Симулација кола са ТИНА Десигн Суите-ом и ТИНАЦлоуд-ом

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

У ово Е-боок, најпродаванији Електор аутор, проф. др Доган Ибрахим има за циљ да подучава дизајн и анализу електричних и електронских кола и развија ПЦБ плоче користећи ТИНА и ТИНАЦлоуд. Књига је намењена инжењерима електротехнике/електронике, студентима основних студија електронике/електротехнике на техничким факултетима и универзитетима, постдипломским и истраживачким студентима, наставницима и хобистима. Дати су многи тестирани и радни симулациони примери који покривају већину области аналогног и дигиталног електро/електронског инжењерства. Ово укључује АЦ и ДЦ кола, диоде, зенер диоде, транзисторска кола, операциона појачала, лествичасте дијаграме, 3-фазна кола, међусобну индуктивност, исправљачка кола, осцилаторе, активна и пасивна филтерска кола, дигиталну логику, ВХДЛ, МЦУ, прекидач-режим напајања, дизајн ПЦБ-а, Фуријеова серија и спектар. Читаоци не морају да имају искуство у програмирању осим ако не желе да симулирају сложена МЦУ кола.

Преглед садржаја:

Глава КСНУМКС ● Увод

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Електронска симулација 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● Програм ТИНА 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● Ливе 3Д Breadboard Tool 17
1.4.3 ● Дизајн ПЦБ 17
1.4.4 ● Провера електричних правила (ЕРЦ) 17
1.4.5 ● Уређивач шематских симбола 18
1.4.6 ● Менаџер библиотеке 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Уређивач текста и једначина 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Анализа транзијента 19
1.4.12 ● Аутоматска конвергенција 19
1.4.13 ● Анализа пролазне буке 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● ХДЛ симулација 20
1.4.17 ● Симулација микроконтролера (МЦУ) 20
1.4.18 ● Уређивач дијаграма тока и програм за отклањање грешака 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-Царло и анализа најгорег случаја 21
1.4.24 ● Алат за дизајн 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Постпроцесор 22
1.4.27 ● Презентација 22
1.4.28 ● Интерактивни режим 22
1.4.29 ● Виртуелни инструменти 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Обука и испит 23
1.4.32 ● Мехатроника Ектенсион 23

Поглавље 2 ● ТИНА верзије

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Карактеристике верзије 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● ЛабКсплорер: Мултифункционални инструмент за образовање и обуку са локалним и
могућности даљинског мерења 27

Поглавље 3 ● Процедура инсталације ТИНА

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Инсталација 29
3.3 ● Инсталирање хардверског кључа (донгле) верзије ТИНА 36
3.4 ● Ауторизација софтверски заштићене верзије ТИНА 37

Поглавље 4 ● Почетак – Симулација једноставних кола

4.1 ● Уређивач шема 38
4.2 ● Симулација 1 – Серијски и паралелни отпорници 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Симулација 3 – Отпорник – коло индуктор-кондензатор 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Симулација 5 – Напон између компоненти – коришћењем волтметара 69
4.7 ● Симулација 6 – Струја кроз компоненте помоћу амперметара 70
4.8 ● Симулација 7 – Мерење импедансе помоћу мерача импедансе 71
4.9 ● Симулација 8 – Мерење отпора помоћу омаметра 73
4.10 ● Симулација 9 – Исцртавање напона на компонентама помоћу компоненте осцилоскопа 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 кола наизменичне струје ИИ 82
4.14 ● Симулација 13 – Анализа кола наизменичне струје ИИИ 84
4.15 ● Симулација 14 – Тевенинова теорема – Анализа кола наизменичне струје 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 3-фазна кола 92
4.17.1 ● Симулација 16 – анализа кола спојеног у 3 фазе звезда са отпорним оптерећењем 93
4.17.2 ● Симулација 17 – 3-фазна анализа кола спојених звезда са отпорним и
индуктивно оптерећење 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Симулација 18 – Међусобна индуктивност 99

Поглавље 5 ● Дизајн и симулација диодног кола

5.1 ● Симулација 1 – Једноставна диодна кола 102
5.2 ● Симулација 2 – Коло полуталасног исправљача 103
5.3 ● Симулација 3 – Коло полуталасног исправљача са трансформатором 104
5.4 ● Симулација 4 – пуноталасно исправљачко коло са централним трансформатором 105
5.5 ● Симулација 5 – Пуноталасно мостно исправљачко коло са трансформатором 107
5.6 ● Симулација 6 – Диодно коло 109
5.7 ● Симулација 7 – Карактеристике Зенер диоде 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 троструко коло 114

