TINA Design Suite ve TINACloud ile devre simülasyonu

Prof. Dr. Doğan Ibrahim

Bu e-kitap, en çok satan Elektor yazarı Prof. Dr. Doğan İbrahim, elektrik ve elektronik devrelerin tasarımını ve analizini öğretmeyi ve hem TINA hem de TINACloud kullanarak PCB kartları geliştirmeyi amaçlıyor. Kitap, elektrik/elektronik mühendisleri, teknik kolejler ve üniversitelerdeki elektronik/elektrik mühendisliği lisans öğrencileri, lisansüstü ve araştırma öğrencileri, öğretmenler ve hobi meraklılarına yöneliktir. Analog ve dijital elektrik/elektronik mühendisliğinin çoğu alanını kapsayan birçok test edilmiş ve çalışan simülasyon örneği sağlanmıştır. Bunlar arasında AC ve DC devreler, diyotlar, zener diyotlar, transistör devreleri, işlemsel yükselteçler, merdiven diyagramları, 3 fazlı devreler, karşılıklı endüktans, doğrultucu devreler, osilatörler, aktif ve pasif filtre devreleri, dijital mantık, VHDL, MCU'lar, anahtarlama modu yer alır. güç kaynakları, PCB tasarımı, Fourier serisi ve spektrum. Karmaşık MCU devrelerini simüle etmek istemedikçe okuyucuların herhangi bir programlama deneyimine sahip olmaları gerekmez.

İçindekiler:

Bölüm 1 ● Giriş

1.1 ● Neden simülasyon? 13
1.2 ● Elektronik simülasyon 14
1.3 ● SPICE elektronik devrelerin modellenmesi 15
1.4 ● TINA programı 16
1.4.1 ● Şematik yakalama 17
1.4.2 ● Canlı 3D Breadboard 17 Aracı
1.4.3 ● PCB tasarımı 17
1.4.4 ● Elektrik Kuralları Kontrolü (ERC) 17
1.4.5 ● Şematik Sembol Düzenleyici 18
1.4.6 ● Kitaplık Yöneticisi 18
1.4.7 ● IBIS model desteği 18
1.4.8 ● Parametre Çıkarıcı 18
1.4.9 ● Metin ve Denklem Düzenleyici 18
1.4.10 ● DC analizi 19
1.4.11 ● Geçici analiz 19
1.4.12 ● Otomatik yakınsama 19
1.4.13 ● Geçici gürültü analizi 19
1.4.14 ● Fourier analizi 19
1.4.15 ● Dijital simülasyon 20
1.4.16 ● HDL simülasyonu 20
1.4.17 ● Mikrodenetleyici (MCU) simülasyonu 20
1.4.18 ● Akış Şeması Düzenleyicisi ve Hata Ayıklayıcı 20
1.4.19 ● AC analizi 21
1.4.20 ● Ağ analizi 21
1.4.21 ● Doğrusal AC Gürültü analizi 21
1.4.22 ● Sembolik analiz 21
1.4.23 ● Monte-Carlo ve en kötü durum analizi 21
1.4.24 ● Tasarım Aracı 21
1.4.25 ● Optimizasyon 22
1.4.26 ● Son işlemci 22
1.4.27 ● Sunum 22
1.4.28 ● Etkileşimli mod 22
1.4.29 ● Sanal araçlar 23
1.4.30 ● Gerçek Zamanlı Test ve Ölçümler 23
1.4.31 ● Eğitim ve Sınav 23
1.4.32 ● Mekatronik Uzantısı 23

Bölüm 2 ● TINA Sürümleri

2.1 ● Genel Bakış 24
2.2 ● Sürüm özellikleri 24
2.3 ● Seçenekler 27
2.4 ● Tamamlayıcı donanım 27
2.4.1 ● LabXplorer: Eğitim ve Öğretim için Çok İşlevli Araç, yerel ve
uzaktan ölçüm yetenekleri 27

Bölüm 3 ● TINA Kurulum Prosedürü

3.1 ● Donanım ve yazılım gereksinimleri 29
3.2 ● Kurulum 29
3.3 ● TINA 36'nın donanım anahtarı (dongle) versiyonunun kurulumu
3.4 ● TINA 37'nin yazılım korumalı sürümünün yetkilendirilmesi

