Simulación de circuitos con TINA Design Suite y TINACloud

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

En este e-book, el autor de mayor venta de Elektor, el Prof. Dr. Dogan Ibrahim tiene como objetivo enseñar el diseño y análisis de circuitos eléctricos y electrónicos y desarrollar placas de PCB usando TINA y TINACloud. El libro está dirigido a ingenieros eléctricos/electrónicos, estudiantes de pregrado de ingeniería electrónica/eléctrica en colegios técnicos y universidades, estudiantes de posgrado e investigación, profesores y aficionados. Se proporcionan muchos ejemplos de simulación probados y funcionales que cubren la mayoría de los campos de la ingeniería eléctrica/electrónica analógica y digital. Estos incluyen circuitos de CA y CC, diodos, diodos zener, circuitos de transistores, amplificadores operacionales, diagramas de escalera, circuitos trifásicos, inductancia mutua, circuitos rectificadores, osciladores, circuitos de filtro activo y pasivo, lógica digital, VHDL, MCU, modo de conmutación fuentes de alimentación, diseño de PCB, series de Fourier y espectro. Los lectores no necesitan tener experiencia en programación a menos que deseen simular circuitos MCU complejos.

Tabla de contenidos:

Capítulo 1 ● Introducción

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Simulación electrónica 14
1.3 SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● El programa TINA 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● 3D en vivo Breadboard Tool 17
1.4.3 ● Diseño de placa de circuito impreso 17
1.4.4 ● Verificación de Reglas Eléctricas (ERC) 17
1.4.5 ● Editor de símbolos esquemáticos 18
1.4.6 ● Administrador de biblioteca 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Editor de texto y ecuaciones 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Análisis transitorio 19
1.4.12 ● Convergencia automática 19
1.4.13 ● Análisis de ruido transitorio 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● Simulación HDL 20
1.4.17 ● Simulación de microcontrolador (MCU) 20
1.4.18 ● Editor y depurador de diagramas de flujo 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22 ● Análisis simbólico 21
1.4.23 ● Monte-Carlo y análisis del peor de los casos 21
1.4.24 ● Herramienta de diseño 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Posprocesador 22
1.4.27 ● Presentación 22
1.4.28 ● Modo interactivo 22
1.4.29 ● Instrumentos virtuales 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Entrenamiento y examen 23
1.4.32 ● Mecatrónica Ampliación 23

Capítulo 2 ● Versiones de TINA

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Características de la versión 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: Instrumento multifunción para la educación y la formación con local y
capacidades de medición remota 27

Capítulo 3 ● Procedimiento de instalación de TINA

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Instalación 29
3.3 ● Instalación de la versión de llave de hardware (dongle) de TINA 36
3.4 ● Autorización de la versión protegida del software de TINA 37

Capítulo 4 ● Primeros pasos: simulación de circuitos simples

4.1 ● El editor de esquemas 38
4.2 ● Simulación 1 – Resistencias en serie y en paralelo 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Simulación 3 – Resistencia – circuito inductor-capacitor 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Simulación 5: voltaje entre componentes: uso de voltímetros 69
4.7 ● Simulación 6: corriente a través de los componentes usando amperímetros 70
4.8 ● Simulación 7: Medición de la impedancia con el medidor de impedancia 71
4.9 ● Simulación 8 – Medición de resistencia con el ohmímetro 73
4.10 ● Simulación 9: representación gráfica de la tensión entre los componentes mediante un componente de osciloscopio 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13 ● Simulación 12 – Análisis de circuitos CA II 82
4.14 ● Simulación 13 – Análisis del circuito AC III 84
4.15 ● Simulación 14 – Teorema de Thevenin – Análisis de circuitos CA 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● Circuitos trifásicos 3
4.17.1 ● Simulación 16 – Análisis de circuito trifásico conectado en estrella con carga resistiva 3
4.17.2 ● Simulación 17 – Análisis de circuito trifásico conectado en estrella con resistencia y
carga inductiva 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Simulación 18 – Inductancia mutua 99

Capítulo 5 ● Diseño y simulación de circuitos de diodos

5.1 ● Simulación 1 – Circuito de diodo simple 102
5.2 ● Simulación 2 – Circuito rectificador de media onda 103
5.3 ● Simulación 3 – Circuito rectificador de media onda con transformador 104
5.4 ● Simulación 4: circuito rectificador de onda completa con transformador con toma central 105
5.5 ● Simulación 5 – Circuito rectificador en puente de onda completa con transformador 107
5.6 ● Simulación 6 – Circuito de abrazadera de diodo 109
5.7 ● Simulación 7 – Características del diodo Zener 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10 ● Simulación 10 – Circuito triplicador de tensión 114