Поглавље 6 ● Дизајн и симулација транзисторског кола

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 – Вишестепени транзисторски појачивач са заједничким емитером – Коришћење подкола у ТИНА 127
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Симулација 5 – БЈТ транзистор Колпитсов осцилатор 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● Симулација 6 – ЈФЕТ транзисторско појачало са заједничким извором 142
6.9 ● Симулација 7 – карактеристичне криве ЈФЕТ транзистора 146
6.10 ● Симулација 8 – БЈТ транзисторски прекидач 147
6.11 ● Тиристори и тријаци 149
6.11.1 ● Симулација 9 – Фазна контрола тиристора 149
6.11.2 ● Симулација 10 – Контрола фазе тријака 151
6.12 ● Појачала аудио снаге 153
6.12.1 ● Симулација 11 – Појачало аудио снаге класе АБ 154

Поглавље 7 ● Дизајн и симулација кола оперативног појачала

7.1 ● Кључне карактеристике 161
7.2 ● Кола оперативног појачала 162
7.2.1 ● Инвертујуће појачало 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Неинвертујући појачавач 163
7.2.3 ● Пратилац напона 164
7.2.4 ● Појачало за сабирање напона 165
7.2.5 ● Одузимање напона 166
7.2.6 ● Интегратор напона 167
7.2.7 ● Диференцијатор напона 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● Симулација 1 – Инвертујуће појачало 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Симулација 3 – Појачало за интегрисање напона 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● Алат за дизајн 178
7.7.1 ● Симулација 5 – Пример дизајна 178
7.8 ● Оптимизација 180
7.8.1 ● Симулација 6 – Пример дизајна – АЦ коло 183
7.8.2 ● Симулација 7 – Пример дизајна – ДЦ коло 185
7.9 ● Синусоидни осцилатори. 187
7.9.1 ● Симулација 8 – Осцилатор померања фазе 187
7.9.2 ● Симулација 9 – Осцилатор Бечког моста 189
7.9.3 ● Симулација 10 – Колпитсов осцилатор 192
7.10 ● Генератори правокутних таласа 194
7.10.1 ● Симулација 11 – Оперативни појачавач генератор правоугаоног таласа 194
7.10.2 ● Симулација 12 – 555 интегрисано коло 196

Поглавље 8 ● Дизајн и симулација филтерског кола

8.1 ● ТИНА филтери 199
8.2 ● Симулација 1 – Дизајнирање нископропусног активног филтера другог реда 2
8.3 ● Симулација 2 – Дизајнирање нископропусног активног филтера вишег реда 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● Симулација 4 – Пројектовање активног филтера пропусног опсега 209
8.6 ● Симулација 5 – Пројектовање нископропусног пасивног филтера 210

Поглавље 9 ● Дизајн и симулација дигиталног логичког кола

9.1 ● Дигитална логичка симулација помоћу ТИНА 212
9.2 ● Симулација 1 – Једноставна И капија 212
9.3 ● Симулација 2 – Полусабирач помоћу капије 215
9.4 ● Симулација 3 – 2-битни синхрони бројач 216
9.5 ● Симулација 4 – 7-сегментни ЛЕД дисплеј 217
9.6 ● Симулација 5 – 4-битни бинарни бројач са логичким индикаторима 218
9.7 ● Симулација 6 – 4-битни бројач деценија са 7-сегментним дисплејом 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● Симулација 8 – 4-битни бројач деценија и 7-сегментни дисплеј – Коришћење 4-битног генератора података 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Коришћење језика описа хардвера (ХДЛ) 225
9.11.1 ● Коришћење ВХДЛ симулације у ТИНА за анализу дигиталних кола 226
9.11.2 ● Симулација 10 – Коло полусабирача – ВХДЛ 226
9.11.3 ● Симулација 11 – Коло бројача – ВХДЛ 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● Коришћење Верилог симулације у ТИНА за анализу дигиталних кола 235

Поглавље 10 ● Алат за логички дизајн

Поглавље 11 ● Симулација микроконтролера

11.1 ● Преглед 246
11.2 ● Коришћење уређивача дијаграма тока 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 ● Отклањање грешака у дијаграму тока 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● Измена асм кода 255
11.3.3 ● Отклањање грешака у АСМ коду 256
11.4 ● Коришћење Ц програмирања 257
11.4.1 ● Симулација 4 – Бројач – АТТИНИ13 микроконтролер 258
11.4.2 ● Симулација 5 – Семафори – АТТИНИ13 микроконтролер 261
11.4.3 ● Симулација 6 – ЛЦД бројач – Ардуино Уно 263
11.4.4 ● Симулација 7 – Семафор – ПИЦ микроконтролер 266
11.4.5 ● Симулација 8 – Трепћуће светло – СТМ32 микроконтролер 268
11.5 ● Меморијски уређаји 272
11.5.1 ● Симулација 9 – 2-битни к 2-битни дигитални множилац – РОМ меморија. 272
11.5.2 ● Симулација 10 – 4-битни бинарни бројач са два хексадецимална приказа – РОМ меморија. 275

Поглавље 12 ● Ладер логичка кола

12.1 ● Преглед . 278
12.2 ● Симулација 1 – Ладер логика са светлом и мотором 278
12.3 ● Ладер логичке компоненте као дигиталне логичке компоненте 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Симулација 2 – Коло мотора са закључавањем 281
12.4.2 ● Симулација 3 – Управљање мотором напред/назад 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Поглавље 13 ● Кола за напајање са прекидачким режимом (СМПС)

13.1 ● Преглед . 286
13.2 ● Симулација 1 – ТПС61031 СМПС коло 286

Поглавље 14 ● Дизајн штампаних плоча (ПЦБ).