Bölüm 4 ● Başlarken – Basit Devrelerin Simülasyonu

4.1 ● Şematik Düzenleyici 38
4.2 ● Simülasyon 1 – Seri ve paralel dirençler 39
4.3 ● Simülasyon 2 – Direnç – kapasitör devresi 49
4.4 ● Simülasyon 3 – Direnç – indüktör-kapasitör devresi 61
4.5 ● Simülasyon 4 – Güç tüketimi – bir güç ölçer kullanarak 67
4.6 ● Simülasyon 5 – Bileşenler arası voltaj – voltmetre kullanımı 69
4.7 ● Simülasyon 6 – Amper Metre 70 kullanan bileşenlerden geçen akım
4.8 ● Simülasyon 7 – Empedans Ölçer kullanılarak empedans ölçümü 71
4.9 ● Simülasyon 8 – Ohmmetre 73 kullanarak direnç ölçümü
4.10 ● Simülasyon 9 – Bir Osiloskop bileşeni kullanarak bileşenler arasındaki voltajı çizme 74
4.11 ● Simülasyon 10 – Bir frekans ölçer kullanarak frekansı ölçme 78
4.12 ● Simülasyon 11 – AC devre analizi I 79
4.13 ● Simülasyon 12 – AC devre analizi II 82
4.14 ● Simülasyon 13 – AC devre analizi III 84
4.15 ● Simülasyon 14 – Thevenin Teoremi – AC devre analizi 86
4.16 ● Simülasyon 15 – Norton Teoremi – AC devre analizi 89
4.17 ● 3-Fazlı devreler 92
4.17.1 ● Simülasyon 16 – Direnç yükü 3 ile 93 fazlı yıldız bağlantılı devre analizi
4.17.2 ● Simülasyon 17 – dirençli ve 3 fazlı yıldız bağlantılı devre analizi
endüktif yük 95
4.18 ● Karşılıklı endüktans 98
4.18.1 ● Simülasyon 18 – Karşılıklı endüktans 99

Bölüm 5 ● Diyot Devre Tasarımı ve Simülasyonu

5.1 ● Simülasyon 1 – Basit diyot devresi 102
5.2 ● Simülasyon 2 – Yarım dalga doğrultucu devresi 103
5.3 ● Simülasyon 3 – Transformatör 104 ile yarım dalga doğrultucu devresi
5.4 ● Simülasyon 4 – Merkezi kademeli transformatör 105 ile tam dalga doğrultucu devresi
5.5 ● Simülasyon 5 – Transformatör 107 ile tam dalga köprü doğrultucu devresi
5.6 ● Simülasyon 6 – Diyot kıskaç devresi 109
5.7 ● Simülasyon 7 – Zener diyot özellikleri 110
5.8 ● Simülasyon 8 – Zener diyot voltaj regülatörü 112
5.9 ● Simülasyon 9 – Zener diyot simetrik voltaj sınırlayıcı 113
5.10 ● Simülasyon 10 – Gerilim üçlü devresi 114

Bölüm 6 ● Transistör Devre Tasarımı ve Simülasyonu

6.1 ● Simülasyon 1 – Bipolar transistör özellikleri 118
6.2 ● Simülasyon 2 – Ortak yayıcı transistör amplifikatörü – Analiz 119
6.3 ● Simülasyon 3 – Ortak yayıcı transistör amplifikatörü – Tasarım 125
6.4 ● Simülasyon 4 – Çok aşamalı ortak yayıcı transistörlü yükseltici – TINA 127'de alt devrelerin kullanılması
6.5 ● Ağ Listesi 131
6.6 ● Simülasyon 5 – BJT transistör Colpitts osilatörü 132
6.7 ● İki bağlantı noktalı ağ olarak transistör 136
6.7.1 ● Transistör h parametreleri 139
6.8 ● Simülasyon 6 – JFET transistör ortak kaynak amplifikatörü 142
6.9 ● Simülasyon 7 – JFET transistör karakteristik eğrileri 146
6.10 ● Simülasyon 8 – BJT Transistör anahtarı 147
6.11 ● Tristörler ve triyaklar 149
6.11.1 ● Simülasyon 9 – Tristör faz kontrolü 149
6.11.2 ● Simülasyon 10 – Triyak faz kontrolü 151
6.12 ● Ses güç amplifikatörleri 153
6.12.1 ● Simülasyon 11 – AB Sınıfı ses güç amplifikatörü 154

