Simulacija vezja s TINA Design Suite in TINACloud

Prof. dr. Dogan Ibrahim

V tem primeru e-knjige, najbolj prodajan avtor Elektorja, prof. dr. Dogan Ibrahim, želi poučevati načrtovanje in analizo električnih in elektronskih vezij ter razvijati plošče PCB z uporabo TINA in TINACloud. Knjiga je namenjena inženirjem elektrotehnike/elektronike, študentom dodiplomskega študija elektronike/elektrotehnike na tehničnih fakultetah in univerzah, podiplomskim študentom in raziskovalcem, učiteljem in ljubiteljem. Na voljo je veliko preizkušenih in delujočih primerov simulacij, ki pokrivajo večino področij analognega in digitalnega električnega/elektronskega inženiringa. Sem spadajo vezja AC in DC, diode, zener diode, tranzistorska vezja, operacijski ojačevalniki, lestvični diagrami, 3-fazna vezja, medsebojna induktivnost, usmerniška vezja, oscilatorji, aktivna in pasivna filtrska vezja, digitalna logika, VHDL, MCU-ji, preklopni način napajalniki, načrtovanje PCB, Fourierjeve vrste in spekter. Bralcem ni treba imeti izkušenj s programiranjem, razen če želijo simulirati kompleksna vezja MCU.

Kazalo:

Poglavje 1 ● Uvod

1.1 ● Zakaj simulacija? 13
1.2 ● Elektronska simulacija 14
1.3 ● SPICE modeliranje elektronskih vezij 15
1.4 ● Program TINA 16
1.4.1 ● Shematski zajem 17
1.4.2 ● 3D v živo Breadboard Orodje 17
1.4.3 ● Oblikovanje PCB 17
1.4.4 ● Preverjanje električnih pravil (ERC) 17
1.4.5 ● Urejevalnik shematskih simbolov 18
1.4.6 ● Upravitelj knjižnice 18
1.4.7 ● Podpora modelu IBIS 18
1.4.8 ● Ekstraktor parametrov 18
1.4.9 ● Urejevalnik besedil in enačb 18
1.4.10 ● Analiza enosmernega toka 19
1.4.11 ● Analiza prehodnosti 19
1.4.12 ● Samodejna konvergenca 19
1.4.13 ● Analiza prehodnega šuma 19
1.4.14 ● Fourierjeva analiza 19
1.4.15 ● Digitalna simulacija 20
1.4.16 ● Simulacija HDL 20
1.4.17 ● Simulacija mikrokrmilnika (MCU) 20
1.4.18 ● Urejevalnik diagramov poteka in razhroščevalnik 20
1.4.19 ● AC analiza 21
1.4.20 ● Analiza omrežja 21
1.4.21 ● Analiza hrupa linearnega izmeničnega toka 21
1.4.22 ● Simbolična analiza 21
1.4.23 ● Monte-Carlo in analiza najslabšega možnega primera 21
1.4.24 ● Orodje za načrtovanje 21
1.4.25 ● Optimizacija 22
1.4.26 ● Postprocesor 22
1.4.27 ● Predstavitev 22
1.4.28 ● Interaktivni način 22
1.4.29 ● Virtualni instrumenti 23
1.4.30 ● Testi in meritve v realnem času 23
1.4.31 ● Usposabljanje in izpit 23
1.4.32 ● Razširitev Mehatronika 23

Poglavje 2 ● Različice TINA

2.1 ● Pregled 24
2.2 ● Funkcije različice 24
2.3 ● Možnosti 27
2.4 ● Dodatna strojna oprema 27
2.4.1 ● LabXplorer: večnamenski instrument za izobraževanje in usposabljanje z lokalnimi in
zmožnosti merjenja na daljavo 27