14.1 ● Преглед 293
14.2 ● Биполарно транзисторско мултивибраторско коло пројекат 293
14.2.1 ● Дизајн 294
14.2.2 ● Симулација 294
14.2.3 ● Проверите називе отисака 295
14.2.4 ● Анализа напрезања 297
14.2.5 ● Сачувајте своју шему 297
14.2.6 ● Покрените ТИНА ПЦБ програм. 298
14.2.7 ● Гербер фајл 302
14.2.8 ● ГЦоде НЦ датотека за бушење 302
14.2.9 ● ПЦБ информације 303
14.2.10 ● Листа компоненти 303
14.2.11 ● Нетлист 304

Поглавље 15 ● Технике пројектовања ПЦБ-а

15.1 ● Преглед 307
15.2 ● Креирање магистрала у уређивачу шема и ПЦБ дизајнеру ТИНА 307
15.3 ● Више јединица у истом пакету 310
15.4 ● Напајање логичких компоненти 313
15.5 ● Понављање блокова кола (користећи функцију Цопи Мацро) 316
15.6 ● Креирање двослојне, двостране технолошке плоче за површинску монтажу 320
15.7 ● Креирање ПЦБ компоненти 325

Поглавље 16 ● Прављење шематских симбола и отисака

16.1 ● Преглед 328
16.2 ● Пример 328
16.3 ● Коришћење ИЦ чаробњака у уређивачу шематских симбола 332
16.4 ● Коришћење уређивача отиска 335
16.5 ● ИЦ Визард у Фоотпринт Едитор-у 339
16.5.1 ● Пример дизајна 340
16.6 ● Додавање јавних ПЦБ отисака на ТИНА 343
16.7 ● Додавање јавних 3Д модела отиска у ТИНА 346

Поглавље 17 ● Коришћење ТИНАЦлоуд-а

17.1 ● Преглед 348
17.2 ● Почетак коришћења ТИНАЦлоуд 349
17.3 ● Пример симулације 350
17.4 ● Пример дизајна ПЦБ-а 355
17.5 ● Дељење ТИНА шеме 357

Поглавље 18 ● Други корисни алати

18.1 ● Преглед 359
18.2 ● 3Д Breadboard 359
18.3 ● Анализа стреса (дима) 360
18.4 ● Провера електричних правила (ЕРЦ) 362
18.5 ● Серијски монитор 362
18.6 ● Истраживач компоненти 362
18.7 ● Пронађите компоненту 363
18.8 ● Заштитите коло 364
18.9 ● Извоз 365
18.10 ● Увоз 365
18.11 ● Фуријеова серија 365
18.12 ● Фуријеов спектар 367
18.13 ● Анализа буке 367
18.14 ● Анализа расипања снаге 369
18.15 ● Тумач 370
18.15.1 ● Пример 1 – РЛЦ коло 371
18.15.2 ● Пример 2 – ДЦ коло 373
18.15.3 ● Пример 3 – АЦ коло 374
18.15.4 ● Вредновање интеграла 375
18.15.5 ● Решавање линеарног система једначина 375
18.15.6 ● Цртање дијаграма 376
18.15.7 ● Боде дијаграми 377
18.15.8 ● Дефиниција сигнала 379
18.15.9 ● Подржане функције 381
18.16 ● ДЦ Анализа температуре 382
18.17 ● Екстрактор параметара 382
18.18 ● Едитор коначних машина 384

Поглавље 19 ● Менаџер библиотеке

Поглавље 20 ● Поље-програмабилни низови капија (ФПГА)

20.1 ● Преглед 391
20.2 ● Програмирање ФПГА плоча са уносом шеме дизајна користећи ТИНА – Пример 1
391
20.3 ● Програмирање ФПГА плоча са уносом шеме дизајна користећи ТИНА – Пример 2
400
20.4 ● Програмирање ФПГА плоча у ВХДЛ са ТИНА 404
20.5 ● Програмирање ФПГА плоча у Верилог-у са ТИНАЦлоуд 407
20.6 ● Чување програма у трајној меморији Басис 3 плоче 411
20.7 ● Бројач секунди на 7-сегментној 4-цифреној Басис 3 ФПГА плочи користећи ТИНА са
ВХДЛ 415
20.8 ● Бројач тастера на 7-сегментној 4-цифреној Басис 3 ФПГА плочи користећи ТИНА са
ВХДЛ 428

Поглавље 21 ● Додатне информације

21.1 ● ТИНА веб страница 431
21.2 ● ТИНА-ТИ 434
21.3 ● Друге корисне везе 434
21.4 ● ТИНА датотеке помоћи 435
● Епилог 436
● Индекс 437