Моделирование схемы с помощью TINA Design Suite и TINACloud

Профессор, доктор Доган Ибрагим

В этом электронная книга, самый продаваемый автор Elektor, профессор, доктор Доган Ибрагим, стремится обучать проектированию и анализу электрических и электронных схем и разрабатывать печатные платы с использованием как TINA, так и TINACloud. Книга предназначена для инженеров-электриков/электронщиков, студентов бакалавриата по электронике/электротехнике технических колледжей и университетов, аспирантов и студентов-исследователей, преподавателей и любителей. Предоставляется множество проверенных и работающих примеров моделирования, охватывающих большинство областей аналоговой и цифровой электротехники/электроники. К ним относятся цепи переменного и постоянного тока, диоды, стабилитроны, транзисторные схемы, операционные усилители, лестничные схемы, трехфазные схемы, взаимная индуктивность, схемы выпрямителей, генераторы, схемы активных и пассивных фильтров, цифровая логика, VHDL, микроконтроллеры, переключаемый режим. источники питания, конструкция печатной платы, ряды Фурье и спектр. Читателям не нужно иметь никакого опыта программирования, если они не хотят моделировать сложные схемы MCU.

Содержание:

Глава 1 ● введение

1.1 ● Почему моделирование? 13
1.2 ● Электронное моделирование 14
1.3 ● SPICE моделирование электронных схем 15
1.4 ● Программа TINA 16
1.4.1 ● Схематическое изображение 17
1.4.2 ● Живое 3D Breadboard Инструмент 17
1.4.3 ● Конструкция печатной платы 17
1.4.4 ● Проверка электрических правил (ERC) 17
1.4.5 ● Редактор схемных символов 18
1.4.6 ● Менеджер библиотек 18
1.4.7 ● Поддержка модели IBIS 18
1.4.8 ● Извлечение параметров 18
1.4.9 ● Редактор текста и формул 18
1.4.10 ● Анализ постоянного тока 19
1.4.11 ● Анализ переходных процессов 19
1.4.12 ● Автоматическая конвергенция 19
1.4.13 ● Анализ переходного шума 19
1.4.14 ● Анализ Фурье 19
1.4.15 ● Цифровое моделирование 20
1.4.16 ● Моделирование HDL 20
1.4.17 ● Моделирование микроконтроллера (MCU) 20
1.4.18 ● Редактор блок-схем и отладчик 20
1.4.19 ● Анализ переменного тока 21
1.4.20 ● Сетевой анализ 21
1.4.21 ● Анализ линейного шума переменного тока 21
1.4.22 ● Символьный анализ 21
1.4.23 ● Монте-Карло и анализ наихудшего случая 21
1.4.24 ● Инструмент дизайна 21
1.4.25 ● Оптимизация 22
1.4.26 ● Постпроцессор 22
1.4.27 ● Презентация 22
1.4.28 ● Интерактивный режим 22
1.4.29 ● Виртуальные инструменты 23
1.4.30 ● Тестирование и измерения в реальном времени 23
1.4.31 ● Обучение и экзамен 23
1.4.32 ● Расширение мехатроники 23

Глава 2 ● Версии TINA

2.1 ● Обзор 24
2.2 ● Особенности версии 24
2.3 ● Опции 27
2.4 ● Дополнительное оборудование 27
2.4.1 ● LabXplorer: многофункциональный инструмент для обучения и
возможности дистанционного измерения 27

Глава 3 ● Процедура установки TINA

3.1 ● Требования к оборудованию и программному обеспечению 29
3.2 ● Установка 29
3.3 ● Установка аппаратного ключа (донгла) версии TINA 36
3.4 ● Авторизация защищенной версии программного обеспечения TINA 37