Poglavje 3 ● Postopek namestitve TINA

3.1 ● Zahteve za strojno in programsko opremo 29
3.2 ● Namestitev 29
3.3 ● Namestitev različice strojnega ključa (ključa) TINA 36
3.4 ● Avtorizacija programsko zaščitene različice TINA 37

Poglavje 4 ● Kako začeti – Simulacija preprostih vezij

4.1 ● Urejevalnik shem 38
4.2 ● Simulacija 1 – Zaporedni in vzporedni upori 39
4.3 ● Simulacija 2 – vezje upor – kondenzator 49
4.4 ● Simulacija 3 – Upor – vezje induktor-kondenzator 61
4.5 ● Simulacija 4 – Poraba energije – z uporabo merilnika moči 67
4.6 ● Simulacija 5 – Napetost med komponentami – z uporabo voltmetrov 69
4.7 ● Simulacija 6 – Tok skozi komponente z uporabo ampermetrov 70
4.8 ● Simulacija 7 – Merjenje impedance z merilnikom impedance 71
4.9 ● Simulacija 8 – Merjenje upora z ohmmetrom 73
4.10 ● Simulacija 9 – risanje napetosti med komponentami z uporabo komponente osciloskopa 74
4.11 ● Simulacija 10 – Merjenje frekvence z merilnikom frekvence 78
4.12 ● Simulacija 11 – analiza AC tokokroga I 79
4.13 ● Simulacija 12 – analiza AC tokokroga II 82
4.14 ● Simulacija 13 – Analiza AC tokokroga III 84
4.15 ● Simulacija 14 – Theveninov izrek – analiza AC tokokroga 86
4.16 ● Simulacija 15 – Nortonov izrek – analiza AC tokokroga 89
4.17 ● 3-fazna vezja 92
4.17.1 ● Simulacija 16 – 3-fazna zvezda povezana analiza vezja z uporovno obremenitvijo 93
4.17.2 ● Simulacija 17 – 3-fazna zvezda povezana analiza vezja z uporovno in
induktivna obremenitev 95
4.18 ● Medsebojna induktivnost 98
4.18.1 ● Simulacija 18 – Medsebojna induktivnost 99

Poglavje 5 ● Načrtovanje in simulacija diodnega vezja

5.1 ● Simulacija 1 – Enostavno diodno vezje 102
5.2 ● Simulacija 2 – Polvalovno usmerniško vezje 103
5.3 ● Simulacija 3 – Polvalovno usmerniško vezje s transformatorjem 104
5.4 ● Simulacija 4 – Polnovalno usmerniško vezje s transformatorjem s sredinskim odcepom 105
5.5 ● Simulacija 5 – Polnovalno mostično usmerniško vezje s transformatorjem 107
5.6 ● Simulacija 6 – Vezje diodnih sponk 109
5.7 ● Simulacija 7 – Karakteristike zener diode 110
5.8 ● Simulacija 8 – Regulator napetosti Zener diode 112
5.9 ● Simulacija 9 – Simetrični omejevalnik napetosti Zener diode 113
5.10 ● Simulacija 10 – Potrojevalnik napetosti 114

Poglavje 6 ● Načrt in simulacija tranzistorskega vezja

6.1 ● Simulacija 1 – Karakteristike bipolarnega tranzistorja 118
6.2 ● Simulacija 2 – Tranzistorski ojačevalnik s skupnim emiterjem – Analiza 119
6.3 ● Simulacija 3 – Tranzistorski ojačevalnik s skupnim emiterjem – Dizajn 125
6.4 ● Simulacija 4 – Večstopenjski tranzistorski ojačevalnik s skupnim emiterjem – Uporaba podvezij v TINA 127
6.5 ● Netlist 131
6.6 ● Simulacija 5 – BJT tranzistor Colpittsov oscilator 132
6.7 ● Tranzistor kot dvoportno omrežje 136
6.7.1 ● Parametri h tranzistorja 139
6.8 ● Simulacija 6 – JFET tranzistorski ojačevalnik skupnega vira 142
6.9 ● Simulacija 7 – karakteristične krivulje tranzistorja JFET 146
6.10 ● Simulacija 8 – BJT tranzistorsko stikalo 147
6.11 ● Tiristorji in triaki 149
6.11.1 ● Simulacija 9 – Tiristorsko fazno krmiljenje 149
6.11.2 ● Simulacija 10 – Fazni nadzor triaka 151
6.12 ● Avdio ojačevalniki moči 153
6.12.1 ● Simulacija 11 – zvočni ojačevalnik moči razreda AB 154

