Моделювання схеми за допомогою TINA Design Suite і TINACloud

Проф. д-р Доган Ібрагім

В цьому електронна книга, найбільш продаваний автор Elektor, професор доктор Доган Ібрагім, прагне викладати проектування та аналіз електричних і електронних схем і розробляти друковані плати за допомогою TINA і TINACloud. Книга розрахована на інженерів-електриків/електронників, студентів технічних коледжів та університетів, які вивчають електроніку та електротехніку, аспірантів та дослідників, викладачів та любителів. Наведено багато перевірених і робочих прикладів моделювання, що охоплюють більшість сфер аналогової та цифрової електротехніки/електроніки. До них належать схеми змінного та постійного струму, діоди, стабілітрони, транзисторні схеми, операційні підсилювачі, сходові діаграми, 3-фазні схеми, взаємна індуктивність, схеми випрямляча, осцилятори, активні та пасивні схеми фільтрів, цифрова логіка, VHDL, мікроконтролери, перемикач режимів. джерела живлення, дизайн друкованих плат, ряди Фур'є та спектр. Читачам не потрібен досвід програмування, якщо вони не хочуть моделювати складні схеми MCU.

Зміст:

Глава 1 ● Вступ

1.1 ● Чому симуляція? 13
1.2 ● Електронне моделювання 14
1.3 ● SPICE моделювання електронних схем 15
1.4 ● Програма TINA 16
1.4.1 ● Схематичний знімок 17
1.4.2 ● Live 3D Breadboard Інструмент 17
1.4.3 ● Дизайн друкованої плати 17
1.4.4 ● Перевірка електричних правил (ERC) 17
1.4.5 ● Редактор схемних символів 18
1.4.6 ● Менеджер бібліотеки 18
1.4.7 ● Підтримка моделі IBIS 18
1.4.8 ● Екстрактор параметрів 18
1.4.9 ● Редактор тексту та формул 18
1.4.10 ● Аналіз постійного струму 19
1.4.11 ● Перехідний аналіз 19
1.4.12 ● Автоматична конвергенція 19
1.4.13 ● Аналіз перехідного шуму 19
1.4.14 ● Аналіз Фур'є 19
1.4.15 ● Цифрове моделювання 20
1.4.16 ● Моделювання HDL 20
1.4.17 ● Моделювання мікроконтролера (MCU) 20
1.4.18 ● Редактор блок-схем і налагоджувач 20
1.4.19 ● Аналіз змінного струму 21
1.4.20 ● Аналіз мережі 21
1.4.21 ● Лінійний аналіз шуму змінного струму 21
1.4.22 ● Символічний аналіз 21
1.4.23 ● Монте-Карло та аналіз найгіршого випадку 21
1.4.24 ● Design Tool 21
1.4.25 ● Оптимізація 22
1.4.26 ● Постпроцесор 22
1.4.27 ● Презентація 22
1.4.28 ● Інтерактивний режим 22
1.4.29 ● Віртуальні інструменти 23
1.4.30 ● Тестування та вимірювання в реальному часі 23
1.4.31 ● Навчання та іспит 23
1.4.32 ● Розширення Mechatronics 23

Розділ 2 ● Версії TINA

2.1 ● Огляд 24
2.2 ● Можливості версії 24
2.3 ● Параметри 27
2.4 ● Додаткове обладнання 27
2.4.1 ● LabXplorer: багатофункціональний інструмент для освіти та навчання з локальними і
можливості дистанційного вимірювання 27

Розділ 3 ● Процедура встановлення TINA

3.1 ● Вимоги до апаратного та програмного забезпечення 29
3.2 ● Встановлення 29
3.3 ● Встановлення версії апаратного ключа (ключу) TINA 36
3.4 ● Авторизація захищеної версії програмного забезпечення TINA 37