Глава 4 ● Начало работы – Моделирование простых схем

4.1 ● Редактор схем 38
4.2 ● Моделирование 1 – последовательные и параллельные резисторы 39
4.3 ● Моделирование 2 – Цепь резистор – конденсатор 49
4.4 ● Моделирование 3 – Резистор – индукторно-конденсаторная схема 61
4.5 ● Моделирование 4 – Потребляемая мощность – с использованием измерителя мощности 67
4.6 ● Моделирование 5 – Напряжение между компонентами – с использованием вольтметров 69
4.7 ● Моделирование 6 – Ток через компоненты с использованием амперметров 70
4.8 ● Моделирование 7 – Измерение импеданса с помощью измерителя импеданса 71
4.9 ● Моделирование 8 – Измерение сопротивления с помощью омметра 73
4.10 ● Моделирование 9. Отображение напряжения на компонентах с помощью осциллографа 74
4.11 ● Моделирование 10 – Измерение частоты частотомером 78
4.12 ● Моделирование 11 – Анализ цепи переменного тока I 79
4.13 ● Моделирование 12 – Анализ цепи переменного тока II 82
4.14 ● Моделирование 13 – Анализ цепи переменного тока III 84
4.15 ● Моделирование 14 – Теорема Тевенина – Анализ цепи переменного тока 86
4.16 ● Моделирование 15 – Теорема Нортона – Анализ цепи переменного тока 89
4.17 ● 3-фазные цепи 92
4.17.1 ● Моделирование 16 – Анализ 3-фазной схемы, соединенной звездой, с резистивной нагрузкой 93
4.17.2 ● Моделирование 17 – Анализ трехфазной цепи, соединенной звездой, с резистивным и
индуктивная нагрузка 95
4.18 ● Взаимная индуктивность 98
4.18.1 ● Моделирование 18 – Взаимная индуктивность 99

Глава 5 ● Проектирование диодной схемы и моделирование

5.1 ● Моделирование 1 – Простая диодная схема 102
5.2 ● Моделирование 2 – Схема однополупериодного выпрямителя 103
5.3 ● Моделирование 3 – Схема однополупериодного выпрямителя с трансформатором 104
5.4 ● Моделирование 4 – Схема двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с отводом от средней точки 105
5.5 ● Моделирование 5 – Схема двухполупериодного мостового выпрямителя с трансформатором 107
5.6 ● Моделирование 6 – Схема диодного фиксатора 109
5.7 ● Моделирование 7 – Характеристики стабилитрона 110
5.8 ● Моделирование 8 – стабилизатор напряжения на стабилитроне 112
5.9 ● Моделирование 9 – Симметричный ограничитель напряжения на стабилитроне 113
5.10 ● Моделирование 10 – Схема утроения напряжения 114

Глава 6 ● Проектирование и моделирование схемы транзистора

6.1 ● Моделирование 1 – Характеристики биполярного транзистора 118
6.2 ● Моделирование 2 – Усилитель на транзисторе с общим эмиттером – Анализ 119
6.3 ● Моделирование 3 – Усилитель на транзисторе с общим эмиттером – Схема 125
6.4 ● Моделирование 4 – Многокаскадный усилитель на транзисторах с общим эмиттером – Использование подсхем в TINA 127
6.5 ● Список соединений 131
6.6 ● Моделирование 5 – генератор Колпитца на биполярном транзисторе 132
6.7 ● Транзистор как двухпортовая сеть 136
6.7.1 ● Параметры транзистора h 139
6.8 ● Моделирование 6 – транзисторный усилитель с общим истоком на JFET 142
6.9 ● Моделирование 7 – Характеристические кривые транзистора JFET 146
6.10 ● Моделирование 8 – Транзисторный переключатель BJT 147
6.11 ● Тиристоры и симисторы 149
6.11.1 ● Моделирование 9 – Тиристорное управление фазой 149
6.11.2 ● Моделирование 10 – Симисторное управление фазой 151
6.12 ● Усилители мощности звука 153
6.12.1 ● Моделирование 11 – Усилитель мощности звука класса AB 154

Глава 7 ● Проектирование и моделирование схемы операционного усилителя

7.1 ● Основные характеристики 161
7.2 ● Схемы операционных усилителей 162
7.2.1 ● Инвертирующий усилитель 163
7.2.1 ● Инвертирующий усилитель 163
7.2.2 ● Неинвертирующий усилитель 163
7.2.3 ● Повторитель напряжения 164
7.2.4 ● Усилитель-сумматор напряжения 165
7.2.5 ● Вычитатель напряжения 166
7.2.6 ● Интегратор напряжения 167
7.2.7 ● Дифференциатор напряжения 168
7.2.8 ● Преобразователь тока в напряжение 169
7.3 ● Моделирование 1 – инвертирующий усилитель 171
7.4 ● Моделирование 2 – Суммирующий усилитель 174
7.5 ● Моделирование 3 – Интегрирующий усилитель напряжения 175
7.6 ● Моделирование 4 – Схема однополупериодного выпрямителя 176
7.7 ● Инструмент дизайна 178
7.7.1 ● Моделирование 5 – Пример проекта 178
7.8 ● Оптимизация 180
7.8.1 ● Моделирование 6 – Пример проекта – Цепь переменного тока 183
7.8.2 ● Моделирование 7 – Пример проекта – Цепь постоянного тока 185
7.9 ● Синусоидальные генераторы. 187
7.9.1 ● Моделирование 8 – Генератор фазового сдвига 187
7.9.2 ● Моделирование 9 – Генератор моста Вина 189
7.9.3 ● Моделирование 10 – Осциллятор Колпитца 192
7.10 ● Генераторы прямоугольных импульсов 194
7.10.1 ● Моделирование 11 – Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе 194
7.10.2 ● Моделирование 12 – интегральная схема 555 196