Poglavje 7 ● Načrtovanje in simulacija vezja operacijskega ojačevalnika

7.1 ● Ključne značilnosti 161
7.2 ● Vezja operacijskega ojačevalnika 162
7.2.1 ● Invertni ojačevalnik 163
7.2.1 ● Invertni ojačevalnik 163
7.2.2 ● Neinvertirajoči ojačevalnik 163
7.2.3 ● Sledilnik napetosti 164
7.2.4 ● Ojačevalnik napetosti 165
7.2.5 ● Odštevalnik napetosti 166
7.2.6 ● Integrator napetosti 167
7.2.7 ● Diferenciator napetosti 168
7.2.8 ● Pretvornik toka v napetost 169
7.3 ● Simulacija 1 – Invertni ojačevalnik 171
7.4 ● Simulacija 2 – Summing ojačevalnik 174
7.5 ● Simulacija 3 – Napetostni integrirani ojačevalnik 175
7.6 ● Simulacija 4 – Polvalovno usmerniško vezje 176
7.7 ● Orodje za načrtovanje 178
7.7.1 ● Simulacija 5 – Primer načrta 178
7.8 ● Optimizacija 180
7.8.1 ● Simulacija 6 – Primer načrtovanja – AC tokokrog 183
7.8.2 ● Simulacija 7 – Primer načrtovanja – DC tokokrog 185
7.9 ● Sinusni oscilatorji . 187
7.9.1 ● Simulacija 8 – Oscilator s faznim zamikom 187
7.9.2 ● Simulacija 9 – Oscilator Wien Bridge 189
7.9.3 ● Simulacija 10 – Colpittov oscilator 192
7.10 ● Generatorji kvadratnih valov 194
7.10.1 ● Simulacija 11 – Generator kvadratnega valovanja operacijskega ojačevalnika 194
7.10.2 ● Simulacija 12 – 555 integrirano vezje 196

Poglavje 8 ● Načrtovanje in simulacija filtrskega vezja

8.1 ● Filtri TINA 199
8.2 ● Simulacija 1 – Oblikovanje nizkopasovnega aktivnega filtra 2. reda 201
8.3 ● Simulacija 2 – Oblikovanje nizkopasovnega aktivnega filtra višjega reda 206
8.4 ● Simulacija 3 – Oblikovanje visokoprepustnega aktivnega filtra 207
8.5 ● Simulacija 4 – Oblikovanje pasovno prepustnega aktivnega filtra 209
8.6 ● Simulacija 5 – Oblikovanje nizkopasovnega pasivnega filtra 210

