Simulation de circuit avec TINA Design Suite et TINACloud

Par le professeur Dogan Ibrahim

Dans ce nouvel article concernant notre nouveau projet e-book, auteur à succès d'Elektor, le professeur Dogan Ibrahim a pour objectif d'enseigner la conception et l'analyse de circuits électriques et électroniques et de développer des cartes PCB en utilisant à la fois TINA et TINACloud. Le livre est destiné aux ingénieurs électriciens/électroniques, aux étudiants de premier cycle en génie électronique/électrique des collèges techniques et des universités, aux étudiants de troisième cycle et de recherche, aux enseignants et aux amateurs. De nombreux exemples de simulation testés et fonctionnels sont fournis couvrant la plupart des domaines de l'ingénierie électrique/électronique analogique et numérique. Ceux-ci incluent les circuits AC et DC, les diodes, les diodes Zener, les circuits à transistors, les amplificateurs opérationnels, les schémas à contacts, les circuits triphasés, l'inductance mutuelle, les circuits redresseurs, les oscillateurs, les circuits de filtrage actifs et passifs, la logique numérique, le VHDL, les MCU, le mode de commutation alimentations, conception de circuits imprimés, séries de Fourier et spectre. Les lecteurs n'ont pas besoin d'avoir une expérience en programmation à moins qu'ils ne souhaitent simuler des circuits MCU complexes.

Table des matières:

Chapitre 1 ● Introduction

1.1 ● Pourquoi simuler ? 13
1.2 ● Simulation électronique 14
1.3 ● SPICE modélisation de circuits électroniques 15
1.4 ● Le programme TINA 16
1.4.1 ● Capture schématique 17
1.4.2 ● 3D en direct Breadboard Outil 17
1.4.3 ● Conception de circuits imprimés 17
1.4.4 ● Vérification des règles électriques (ERC) 17
1.4.5 ● Éditeur de symboles schématiques 18
1.4.6 ● Gestionnaire de bibliothèque 18
1.4.7 ● Prise en charge du modèle IBIS 18
1.4.8 ● Extracteur de paramètres 18
1.4.9 ● Éditeur de texte et d'équation 18
1.4.10 ● Analyse CC 19
1.4.11 ● Analyse transitoire 19
1.4.12 ● Convergence automatique 19
1.4.13 ● Analyse du bruit transitoire 19
1.4.14 ● Analyse de Fourier 19
1.4.15 ● Simulation numérique 20
1.4.16 ● Simulation HDL 20
1.4.17 ● Simulation de microcontrôleur (MCU) 20
1.4.18 ● Éditeur d'organigrammes et débogueur 20
1.4.19 ● Analyse AC 21
1.4.20 ● Analyse du réseau 21
1.4.21 ● Analyse linéaire du bruit AC 21
1.4.22 ● Analyse symbolique 21
1.4.23 ● Monte-Carlo et analyse du pire des cas 21
1.4.24 ● Outil de conception 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Post-processeur 22
1.4.27 ● Présentation 22
1.4.28 ● Mode interactif 22
1.4.29 ● Instruments virtuels 23
1.4.30 ● Tests et mesures en temps réel 23
1.4.31 ● Formation et examen 23
1.4.32 ● Extension mécatronique 23

Chapitre 2 ● Versions TINA

2.1 ● Présentation 24
2.2 ● Fonctionnalités des versions 24
2.3 ● Option 27
2.4 ● Matériel supplémentaire 27
2.4.1 ● LabXplorer : instrument multifonctionnel pour l'éducation et la formation avec
capacités de mesure à distance 27

Chapitre 3 ● Procédure d'installation de TINA

3.1 ● Configuration matérielle et logicielle requise 29
3.2 ●Installation 29
3.3 ● Installation de la version clé matérielle (dongle) de TINA 36
3.4 ● Autorisation de la version logicielle protégée de TINA 37

Chapitre 4 ● Mise en route - Simulation de circuits simples

4.1 ● L'éditeur de schémas 38
4.2 ● Simulation 1 – Résistances série et parallèle 39
4.3 ● Simulation 2 – Circuit résistance – condensateur 49
4.4 ● Simulation 3 – Circuit résistance – inductance-condensateur 61
4.5 ● Simulation 4 – Consommation électrique – à l'aide d'un wattmètre 67
4.6 ● Simulation 5 – Tension aux bornes des composants – à l'aide de voltmètres 69
4.7 ● Simulation 6 – Courant traversant les composants à l'aide d'ampèremètres 70
4.8 ● Simulation 7 – Mesure d'impédance à l'aide de l'impédancemètre 71
4.9 ● Simulation 8 – Mesure de résistance avec l'Ohmmètre 73
4.10 ● Simulation 9 – Tracé de la tension entre les composants à l'aide d'un composant Oscilloscope 74
4.11 ● Simulation 10 – Mesure de fréquence avec un fréquencemètre 78
4.12 ● Simulation 11 – Analyse du circuit AC I 79
4.13 ● Simulation 12 – Analyse de circuit AC II 82
4.14 ● Simulation 13 – Analyse de circuit AC III 84
4.15 ● Simulation 14 – Théorème de Thevenin – Analyse des circuits alternatifs 86
4.16 ● Simulation 15 – Théorème de Norton – Analyse de circuit AC 89
4.17 ● Circuits triphasés 3
4.17.1 ● Simulation 16 – Analyse de circuit connecté en étoile triphasée avec charge résistive 3
4.17.2 ● Simulation 17 – Analyse de circuit connecté en étoile à 3 phases avec résistance et
charge inductive 95
4.18 ● Inductance mutuelle 98
4.18.1 ● Simulation 18 – Inductance mutuelle 99