Capítulo 6 ● Diseño y simulación de circuitos de transistores

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 ● Simulación 4: amplificador de transistor de emisor común multietapa: uso de subcircuitos en TINA 127
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Simulación 5 – Transistor BJT Oscilador Colpitts 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● Simulación 6 – Amplificador de fuente común de transistor JFET 142
6.9 ● Simulación 7 – Curvas características del transistor JFET 146
6.10 ● Simulación 8 – Interruptor de transistor BJT 147
6.11 ● Tiristores y triacs 149
6.11.1 ● Simulación 9 – Control de fase de tiristores 149
6.11.2 ● Simulación 10 – Control de fase Triac 151
6.12 ● Amplificadores de potencia de audio 153
6.12.1 ● Simulación 11 – Amplificador de potencia de audio Clase AB 154

Capítulo 7 ● Diseño y simulación de circuitos de amplificadores operacionales

7.1 ● Características principales 161
7.2 ● Circuitos amplificadores operacionales 162
7.2.1 ● Amplificador inversor 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Amplificador no inversor 163
7.2.3 ● Seguidor de tensión 164
7.2.4 ● Amplificador sumador de tensión 165
7.2.5 ● Restador de tensión 166
7.2.6 ● Integrador de tensión 167
7.2.7 ● Diferenciador de tensión 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● Simulación 1 – Amplificador inversor 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Simulación 3 – Amplificador integrador de tensión 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● La herramienta de diseño 178
7.7.1 ● Simulación 5 – Ejemplo de diseño 178
7.8 ● Optimización 180
7.8.1 ● Simulación 6: diseño de ejemplo: circuito de CA 183
7.8.2 ● Simulación 7: diseño de ejemplo: circuito de CC 185
7.9 ● Osciladores sinusoidales. 187
7.9.1 ● Simulación 8 – Oscilador de cambio de fase 187
7.9.2 ● Simulación 9: el oscilador del puente de Wien 189
7.9.3 ● Simulación 10 – El oscilador Colpitts 192
7.10 ● Generadores de onda cuadrada 194
7.10.1 ● Simulación 11 – Amplificador operacional generador de onda cuadrada 194
7.10.2 ● Simulación 12 – 555 circuito integrado 196

Capítulo 8 ● Diseño y simulación de circuitos de filtro

8.1 ● Filtros TINA 199
8.2 ● Simulación 1: diseño de un filtro activo de paso bajo de segundo orden 2
8.3 ● Simulación 2: diseño de un filtro activo de paso bajo de orden superior 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● Simulación 4: diseño de un filtro activo de paso de banda 209
8.6 ● Simulación 5: diseño de un filtro pasivo de paso bajo 210

Capítulo 9 ● Diseño y simulación de circuitos lógicos digitales

9.1 ● Simulación lógica digital usando TINA 212
9.2 ● Simulación 1 – Puerta AND simple 212
9.3 ● Simulación 2 – Medio sumador usando puertas 215
9.4 ● Simulación 3 – Contador síncrono de 2 bits 216
9.5 ● Simulación 4 – Pantalla LED de 7 segmentos 217
9.6 ● Simulación 5 – Contador binario de 4 bits con indicadores lógicos 218
9.7 ● Simulación 6 – Contador de décadas de 4 bits con pantalla de 7 segmentos 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● Simulación 8: contador de décadas de 4 bits y pantalla de 7 segmentos: uso de un generador de datos de 4 bits 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Uso de lenguajes de descripción de hardware (HDL) 225
9.11.1 ● Uso de simulación VHDL en TINA para analizar circuitos digitales 226
9.11.2 ● Simulación 10 – Circuito medio sumador – VHDL 226
9.11.3 ● Simulación 11 – Circuito contador – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● Uso de simulación Verilog en TINA para analizar circuitos digitales 235

Capítulo 10 ● Herramienta de diseño lógico

Capítulo 11 ● Simulación de microcontroladores

11.1 ● Resumen 246
11.2 ● Uso del editor de diagramas de flujo 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 ● Depuración de diagramas de flujo 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● Modificación del código asm 255
11.3.3 ● Depuración del código ASM 256
11.4 ● Uso de la programación en C 257
11.4.1 ● Simulación 4 – Contador – Microcontrolador ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulación 5 – Semáforos – Microcontrolador ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulación 6 – Contador LCD – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulación 7 – Secuenciador de semáforos – Microcontrolador PIC 266
11.4.5 ● Simulación 8 – Luz intermitente – Microcontrolador STM32 268
11.5 ● Dispositivos de memoria 272
11.5.1 ● Simulación 9 – Multiplicador digital de 2 bits x 2 bits – Memoria ROM. 272
11.5.2 ● Simulación 10 – Contador binario de 4 bits con dos pantallas hexadecimales – Memoria ROM. 275