Poglavje 9 ● Oblikovanje in simulacija digitalnih logičnih vezij

9.1 ● Digitalna logična simulacija z uporabo TINA 212
9.2 ● Simulacija 1 – Enostavna vrata IN 212
9.3 ● Simulacija 2 – Polseštevalnik z uporabo vrat 215
9.4 ● Simulacija 3 – 2-bitni sinhroni števec 216
9.5 ● Simulacija 4 – 7-segmentni LED zaslon 217
9.6 ● Simulacija 5 – 4-bitni binarni števec z logičnimi indikatorji 218
9.7 ● Simulacija 6 – 4-bitni dekadni števec s 7-segmentnim prikazom 219
9.8 ● Simulacija 7 – 8-bitni desetletni števec z dvema 7-segmentnima zaslonoma 220
9.9 ● Simulacija 8 – 4-bitni desetletni števec in 7-segmentni prikaz – Uporaba 4-bitnega generatorja podatkov 221
9.10 ● Simulacija 9 – Ustvarjanje polnega seštevalnika – z uporabo MACRO 223
9.11 ● Uporaba jezikov za opis strojne opreme (HDL) 225
9.11.1 ● Uporaba simulacije VHDL v TINA za analizo digitalnih vezij 226
9.11.2 ● Simulacija 10 – Vezje polseštevalnika – VHDL 226
9.11.3 ● Simulacija 11 – vezje števca – VHDL 230
9.11.4 ● Razhroščevalnik VHDL 233
9.12 ● Uporaba simulacije Verilog v TINA za analizo digitalnih vezij 235

Poglavje 10 ● Logic Design Tool

Poglavje 11 ● Simulacija mikrokrmilnikov

11.1 ● Pregled 246
11.2 ● Uporaba urejevalnika diagramov poteka 246
11.2.1 ● Simulacija 1 – 2 izmenično utripajoči LED diodi – mikrokrmilnik serije PIC 246
11.2.2 ● Simulacija 2 – 4-bitni števec gor/dol s šestnajstiškim zaslonom – mikrokrmilnik serije PIC 249
11.2.3 ● Razhroščevanje diagrama poteka 252
11.3 ● Uporaba programiranja sklopa 253
11.3.1 ● Simulacija 3 – števec – mikrokrmilnik serije PIC 253
11.3.2 ● Spreminjanje asm kode 255
11.3.3 ● Odpravljanje napak kode ASM 256
11.4 ● Uporaba C programiranja 257
11.4.1 ● Simulacija 4 – števec – mikrokrmilnik ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulacija 5 – Semaforji – mikrokrmilnik ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulacija 6 – LCD števec – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulacija 7 – Sekvencer semaforja – mikrokrmilnik PIC 266
11.4.5 ● Simulacija 8 – Utripajoča lučka – mikrokrmilnik STM32 268
11.5 ● Pomnilniške naprave 272
11.5.1 ● Simulacija 9 – 2-bitni x 2-bitni digitalni množitelj – pomnilnik ROM. 272
11.5.2 ● Simulacija 10 – 4-bitni binarni števec z dvema hex zaslonoma – pomnilnik ROM. 275

Poglavje 12 ● Lestvična logična vezja

12.1 ● Pregled . 278
12.2 ● Simulacija 1 – lestvena logika z lučjo in motorjem 278
12.3 ● Komponente lestvične logike kot digitalne logične komponente 279
12.4 ● Zaskočno vezje 281
12.4.1 ● Simulacija 2 – Zaskočno vezje motorja 281
12.4.2 ● Simulacija 3 – krmiljenje motorja naprej/nazaj 283
12.4.3 ● Simulacija 4 – krmilnik tekočega traku 284

Poglavje 13 ● Preklopna napajalna vezja (SMPS)

13.1 ● Pregled . 286
13.2 ● Simulacija 1 – TPS61031 SMPS vezje 286

Poglavje 14 ● Oblikovanje tiskanega vezja (PCB).

14.1 ● Pregled 293
14.2 ● Multivibratorsko vezje bipolarnega tranzistorja projekt 293
14.2.1 ● Oblikovanje 294
14.2.2 ● Simulacija 294
14.2.3 ● Preverite imena odtisov 295
14.2.4 ● Analiza napetosti 297
14.2.5 ● Shranite svojo shemo 297
14.2.6 ● Zaženite program TINA PCB. 298
14.2.7 ● Gerberjeva datoteka 302
14.2.8 ● GCode NC vrtalna datoteka 302
14.2.9 ● Informacije o PCB 303
14.2.10 ● Seznam komponent 303
14.2.11 ● Netlist 304

