentes de PCB 325

Capítulo 16 ● Fazendo Símbolos Esquemáticos e Pegadas

16.1 ● Visão geral 328
16.2 ● Exemplo 328
16.3 ● Usando o assistente IC no editor de símbolos esquemáticos 332
16.4 ● Usando o editor Footprint 335
16.5 ● IC Wizard no Footprint Editor 339
16.5.1 ● Exemplo de projeto 340
16.6 ● Adicionando pegadas de PCB públicas ao TINA 343
16.7 ● Adicionando modelos de impressão 3D pública ao TINA 346

Capítulo 17 ● Usando TINACloud

17.1 ● Visão geral 348
17.2 ● Começando a usar o TINACloud 349
17.3 ● Exemplo de simulação 350
17.4 ● Exemplo de projeto de PCB 355
17.5 ● Compartilhando seu esquema TINA 357

Capítulo 18 ● Outras ferramentas úteis

18.1 ● Visão geral 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Análise de Estresse (Fumaça) 360
18.4 ● Verificação das Regras Elétricas (ERC) 362
18.5 ● Monitor serial 362
18.6 ● Explorador de componentes 362
18.7 ● Localizar componente 363
18.8 ● Circuito de proteção 364
18.9 ● Exportar 365
18.10 ● Importar 365
18.11 ● Fourier série 365
18.12 ● Espectro de Fourier 367
18.13 ● Análise de ruído 367
18.14 ● Análise de dissipação de energia 369
18.15 ● Intérprete 370
18.15.1 ● Exemplo 1 – Circuito RLC 371
18.15.2 ● Exemplo 2 – Circuito DC 373
18.15.3 ● Exemplo 3 – Circuito CA 374
18.15.4 ● Avaliando Integrais 375
18.15.5 ● Resolução de sistema linear de equações 375
18.15.6 ● Diagramas de desenho 376
18.15.7 ● Diagramas Bode 377
18.15.8 ● Definição de sinal 379
18.15.9 ● Funções suportadas 381
18.16 ● Análise de temperatura DC 382
18.17 ● O extrator de parâmetros 382
18.18 ● Editor de Máquina de Estados Finitos 384

Capítulo 19 ● O Gerenciador de Biblioteca

Capítulo 20 ● Matrizes de portas programáveis em campo (FPGA)

20.1 ● Visão geral 391
20.2 ● Programação de placas FPGA com entrada de projeto esquemático usando TINA – Exemplo 1
391
20.3 ● Programação de placas FPGA com entrada de projeto esquemático usando TINA – Exemplo 2
400
20.4 ● Programação de placas FPGA em VHDL com TINA 404
20.5 ● Programação de placas FPGA em Verilog com TINACloud 407
20.6 ● Armazenando o programa na memória não volátil da placa Basys 3 411
20.7 ● Contador de segundos na placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos e 3 dígitos usando TINA com
VHDL415
20.8 ● Contador de botões na placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos e 3 dígitos usando TINA com
VHDL428