Capítulo 12 ● Circuitos de lógica de escalera

12.1 ● Descripción general. 278
12.2 ● Simulación 1 – Lógica de escalera con luz y motor 278
12.3 ● Componentes de lógica de escalera como componentes de lógica digital 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Simulación 2 – Circuito del motor de enclavamiento 281
12.4.2 ● Simulación 3: control del motor de avance/retroceso 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Capítulo 13 ● Circuitos de fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS)

13.1 ● Descripción general. 286
13.2 ● Simulación 1 – TPS61031 Circuito SMPS 286

Capítulo 14 ● Diseño de placa de circuito impreso (PCB)

14.1 ● Resumen 293
14.2 ● Proyecto de circuito multivibrador de transistor bipolar 293
14.2.1 ● El diseño 294
14.2.2 ● Simulación 294
14.2.3 ● Comprobar los nombres de las huellas 295
14.2.4 ● Análisis de estrés 297
14.2.5 ● Guarde su esquema 297
14.2.6 ● Iniciar el programa TINA PCB. 298
14.2.7 ● Archivo Gerber 302
14.2.8 ● Archivo de perforación GCode NC 302
14.2.9 ● Información de PCB 303
14.2.10 ● Lista de componentes 303
14.2.11 ● Lista de red 304

Capítulo 15 ● Técnicas de diseño de PCB

15.1 ● Resumen 307
15.2 ● Creación de buses en el editor de esquemas y el diseñador de PCB de TINA 307
15.3 ● Múltiples unidades en el mismo paquete 310
15.4 ● Alimentación de componentes lógicos 313
15.5 ● Repetición de bloques de circuito (usando la función Copiar macro) 316
15.6 ● Creación de una placa de tecnología de dos capas, dos caras y montaje en superficie 320
15.7 ● Crear componentes de PCB 325

Capítulo 16 ● Creación de símbolos esquemáticos y huellas

16.1 ● Resumen 328
16.2 ● Ejemplo 328
16.3 ● Uso del asistente IC en el editor de símbolos esquemáticos 332
16.4 ● Uso del editor de huellas 335
16.5 ● Asistente IC en el Footprint Editor 339
16.5.1 ● Ejemplo de diseño 340
16.6 ● Adición de huellas de PCB públicas a TINA 343
16.7 ● Adición de modelos de huella 3D públicos a TINA 346

Capítulo 17 ● Uso de TINACloud

17.1 ● Resumen 348
17.2 ● Comenzando a usar TINACloud 349
17.3 ● Ejemplo de simulación 350
17.4 ● Ejemplo de diseño de PCB 355
17.5 ● Compartiendo su esquema TINA 357

Capítulo 18 ● Otras herramientas útiles

18.1 ● Resumen 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Análisis de estrés (humo) 360
18.4 ● Comprobación de reglas eléctricas (ERC) 362
18.5 ● Monitor serie 362
18.6 ● Explorador de componentes 362
18.7 ● Buscar componente 363
18.8 ● Circuito de protección 364
18.9 ● Exportar 365
18.10 ● Importar 365
18.11 ● Serie de Fourier 365
18.12 ● Espectro de Fourier 367
18.13 ● Análisis de ruido 367
18.14 ● Análisis de disipación de potencia 369
18.15 ● Intérprete 370
18.15.1 ● Ejemplo 1 – Circuito RLC 371
18.15.2 ● Ejemplo 2: circuito de CC 373
18.15.3 ● Ejemplo 3: circuito de CA 374
18.15.4 ● Evaluación de integrales 375
18.15.5 ● Resolver sistemas lineales de ecuaciones 375
18.15.6 ● Dibujar diagramas 376
18.15.7 ● Diagramas de Bode 377
18.15.8 ● Definición de señal 379
18.15.9 ● Funciones admitidas 381
18.16 ● Análisis de temperatura de CC 382
18.17 ● El extractor de parámetros 382
18.18 ● Editor de máquinas de estados finitos 384

Capítulo 19 ● El administrador de la biblioteca

Capítulo 20 ● Conjuntos de puertas programables en campo (FPGA)

20.1 ● Resumen 391
20.2 ● Programación de tarjetas FPGA con entrada de diseño esquemático usando TINA – Ejemplo 1
391
20.3 ● Programación de tarjetas FPGA con entrada de diseño esquemático usando TINA – Ejemplo 2
400
20.4 ● Programación de Tarjetas FPGA en VHDL con TINA 404
20.5 ● Programación de placas FPGA en Verilog con TINACloud 407
20.6 ● Almacenamiento del programa en la memoria no volátil de la placa Basys 3 411
20.7 ● Contador de segundos en la placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos y 3 dígitos usando TINA con
VHDL415
20.8 ● Contador de pulsadores en la placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos y 3 dígitos usando TINA con
VHDL428

Capítulo 21 ● Información adicional

21.1 ● Sitio web de TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Otros enlaces útiles 434
21.4 ● Archivos de ayuda de TINA 435
● Epílogo 436
● Índice 437