Розділ 4 ● Початок роботи – моделювання простих схем

4.1 ● Редактор схем 38
4.2 ● Моделювання 1 – Послідовні та паралельні резистори 39
4.3 ● Моделювання 2 – Схема резистор – конденсатор 49
4.4 ● Симуляція 3 – Резистор – схема індуктор-конденсатор 61
4.5 ● Моделювання 4 – Споживання електроенергії – використання вимірювача потужності 67
4.6 ● Моделювання 5 – Напруга між компонентами – з використанням вольтметрів 69
4.7 ● Симуляція 6 – Струм через компоненти з використанням амперметрів 70
4.8 ● Симуляція 7 – вимірювання імпедансу за допомогою вимірювача імпедансу 71
4.9 ● Моделювання 8 – Вимірювання опору за допомогою омметра 73
4.10 ● Моделювання 9 – Побудова графіка напруги на компонентах за допомогою компонента осцилографа 74
4.11 ● Симуляція 10 – Вимірювання частоти за допомогою частотоміра 78
4.12 ● Симуляція 11 – аналіз кола змінного струму I 79
4.13 ● Симуляція 12 – аналіз кола змінного струму II 82
4.14 ● Симуляція 13 – аналіз кола змінного струму III 84
4.15 ● Симуляція 14 – Теорема Тевенена – аналіз кола змінного струму 86
4.16 ● Симуляція 15 – Теорема Нортона – аналіз ланцюга змінного струму 89
4.17 ● 3-фазні схеми 92
4.17.1 ● Симуляція 16 – Аналіз 3-фазної схеми, з’єднаної зіркою, з резистивним навантаженням 93
4.17.2 ● Симуляція 17 – Аналіз 3-фазної зіркоподібної схеми з резистивним і
індуктивне навантаження 95
4.18 ● Взаємна індуктивність 98
4.18.1 ● Моделювання 18 – Взаємна індуктивність 99

Розділ 5 ● Проектування та моделювання діодних схем

5.1 ● Симуляція 1 – Схема простого діода 102
5.2 ● Симуляція 2 – схема півперіодного випрямляча 103
5.3 ● Симуляція 3 – Напівперіодна схема випрямляча з трансформатором 104
5.4 ● Симуляція 4 – Схема двополупериодного випрямляча з трансформатором із центральним відведенням 105
5.5 ● Моделювання 5 – двополухвильова мостова схема випрямляча з трансформатором 107
5.6 ● Симуляція 6 – Схема фіксатора діода 109
5.7 ● Моделювання 7 – характеристики стабілітрона 110
5.8 ● Моделювання 8 – стабілітрон 112
5.9 ● Симуляція 9 – симетричний обмежувач напруги на стабілітроні 113
5.10 ● Моделювання 10 – Схема потрійника напруги 114

Розділ 6 ● Проектування та моделювання схем транзисторів

6.1 ● Моделювання 1 – характеристики біполярного транзистора 118
6.2 ● Симуляція 2 – Транзисторний підсилювач із загальним емітером – Аналіз 119
6.3 ● Моделювання 3 – Транзисторний підсилювач із загальним емітером – Дизайн 125
6.4 ● Моделювання 4 – Багатокаскадний транзисторний підсилювач із загальним емітером – Використання підсхем у TINA 127
6.5 ● Список мереж 131
6.6 ● Моделювання 5 – БЮТ-транзистор, генератор Колпітса 132
6.7 ● Транзистор як двопортова мережа 136
6.7.1 ● Параметри транзистора h 139
6.8 ● Симуляція 6 – JFET транзисторний підсилювач із загальним джерелом 142
6.9 ● Моделювання 7 – Характеристичні криві транзистора JFET 146
6.10 ● Симуляція 8 – транзисторний перемикач BJT 147
6.11 ● Тиристори та симистори 149
6.11.1 ● Симуляція 9 – Тиристорне керування фазою 149
6.11.2 ● Моделювання 10 – Контроль фази симистора 151
6.12 ● Підсилювачі звукової потужності 153
6.12.1 ● Симуляція 11 – підсилювач потужності звуку класу AB 154

Розділ 7 ● Проектування та моделювання схем операційного підсилювача

7.1 ● Основні характеристики 161
7.2 ● Схеми операційного підсилювача 162
7.2.1 ● Інвертуючий підсилювач 163
7.2.1 ● Інвертуючий підсилювач 163
7.2.2 ● Неінвертуючий підсилювач 163
7.2.3 ● Повторювач напруги 164
7.2.4 ● Підсилювач суматора напруги 165
7.2.5 ● Віднімач напруги 166
7.2.6 ● Інтегратор напруги 167
7.2.7 ● Диференціатор напруги 168
7.2.8 ● Перетворювач струму в напругу 169
7.3 ● Моделювання 1 – Інвертуючий підсилювач 171
7.4 ● Симуляція 2 – підсумовувальний підсилювач 174
7.5 ● Моделювання 3 – Інтегруючий підсилювач напруги 175
7.6 ● Симуляція 4 – схема півперіодного випрямляча 176
7.7 ● Інструмент проектування 178
7.7.1 ● Моделювання 5 – Приклад дизайну 178
7.8 ● Оптимізація 180
7.8.1 ● Моделювання 6 – Приклад проектування – Схема змінного струму 183
7.8.2 ● Моделювання 7 – Приклад проектування – ланцюг постійного струму 185
7.9 ● Синусоїдальні осцилятори . 187
7.9.1 ● Симуляція 8 – Генератор фазового зсуву 187
7.9.2 ● Симуляція 9 – осцилятор Wien Bridge 189
7.9.3 ● Моделювання 10 – осцилятор Колпітса 192
7.10 ● Генератори прямокутних хвиль 194
7.10.1 ● Симуляція 11 – Генератор прямокутних сигналів операційного підсилювача 194
7.10.2 ● Симуляція 12 – 555 інтегральна схема 196