Глава 8 ● Проектирование и моделирование схемы фильтра

8.1 ● Фильтры TINA 199
8.2 ● Моделирование 1 – Разработка активного фильтра нижних частот 2-го порядка 201
8.3 ● Моделирование 2 – Разработка активного фильтра нижних частот более высокого порядка 206
8.4 ● Моделирование 3 – Разработка активного фильтра верхних частот 207
8.5 ● Моделирование 4 – Разработка полосового активного фильтра 209
8.6 ● Моделирование 5 – Проектирование пассивного фильтра нижних частот 210

Глава 9 ● Проектирование и моделирование цифровых логических схем

9.1 ● Цифровое логическое моделирование с использованием TINA 212
9.2 ● Моделирование 1 – Простой логический элемент И 212
9.3 ● Моделирование 2 – полусумматор с использованием вентилей 215
9.4 ● Моделирование 3 – 2-битный синхронный счетчик 216
9.5 ● Моделирование 4 – 7-сегментный светодиодный дисплей 217
9.6 ● Моделирование 5 – 4-битный двоичный счетчик с логическими индикаторами 218
9.7 ● Моделирование 6 – 4-битный декадный счетчик с 7-сегментным дисплеем 219
9.8 ● Моделирование 7 – 8-битный декадный счетчик с двумя 7-сегментными дисплеями 220
9.9 ● Моделирование 8 – 4-битный декадный счетчик и 7-сегментный дисплей – Использование 4-битного генератора данных 221
9.10 ● Моделирование 9 – Создание полного сумматора – с помощью MACRO 223
9.11 ● Использование языков описания оборудования (HDL) 225
9.11.1 ● Использование моделирования VHDL в TINA для анализа цифровых схем 226
9.11.2 ● Моделирование 10 – Схема полусумматора – VHDL 226
9.11.3 ● Моделирование 11 – Схема счетчика – VHDL 230
9.11.4 ● Отладчик VHDL 233
9.12 ● Использование моделирования Verilog в TINA для анализа цифровых схем 235

Глава 10 ● Инструмент логического проектирования

Глава 11 ● Моделирование микроконтроллеров

11.1 ● Обзор 246
11.2 ● Использование редактора блок-схем 246
11.2.1 ● Моделирование 1 – Поочередно мигающие 2 светодиода – микроконтроллер серии PIC 246
11.2.2 ● Моделирование 2 – 4-битный прямой/обратный счетчик с шестнадцатеричным дисплеем – микроконтроллер серии PIC 249
11.2.3 ● Отладка блок-схемы 252
11.3 ● Использование программирования на ассемблере 253
11.3.1 ● Моделирование 3 – Счетчик – микроконтроллер серии PIC 253
11.3.2 ● Изменение ассемблерного кода 255
11.3.3 ● Отладка кода ASM 256
11.4 ● Использование программирования на C 257
11.4.1 ● Моделирование 4 – Счетчик – микроконтроллер ATTINY13 258
11.4.2 ● Моделирование 5 – Светофоры – микроконтроллер ATTINY13 261
11.4.3 ● Моделирование 6 — ЖК-счетчик — Arduino Uno 263
11.4.4 ● Моделирование 7 – Секвенсор светофора – микроконтроллер PIC 266
11.4.5 ● Моделирование 8 – Мигающая лампочка – микроконтроллер STM32 268
11.5 ● Устройства памяти 272
11.5.1 ● Моделирование 9 – 2-битный x 2-битный цифровой умножитель – ПЗУ. 272
11.5.2 ● Моделирование 10 – 4-битный двоичный счетчик с двумя шестнадцатеричными дисплеями – память ПЗУ. 275

Глава 12 ● Схемы релейной логики

12.1 ● Обзор . 278
12.2 ● Моделирование 1 – Лестничная логика со светом и мотором 278
12.3 ● Компоненты релейной логики как компоненты цифровой логики 279
12.4 ● Цепь фиксации 281
12.4.1 ● Моделирование 2 – Цепь двигателя блокировки 281
12.4.2 ● Моделирование 3 – Управление двигателем вперед/назад 283
12.4.3 ● Моделирование 4 – Контроллер конвейерной ленты 284