Bölüm 7 ● İşlemsel Yükselteç Devre Tasarımı ve Simülasyonu

7.1 ● Temel özellikler 161
7.2 ● İşlemsel yükselteç devreleri 162
7.2.1 ● Ters yükseltici 163
7.2.1 ● Ters yükseltici 163
7.2.2 ● Evirmeyen amplifikatör 163
7.2.3 ● Gerilim takipçisi 164
7.2.4 ● Gerilim toplayıcı yükseltici 165
7.2.5 ● Gerilim çıkarıcı 166
7.2.6 ● Gerilim entegratörü 167
7.2.7 ● Gerilim farklılaştırıcı 168
7.2.8 ● Akım-gerilim dönüştürücü 169
7.3 ● Simülasyon 1 – Ters yükseltici 171
7.4 ● Simülasyon 2 – Toplama yükselticisi 174
7.5 ● Simülasyon 3 – Voltaj entegre amplifikatörü 175
7.6 ● Simülasyon 4 – Yarım dalga doğrultucu devresi 176
7.7 ● Tasarım Aracı 178
7.7.1 ● Simülasyon 5 – Örnek tasarım 178
7.8 ● Optimizasyon 180
7.8.1 ● Simülasyon 6 – Örnek tasarım – AC devresi 183
7.8.2 ● Simülasyon 7 – Örnek tasarım – DC devresi 185
7.9 ● Sinüzoidal osilatörler. 187
7.9.1 ● Simülasyon 8 – Faz kaydırmalı osilatör 187
7.9.2 ● Simülasyon 9 – Wien Bridge osilatörü 189
7.9.3 ● Simülasyon 10 – Colpitts osilatörü 192
7.10 ● Kare dalga üreteçleri 194
7.10.1 ● Simülasyon 11 – İşlemsel amplifikatör kare dalga üreteci 194
7.10.2 ● Simülasyon 12 – 555 entegre devre 196

Bölüm 8 ● Filtre Devresi Tasarımı ve Simülasyonu

8.1 ● TINA filtreleri 199
8.2 ● Simülasyon 1 – 2. dereceden düşük geçişli aktif filtre tasarlama 201
8.3 ● Simülasyon 2 – Daha yüksek dereceli düşük geçişli aktif filtre tasarlama 206
8.4 ● Simülasyon 3 – Yüksek geçişli aktif filtre tasarlama 207
8.5 ● Simülasyon 4 – Bir bant geçiren aktif filtre tasarlama 209
8.6 ● Simülasyon 5 – Alçak geçiren pasif filtre tasarlama 210

Bölüm 9 ● Sayısal Mantık Devresi Tasarımı ve Simülasyonu

9.1 ● TINA 212 kullanarak dijital mantık simülasyonu
9.2 ● Simülasyon 1 – Basit AND kapısı 212
9.3 ● Simülasyon 2 – Kapıları kullanan yarım toplayıcı 215
9.4 ● Simülasyon 3 – 2 bit senkron sayaç 216
9.5 ● Simülasyon 4 – 7 segmentli LED ekran 217
9.6 ● Simülasyon 5 – Mantık göstergeli 4 bit ikili sayaç 218
9.7 ● Simülasyon 6 – 4 segment göstergeli 7 bitlik onluk sayaç 219
9.8 ● Simülasyon 7 – iki adet 8 segmentli ekrana sahip 7 bitlik onluk sayaç 220
9.9 ● Simülasyon 8 – 4 bitlik onluk sayaç ve 7 segmentli ekran – 4 bitlik bir Veri Üreticisi Kullanma 221
9.10 ● Simülasyon 9 – Tam bir toplayıcı oluşturma – MACRO 223 kullanarak
9.11 ● Donanım Açıklama Dillerini (HDL'ler) Kullanma 225
9.11.1 ● Dijital devreleri analiz etmek için TINA'da VHDL simülasyonunu kullanma 226
9.11.2 ● Simülasyon 10 – Yarım toplayıcı devre – VHDL 226
9.11.3 ● Simülasyon 11 – Sayaç devresi – VHDL 230
9.11.4 ● VHDL Hata Ayıklayıcı 233
9.12 ● Dijital devreleri analiz etmek için TINA'da Verilog simülasyonunu kullanma 235