Розділ 8 ● Проектування та моделювання схеми фільтра

8.1 ● Фільтри TINA 199
8.2 ● Моделювання 1 – Проектування активного фільтра нижніх частот 2-го порядку 201
8.3 ● Симуляція 2 – Проектування активного фільтра низьких частот вищого порядку 206
8.4 ● Моделювання 3 – Проектування активного фільтра високих частот 207
8.5 ● Моделювання 4 – Проектування смугового активного фільтра 209
8.6 ● Моделювання 5 – Проектування пасивного фільтра низьких частот 210

Розділ 9 ● Проектування та моделювання цифрових логічних схем

9.1 ● Цифрове логічне моделювання за допомогою TINA 212
9.2 ● Симуляція 1 – Простий лог І 212
9.3 ● Симуляція 2 – Напівсуматор із використанням елементів 215
9.4 ● Симуляція 3 – 2-розрядний синхронний лічильник 216
9.5 ● Симуляція 4 – 7-сегментний світлодіодний дисплей 217
9.6 ● Моделювання 5 – 4-розрядний двійковий лічильник з логічними індикаторами 218
9.7 ● Симуляція 6 – 4-бітовий лічильник декад із 7-сегментним дисплеєм 219
9.8 ● Моделювання 7 – 8-розрядний лічильник декад із двома 7-сегментними дисплеями 220
9.9 ● Симуляція 8 – 4-бітовий лічильник декад і 7-сегментний дисплей – Використання 4-бітового генератора даних 221
9.10 ● Моделювання 9 – Створення повного суматора – за допомогою MACRO 223
9.11 ● Використання мов опису обладнання (HDL) 225
9.11.1 ● Використання моделювання VHDL у TINA для аналізу цифрових схем 226
9.11.2 ● Моделювання 10 – Схема половинного суматора – VHDL 226
9.11.3 ● Моделювання 11 – Схема лічильника – VHDL 230
9.11.4 ● Відладчик VHDL 233
9.12 ● Використання моделювання Verilog у TINA для аналізу цифрових схем 235

Розділ 10 ● Інструмент логічного проектування

Розділ 11 ● Симуляція мікроконтролерів

11.1 ● Огляд 246
11.2 ● Використання редактора блок-схем 246
11.2.1 ● Симуляція 1 – поперемінно блимають 2 світлодіоди – мікроконтролер серії PIC 246
11.2.2 ● Симуляція 2 – 4-розрядний лічильник із шістнадцятковим дисплеєм – мікроконтролер серії PIC 249
11.2.3 ● Налагодження блок-схеми 252
11.3 ● Використання програмування асемблера 253
11.3.1 ● Моделювання 3 – Лічильник – мікроконтролер серії PIC 253
11.3.2 ● Зміна коду asm 255
11.3.3 ● Налагодження коду ASM 256
11.4 ● Використання програмування на C 257
11.4.1 ● Симуляція 4 – Лічильник – мікроконтролер ATTINY13 258
11.4.2 ● Моделювання 5 – Світлофори – мікроконтролер ATTINY13 261
11.4.3 ● Симуляція 6 – РК-лічильник – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Симуляція 7 – Секвенсор світлофора – мікроконтролер PIC 266
11.4.5 ● Симуляція 8 – Миготливе світло – мікроконтролер STM32 268
11.5 ● Пристрої пам'яті 272
11.5.1 ● Симуляція 9 – цифровий помножувач 2 х 2 біт – пам’ять ПЗУ. 272
11.5.2 ● Симуляція 10 – 4-розрядний двійковий лічильник із двома шістнадцятковими дисплеями – ПЗП. 275

Розділ 12 ● Схеми сходової логіки

12.1 ● Огляд . 278
12.2 ● Симуляція 1 – логіка драбини зі світлом і двигуном 278
12.3 ● Компоненти сходової логіки як цифрові логічні компоненти 279
12.4 ● Схема фіксації 281
12.4.1 ● Симуляція 2 – Схема 281 двигуна з фіксацією
12.4.2 ● Симуляція 3 – керування двигуном вперед/назад 283
12.4.3 ● Симуляція 4 – Контролер конвеєрної стрічки 284

Розділ 13 ● Схеми імпульсного джерела живлення (SMPS)

13.1 ● Огляд . 286
13.2 ● Симуляція 1 – Схема 61031 SMPS TPS286

Розділ 14 ● Проектування друкованих плат (PCB).

