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En este libro, el Prof. Dr. Dogan Ibrahim, el autor de Elektor más vendido, tiene como objetivo enseñar el diseño y análisis de circuitos eléctricos y electrónicos y desarrollar placas 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.

Índice

Prefacio 3
Capítulo 1 Introducción 13
Capítulo 2 Versiones de TINA 24
Capítulo 3 Procedimiento de instalación de TINA 29
Capítulo 4 Primeros pasos: simulación de circuitos simples 38
Capítulo 5 Diseño y simulación de circuitos de diodos 102
Capítulo 6 Diseño y simulación de circuitos de transistores 118
Capítulo 7 Diseño y simulación de circuitos de amplificadores operacionales 161
Capítulo 8 Diseño y simulación de circuitos de filtro 199
Capítulo 9 Diseño y simulación de circuitos lógicos digitales 212
Capítulo 10 Herramienta de diseño lógico 238
Capítulo 11 Simulación de microcontroladores 246
Capítulo 12 Circuitos de lógica de escalera 278
Capítulo 13 Circuitos de fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS) 286
Capítulo 14 Diseño de placa de circuito impreso (PCB) 293
Capítulo 15 Técnicas de diseño de PCB 307
Capítulo 16 Creación de símbolos esquemáticos y huellas 328
Capítulo 17 Uso de TINACloud 348
Capítulo 18 Otras herramientas útiles 359
Capítulo 19 El administrador de la biblioteca 387
Capítulo 20 Arreglos de puertas programables en campo (FPGA) 391
Capítulo 21 Información adicional 431
Epílogo 436
Índice de 437

Prefacio 3

Capítulo 1 Introducción 13
1.1 ¿Por qué simulación? 13
1.2 Simulación electrónica 14
1.3 SPICE modelado de circuitos electronicos 15
1.4 El programa TINA 16
1.4.1 Captura esquemática 17
1.4.2 Herramienta de placa de pruebas Live 3D 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 Compatibilidad con el modelo IBIS 18
1.4.8 Extractor de parámetros 18
1.4.9 Editor de texto y ecuaciones 18
1.4.10 Análisis de CC 19
1.4.11 Análisis transitorio 19
1.4.12 Convergencia automática 19
1.4.13 Análisis de ruido transitorio 19
1.4.14 Análisis de Fourier 19
1.4.15 Simulación digital 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 Análisis CA 21
1.4.20 Análisis de red 21
1.4.21 Análisis de ruido AC lineal 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 Optimización 22
1.4.26 Post-procesador 22
1.4.27 Presentación 22
1.4.28 Modo interactivo 22
1.4.29 Instrumentos virtuales 23
1.4.30 Pruebas y mediciones en tiempo real 23
1.4.31 Entrenamiento y examen 23
1.4.32 Mecatrónica Ampliación 23

Capítulo 2 Versiones de TINA 24
2.1 Descripción general 24
2.2 Características de la versión 24
2.3 Opciones 27
2.4 Hardware complementario 27
2.4.1 LabXplorer: Instrumento multifunción para educación y formación con capacidades de medición local y remota 27

Capítulo 3 Procedimiento de instalación de TINA 29
3.1 Requisitos de hardware y software 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 38
4.1 El editor de esquemas 38
4.2 Simulación 1 – Resistencias en serie y en paralelo 39
4.3 Simulación 2 – Resistencia – circuito capacitor 49
4.4 Simulación 3 – Resistencia – circuito inductor-capacitor 61
4.5 Simulación 4 – Consumo de energía – usando un medidor de energía 67
4.6 Simulación 5: voltaje entre componentes: uso de voltímetros 69
4.7 Simulación 6 – Corriente a través de componentes utilizando 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: trazado de voltaje entre componentes utilizando un componente de osciloscopio 74
4.11 Simulación 10: medición de la frecuencia con un frecuencímetro 78
4.12 Simulación 11 – Análisis de circuito CA 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 Simulación 15 – Teorema de Norton – Análisis de circuitos CA 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 carga resistiva e inductiva 3
4.18 Inductancia mutua 98
4.18.1 Simulación 18 – Inductancia mutua 99