Bölüm 10 ● Mantık Tasarım Aracı

Bölüm 11 ● Mikrodenetleyicilerin Simülasyonu

11.1 ● Genel Bakış 246
11.2 ● Akış Şeması düzenleyicisini kullanma 246
11.2.1 ● Simülasyon 1 – Dönüşümlü olarak yanıp sönen 2 LED – PIC serisi mikrodenetleyici 246
11.2.2 ● Simülasyon 2 – 4 bitlik Yukarı/Aşağı sayacı, onaltılık gösterge – PIC serisi mikrodenetleyici 249
11.2.3 ● Akış çizelgesi hata ayıklama 252
11.3 ● Montaj programlamayı kullanma 253
11.3.1 ● Simülasyon 3 – Sayaç – PIC serisi mikrodenetleyici 253
11.3.2 ● Asm kodu 255'i değiştirme
11.3.3 ● ASM kodu 256'da hata ayıklama
11.4 ● C programlamayı kullanma 257
11.4.1 ● Simülasyon 4 – Sayaç – ATTINY13 mikrodenetleyici 258
11.4.2 ● Simülasyon 5 – Trafik ışıkları – ATTINY13 mikrodenetleyici 261
11.4.3 ● Simülasyon 6 – LCD sayacı – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simülasyon 7 – Trafik ışığı sıralayıcı– PIC mikrodenetleyici 266
11.4.5 ● Simülasyon 8 – Yanıp sönen ışık – STM32 mikrodenetleyici 268
11.5 ● Bellek aygıtları 272
11.5.1 ● Simülasyon 9 – 2 bit x 2 bit dijital çarpan – ROM bellek . 272
11.5.2 ● Simülasyon 10 – İki onaltılık ekrana sahip 4 bit ikili sayaç – ROM belleği . 275

Bölüm 12 ● Merdiven Mantığı Devreleri

12.1 ● Genel Bakış . 278
12.2 ● Simülasyon 1 – Işıklı ve motorlu merdiven mantığı 278
12.3 ● Dijital mantık bileşenleri olarak merdiven mantığı bileşenleri 279
12.4 ● Kilitleme devresi 281
12.4.1 ● Simülasyon 2 – Mandallı motor devresi 281
12.4.2 ● Simülasyon 3 – İleri/geri motor kontrolü 283
12.4.3 ● Simülasyon 4 – Konveyör bant kontrolörü 284

Bölüm 13 ● Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı Devreleri (SMPS)

13.1 ● Genel Bakış . 286
13.2 ● Simülasyon 1 – TPS61031 SMPS devresi 286

Bölüm 14 ● Baskılı Devre Kartı (PCB) Tasarımı

14.1 ● Genel Bakış 293
14.2 ● Bipolar transistör multivibratör devresi projesi 293
14.2.1 ● Tasarım 294
14.2.2 ● Simülasyon 294
14.2.3 ● Ayak izi adlarını kontrol edin 295
14.2.4 ● Stres analizi 297
14.2.5 ● Şemanızı kaydedin 297
14.2.6 ● TINA PCB programını başlatın. 298
14.2.7 ● Gerber dosyası 302
14.2.8 ● GCode NC detay dosyası 302
14.2.9 ● PCB bilgileri 303
14.2.10 ● Bileşen listesi 303
14.2.11 ● Ağ Listesi 304