Poglavje 15 ● Tehnike oblikovanja PCB

15.1 ● Pregled 307
15.2 ● Ustvarjanje vodil v urejevalniku shem in oblikovalcu tiskanih vezij TINA 307
15.3 ● Več enot v istem paketu 310
15.4 ● Napajanje logičnih komponent 313
15.5 ● Ponavljajoči se bloki vezja (z uporabo funkcije kopiranja makra) 316
15.6 ● Ustvarjanje dvoslojne, dvostranske tehnološke plošče za površinsko montažo 320
15.7 ● Izdelava komponent PCB 325

Poglavje 16 ● Izdelava shematskih simbolov in odtisov

16.1 ● Pregled 328
16.2 ● Primer 328
16.3 ● Uporaba čarovnika IC v urejevalniku shematskih simbolov 332
16.4 ● Uporaba urejevalnika Footprint 335
16.5 ● Čarovnik za IC v urejevalniku Footprint Editor 339
16.5.1 ● Primer načrta 340
16.6 ● Dodajanje javnih odtisov PCB v TINA 343
16.7 ● Dodajanje javnih modelov 3D Footprint v TINA 346

Poglavje 17 ● Uporaba TINACloud

17.1 ● Pregled 348
17.2 ● Začetek uporabe TINACloud 349
17.3 ● Primer simulacije 350
17.4 ● Primer zasnove PCB 355
17.5 ● Deljenje vaše sheme TINA 357

Poglavje 18 ● Druga uporabna orodja

18.1 ● Pregled 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Analiza napetosti (dima) 360
18.4 ● Preverjanje električnih pravil (ERC) 362
18.5 ● Serijski monitor 362
18.6 ● Raziskovalec komponent 362
18.7 ● Poiščite komponento 363
18.8 ● Zaščitite vezje 364
18.9 ● Izvozi 365
18.10 ● Uvozi 365
18.11 ● Fourierjeva vrsta 365
18.12 ● Fourierjev spekter 367
18.13 ● Analiza šuma 367
18.14 ● Analiza disipacije moči 369
18.15 ● Tolmač 370
18.15.1 ● Primer 1 – RLC vezje 371
18.15.2 ● Primer 2 – enosmerni tokokrog 373
18.15.3 ● Primer 3 – izmenični tokokrog 374
18.15.4 ● Vrednotenje integralov 375
18.15.5 ● Reševanje linearnega sistema enačb 375
18.15.6 ● Risanje diagramov 376
18.15.7 ● Bodejevi diagrami 377
18.15.8 ● Definicija signala 379
18.15.9 ● Podprte funkcije 381
18.16 ● Analiza enosmerne temperature 382
18.17 ● Ekstraktor parametrov 382
18.18 ● Urejevalnik končnega avtomata 384

Poglavje 19 ● Upravitelj knjižnice

Poglavje 20 ● Nizi vrat, ki jih je mogoče programirati (FPGA)

20.1 ● Pregled 391
20.2 ● Programiranje plošč FPGA z vnosom shematskega načrta z uporabo TINA – Primer 1
391
20.3 ● Programiranje plošč FPGA z vnosom shematskega načrta z uporabo TINA – Primer 2
400
20.4 ● Programiranje plošč FPGA v VHDL s TINA 404
20.5 ● Programiranje plošč FPGA v Verilogu s TINACloud 407
20.6 ● Shranjevanje programa v obstojnem pomnilniku plošče Basys 3 411
20.7 ● Števec sekund na 7-segmentni 4-mestni plošči Basys 3 FPGA z uporabo TINA z
VHDL 415
20.8 ● Števec tipk na 7-segmentni 4-mestni plošči Basys 3 FPGA z uporabo TINA z
VHDL 428

Poglavje 21 ● Dodatne informacije

21.1 ● Spletna stran TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Druge uporabne povezave 434
21.4 ● Datoteke pomoči TINA 435
● Epilog 436
● Indeks 437