Глава 13 ● Схемы импульсных источников питания (SMPS)

13.1 ● Обзор . 286
13.2 ● Моделирование 1 – схема SMPS TPS61031 286

Глава 14 ● Конструкция печатной платы (PCB)

14.1 ● Обзор 293
14.2 ● Схема мультивибратора на биполярных транзисторах проект 293
14.2.1 ● Дизайн 294
14.2.2 ● Моделирование 294
14.2.3 ● Проверка имен посадочных мест 295
14.2.4 ● Анализ напряжения 297
14.2.5 ● Сохраните схему 297
14.2.6 ● Запустите программу TINA PCB. 298
14.2.7 ● Gerber-файл 302
14.2.8 ● Файл сверла GCode NC 302
14.2.9 ● Информация о плате 303
14.2.10 ● Список компонентов 303
14.2.11 ● Список соединений 304

Глава 15 ● Методы проектирования печатных плат

15.1 ● Обзор 307
15.2 ● Создание шин в редакторе схем и конструкторе плат TINA 307
15.3 ● Несколько единиц в одной упаковке 310
15.4 ● Питание логических компонентов 313
15.5 ● Повторяющиеся блоки цепей (с использованием функции копирования макроса) 316
15.6 ● Создание двухслойной двусторонней технологической платы для поверхностного монтажа 320
15.7 ● Создание компонентов платы 325

Глава 16 ● Создание схемных символов и посадочных мест

16.1 ● Обзор 328
16.2 ● Пример 328
16.3 ● Использование мастера ИС в редакторе схемных символов 332
16.4 ● Использование редактора посадочных мест 335
16.5 ● Мастер ИС в редакторе посадочных мест 339
16.5.1 ● Пример исполнения 340
16.6 ● Добавление общедоступных посадочных мест печатных плат в TINA 343
16.7 ● Добавление общедоступных 3D-моделей в TINA 346

Глава 17 ● Использование TINACloud

17.1 ● Обзор 348
17.2 ● Начало использования TINACloud 349
17.3 ● Пример моделирования 350
17.4 ● Пример конструкции печатной платы 355
17.5 ● Совместное использование схемы TINA 357

Глава 18 ● Другие полезные инструменты

18.1 ● Обзор 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Анализ стресса (дыма) 360
18.4 ● Проверка электрических правил (ERC) 362
18.5 ● Последовательный монитор 362
18.6 ● Обозреватель компонентов 362
18.7 ● Найти компонент 363
18.8 ● Цепь защиты 364
18.9 ● Экспорт 365
18.10 ● Импорт 365
18.11 ● Ряд Фурье 365
18.12 ● Спектр Фурье 367
18.13 ● Анализ шума 367
18.14 ● Анализ рассеиваемой мощности 369
18.15 ● Переводчик 370
18.15.1 ● Пример 1 – RLC-цепь 371
18.15.2 ● Пример 2 – Цепь постоянного тока 373
18.15.3 ● Пример 3 – Цепь переменного тока 374
18.15.4 ● Вычисление интегралов 375
18.15.5 ● Решение линейной системы уравнений 375
18.15.6 ● Рисование диаграмм 376
18.15.7 ● Диаграммы Боде 377
18.15.8 ● Определение сигнала 379
18.15.9 ● Поддерживаемые функции 381
18.16 ● Анализ температуры постоянного тока 382
18.17 ● Экстрактор параметров 382
18.18 ● Редактор конечного автомата 384

Глава 19 ● Менеджер библиотеки

Глава 20 ● Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA)

20.1 ● Обзор 391
20.2 ● Программирование плат FPGA с вводом схемы с использованием TINA — пример 1
391
20.3 ● Программирование плат FPGA с вводом схемы с использованием TINA — пример 2
400
20.4 ● Программирование плат FPGA на VHDL с помощью TINA 404
20.5 ● Программирование плат FPGA в Verilog с помощью TINACloud 407
20.6 ● Сохранение программы в энергонезависимой памяти платы Basys 3 411
20.7 ● Счетчик секунд на 7-сегментной 4-разрядной плате Basys 3 FPGA с использованием TINA с
ВХДЛ 415
20.8 ● Кнопочный счетчик на 7-сегментной 4-разрядной плате Basys 3 FPGA с использованием TINA с
ВХДЛ 428

Глава 21 ● Дополнительная информация

21.1 ● Веб-сайт TINA 431
21.2 ● ТИНА-ТИ 434
21.3 ● Другие полезные ссылки 434
21.4 ● Файлы справки TINA 435
● Эпилог 436
● Индекс 437