Capítulo 5 Diseño y simulación de circuitos de diodos 102
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 Simulación 8 – Regulador de voltaje de diodo Zener 112
5.9 Simulación 9 – Limitador de voltaje simétrico de diodo Zener 113
5.10 Simulación 10 – Circuito triplicador de tensión 114

Capítulo 6 Diseño y simulación de circuitos de transistores 118
6.1 Simulación 1 – Características del transistor bipolar 118
6.2 Simulación 2 – Amplificador de transistor de emisor común – Análisis 119
6.3 Simulación 3 – Amplificador de transistor de emisor común – Diseño 125
6.4 Simulación 4 – Amplificador de transistor de emisor común multietapa – Uso de subcircuitos en TINA 127
6.5 La lista de redes 131
6.6 Simulación 5 – Transistor BJT Oscilador Colpitts 132
6.7 Transistor como red de dos puertos 136
6.7.1 Parámetros del transistor h 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 161
7.1 Características principales 161
7.2 Circuitos amplificadores operacionales 162
7.2.1 Amplificador inversor 163
7.2.1 Amplificador inversor 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 Convertidor de corriente a voltaje 169
7.3 Simulación 1 – Amplificador inversor 171
7.4 Simulación 2 – Amplificador sumador 174
7.5 Simulación 3 – Amplificador integrador de tensión 175
7.6 Simulación 4 – Circuito rectificador de media onda 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 – Ejemplo de diseño – Circuito DC 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 199
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 Simulación 3: diseño de un filtro activo de paso alto 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 212
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 display de 7 segmentos 219
9.8 Simulación 7 – Contador de décadas de 8 bits con dos displays de 7 segmentos 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 Simulación 9 – Crear un sumador completo – usando una 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 El depurador VHDL 233
9.12 Uso de simulación Verilog en TINA para analizar circuitos digitales 235

Capítulo 10 Herramienta de diseño lógico 238

Capítulo 11 Simulación de microcontroladores 246
11.1 Descripción general 246
11.2 Uso del editor de diagramas de flujo 246
11.2.1 Simulación 1: 2 LED parpadeando alternativamente: microcontrolador de la serie PIC 246
11.2.2 Simulación 2: contador ascendente/descendente de 4 bits con pantalla hexadecimal: microcontrolador de la serie PIC 249
11.2.3 Depuración de diagramas de flujo 252
11.3 Uso de la programación en ensamblaje 253
11.3.1 Simulación 3 – Contador – Microcontrolador serie PIC 253
11.3.2 Modificando el 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 278
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 Circuito de enganche 281
12.4.1 Simulación 2 – Circuito motor enclavamiento 281
12.4.2 Simulación 3: control del motor de avance/retroceso 283
12.4.3 Simulación 4: controlador de cinta transportadora 284

Capítulo 13 Circuitos de fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS) 286
13.1 Descripción general 286
13.2 Simulación 1 – TPS61031 Circuito SMPS 286

Capítulo 14 Diseño de placa de circuito impreso (PCB) 293
14.1 Descripción general 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 PCB de TINA. 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 307
15.1 Descripción general 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 circuitos (utilizando 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 328
16.1 Descripción general 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 348
17.1 Descripción general 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 359
18.1 Descripción general 359
18.2 Placa de pruebas 3D 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 DC 382
18.17 El extractor de parámetros 382
18.18 Editor de máquinas de estados finitos 384

Capítulo 19 El administrador de la biblioteca 387

Capítulo 20 Arreglos de puertas programables en campo (FPGA) 391
20.1 Descripción general 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
Contador de 20.7 segundos en la placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos y 3 dígitos usando TINA con VHDL 415
20.8 Contador de pulsadores en la placa FPGA Basys 7 de 4 segmentos y 3 dígitos usando TINA con VHDL 428

Capítulo 21 Información adicional 431
21.1 Sitio web de TINA 431
21.2 TINA-TI 434
21.3 Otros enlaces de utilidad 434
21.4 Archivos de ayuda de TINA 435

Epílogo 436

Índice de 437