Bölüm 15 ● PCB Tasarım Teknikleri

15.1 ● Genel Bakış 307
15.2 ● Şematik Düzenleyicide ve TINA 307'nin PCB Tasarımcısında Veri Yolu Oluşturma
15.3 ● Aynı pakette birden çok birim 310
15.4 ● Mantık bileşenlerinin güç kaynağı 313
15.5 ● Yinelenen devre blokları (Makro Kopyala işlevini kullanarak) 316
15.6 ● İki Katmanlı, Çift Taraflı, Yüzeye Monte Teknoloji Kartı Oluşturma 320
15.7 ● PCB bileşenleri oluşturma 325

Bölüm 16 ● Şematik Semboller ve Ayak İzleri Oluşturma

16.1 ● Genel Bakış 328
16.2 ● Örnek 328
16.3 ● Şematik Sembol düzenleyici 332'de IC sihirbazını kullanma
16.4 ● Footprint düzenleyicisini kullanma 335
16.5 ● Footprint Editor'da IC Sihirbazı 339
16.5.1 ● Örnek tasarım 340
16.6 ● TINA 343'e Genel PCB Ayak İzleri Ekleme
16.7 ● Genel 3B Ayak İzi modellerini TINA 346'ya ekleme

Bölüm 17 ● TINACloud'u Kullanma

17.1 ● Genel Bakış 348
17.2 ● TINACloud 349'u kullanmaya başlama
17.3 ● Örnek simülasyon 350
17.4 ● Örnek PCB tasarımı 355
17.5 ● TINA şemanızı paylaşma 357

Bölüm 18 ● Diğer Yararlı Araçlar

18.1 ● Genel Bakış 359
18.2 ● 3 boyutlu Breadboard 359
18.3 ● Stres (Duman) analizi 360
18.4 ● Elektrik Kuralları Kontrolü (ERC) 362
18.5 ● Seri monitör 362
18.6 ● Bileşen gezgini 362
18.7 ● Bileşen 363'ü bulun
18.8 ● Koruma devresi 364
18.9 ● 365'i Dışa Aktar
18.10 ● 365'i içe aktar
18.11 ● Fourier serisi 365
18.12 ● Fourier spektrumu 367
18.13 ● Gürültü analizi 367
18.14 ● Güç dağılımı analizi 369
18.15 ● Tercüman 370
18.15.1 ● Örnek 1 – RLC devresi 371
18.15.2 ● Örnek 2 – DC devresi 373
18.15.3 ● Örnek 3 – AC devresi 374
18.15.4 ● İntegralleri Değerlendirme 375
18.15.5 ● Doğrusal denklem sistemini çözme 375
18.15.6 ● Çizim diyagramları 376
18.15.7 ● Bode şemaları 377
18.15.8 ● Sinyal tanımı 379
18.15.9 ● Desteklenen işlevler 381
18.16 ● DC Sıcaklık analizi 382
18.17 ● Parametre çıkarıcı 382
18.18 ● Sonlu Durum Makinesi Düzenleyicisi 384

Bölüm 19 ● Kitaplık Yöneticisi

Bölüm 20 ● Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA)

20.1 ● Genel Bakış 391
20.2 ● FPGA Kartlarını TINA Kullanarak Şematik Tasarım Girişiyle Programlama – Örnek 1
391
20.3 ● FPGA Kartlarını TINA Kullanarak Şematik Tasarım Girişiyle Programlama – Örnek 2
400
20.4 ● TINA 404 ile VHDL'de FPGA Kartlarını Programlama
20.5 ● TINACloud 407 ile Verilog'da FPGA Kartlarını Programlama
20.6 ● Basys 3 kartı 411'in geçici olmayan belleğinde programın saklanması
20.7 ● TINA kullanan 7 segmentli 4 haneli Basys 3 FPGA kartında saniye sayacı
VHDL415
20.8 ● TINA kullanan 7 segmentli 4 haneli Basys 3 FPGA kartında buton sayacı
VHDL428

Bölüm 21 ● Ek Bilgiler

21.1 ● TINA web sitesi 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Diğer yararlı bağlantılar 434
21.4 ● TINA Yardım dosyaları 435
● Sonsöz 436
● Dizin 437