14.1 ● Огляд 293
14.2 ● Схема мультивібратора біполярного транзистора проект 293
14.2.1 ● Дизайн 294
14.2.2 ● Симуляція 294
14.2.3 ● Перевірте імена слідів 295
14.2.4 ● Аналіз напруги 297
14.2.5 ● Збережіть свою схему 297
14.2.6 ● Запустіть програму TINA PCB. 298
14.2.7 ● Gerber файл 302
14.2.8 ● GCode NC drill file 302
14.2.9 ● Інформація про друковану плату 303
14.2.10 ● Список компонентів 303
14.2.11 ● Список мереж 304

Розділ 15 ● Методи проектування друкованих плат

15.1 ● Огляд 307
15.2 ● Створення шин у редакторі схем і конструкторі друкованих плат TINA 307
15.3 ● Кілька одиниць в одній упаковці 310
15.4 ● Живлення логічних компонентів 313
15.5 ● Повторювані блоки схеми (з використанням функції копіювання макросу) 316
15.6 ● Створення двошарової двосторонньої технологічної плати для поверхневого монтажу 320
15.7 ● Створення компонентів друкованої плати 325

Розділ 16 ● Створення схематичних символів і контурів

16.1 ● Огляд 328
16.2 ● Приклад 328
16.3 ● Використання майстра IC у редакторі схемних символів 332
16.4 ● Використання редактора Footprint 335
16.5 ● IC Wizard у Footprint Editor 339
16.5.1 ● Приклад дизайну 340
16.6 ● Додавання загальнодоступних відбитків PCB до TINA 343
16.7 ● Додавання публічних моделей 3D Footprint до TINA 346

Розділ 17 ● Використання TINACloud

17.1 ● Огляд 348
17.2 ● Початок використання TINACloud 349
17.3 ● Приклад симуляції 350
17.4 ● Приклад конструкції друкованої плати 355
17.5 ● Надання спільного доступу до схеми TINA 357

Розділ 18 ● Інші корисні інструменти

18.1 ● Огляд 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Аналіз напруги (диму) 360
18.4 ● Перевірка електричних правил (ERC) 362
18.5 ● Послідовний монітор 362
18.6 ● Провідник компонентів 362
18.7 ● Знайдіть компонент 363
18.8 ● Захист ланцюга 364
18.9 ● Експорт 365
18.10 ● Імпорт 365
18.11 ● Ряд Фур'є 365
18.12 ● Спектр Фур'є 367
18.13 ● Аналіз шуму 367
18.14 ● Аналіз розсіювання потужності 369
18.15 ● Тлумач 370
18.15.1 ● Приклад 1 – RLC схема 371
18.15.2 ● Приклад 2 – ланцюг постійного струму 373
18.15.3 ● Приклад 3 – Схема змінного струму 374
18.15.4 ● Обчислення інтегралів 375
18.15.5 ● Розв’язування лінійної системи рівнянь 375
18.15.6 ● Малювання схем 376
18.15.7 ● Діаграми Боде 377
18.15.8 ● Визначення сигналу 379
18.15.9 ● Підтримувані функції 381
18.16 ● Аналіз температури постійного струму 382
18.17 ● Екстрактор параметрів 382
18.18 ● Редактор кінцевого автомата 384

Розділ 19 ● Менеджер бібліотеки

Розділ 20 ● Програмовані вентильні матриці (FPGA)

20.1 ● Огляд 391
20.2 ● Програмування плат FPGA із введенням схеми за допомогою TINA – приклад 1
391
20.3 ● Програмування плат FPGA із введенням схеми за допомогою TINA – приклад 2
400
20.4 ● Програмування плат FPGA у VHDL за допомогою TINA 404
20.5 ● Програмування плат FPGA у Verilog за допомогою TINACloud 407
20.6 ● Зберігання програми в енергонезалежній пам’яті плати Basys 3 411
20.7 ● Лічильник секунд на 7-сегментній 4-значній платі Basys 3 FPGA з використанням TINA з
VHDL 415
20.8 ● Лічильник кнопок на 7-сегментній 4-значній платі Basys 3 FPGA з використанням TINA з
VHDL 428

Розділ 21 ● Додаткова інформація

21.1 ● Веб-сайт TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Інші корисні посилання 434
21.4 ● Файли довідки TINA 435
● Епілог 436
● Індекс 437