Chapitre 5 ● Conception et simulation de circuits à diodes

5.1 ● Simulation 1 – Circuit à diode simple 102
5.2 ● Simulation 2 – Circuit redresseur demi-onde 103
5.3 ● Simulation 3 – Circuit redresseur demi-onde avec transformateur 104
5.4 ● Simulation 4 – Circuit redresseur double alternance avec transformateur à prise médiane 105
5.5 ● Simulation 5 – Circuit redresseur en pont double alternance avec transformateur 107
5.6 ● Simulation 6 – Circuit de serrage de diode 109
5.7 ● Simulation 7 – Caractéristiques des diodes Zener 110
5.8 ● Simulation 8 – Régulateur de tension à diode Zener 112
5.9 ● Simulation 9 – Limiteur de tension symétrique à diode Zener 113
5.10 ● Simulation 10 – Circuit tripleur de tension 114

Chapitre 6 ● Conception et simulation de circuits à transistors

6.1 ● Simulation 1 – Caractéristiques des transistors bipolaires 118
6.2 ● Simulation 2 – Amplificateur à transistor à émetteur commun – Analyse 119
6.3 ● Simulation 3 – Amplificateur à transistor à émetteur commun – Conception 125
6.4 ● Simulation 4 – Amplificateur à transistor à émetteur commun à plusieurs étages – Utilisation de sous-circuits dans TINA 127
6.5 ● La Netlist 131
6.6 ● Simulation 5 – Oscillateur Colpitts à transistor BJT 132
6.7 ● Transistor comme réseau à deux ports 136
6.7.1 ● Paramètres transistor h 139
6.8 ● Simulation 6 – Amplificateur de source commune à transistor JFET 142
6.9 ● Simulation 7 – Courbes caractéristiques du transistor JFET 146
6.10 ● Simulation 8 – Interrupteur à transistor BJT 147
6.11 ● Thyristors et triacs 149
6.11.1 ● Simulation 9 – Contrôle de phase des thyristors 149
6.11.2 ● Simulation 10 – Contrôle de phase triac 151
6.12 ● Amplificateurs de puissance audio 153
6.12.1 ● Simulation 11 – Amplificateur de puissance audio de classe AB 154

Chapitre 7 ● Conception et simulation d'un circuit d'amplificateur opérationnel

7.1 ● Principales caractéristiques 161
7.2 ● Circuits amplificateurs opérationnels 162
7.2.1 ● Amplificateur inverseur 163
7.2.1 ● Amplificateur inverseur 163
7.2.2 ● Amplificateur non inverseur 163
7.2.3 ● Suiveur de tension 164
7.2.4 ● Amplificateur additionneur de tension 165
7.2.5 ● Soustracteur de tension 166
7.2.6 ● Intégrateur de tension 167
7.2.7 ● Différentiel de tension 168
7.2.8 ● Convertisseur courant-tension 169
7.3 ● Simulation 1 – Amplificateur inverseur 171
7.4 ● Simulation 2 – Amplificateur sommateur 174
7.5 ● Simulation 3 – Amplificateur intégrateur de tension 175
7.6 ● Simulation 4 – Circuit redresseur demi-onde 176
7.7 ● L'outil de conception 178
7.7.1 ● Simulation 5 – Exemple de conception 178
7.8 ● Optimisation 180
7.8.1 ● Simulation 6 – Exemple de conception – Circuit AC 183
7.8.2 ● Simulation 7 – Exemple de conception – Circuit CC 185
7.9 ● Oscillateurs sinusoïdaux . 187
7.9.1 ● Simulation 8 – Oscillateur à déphasage 187
7.9.2 ● Simulation 9 – L'oscillateur Wien Bridge 189
7.9.3 ● Simulation 10 – L'oscillateur Colpitts 192
7.10 ● Générateurs d'ondes carrées 194
7.10.1 ● Simulation 11 – Générateur de signal carré de l'amplificateur opérationnel 194
7.10.2 ● Simulation 12 – Circuit intégré 555 196

Chapitre 8 ● Conception et simulation du circuit de filtrage

8.1 ● Filtres TINA 199
8.2 ● Simulation 1 – Conception d'un filtre actif passe-bas du 2ème ordre 201
8.3 ● Simulation 2 – Conception d'un filtre actif passe-bas d'ordre supérieur 206
8.4 ● Simulation 3 – Conception d'un filtre actif passe-haut 207
8.5 ● Simulation 4 – Conception d'un filtre actif passe-bande 209
8.6 ● Simulation 5 – Conception d'un filtre passif passe-bas 210

Chapitre 9 ● Conception et simulation de circuits logiques numériques

9.1 ● Simulation logique numérique avec TINA 212
9.2 ● Simulation 1 – Porte ET simple 212
9.3 ● Simulation 2 – Demi-additionneur utilisant les portes 215
9.4 ● Simulation 3 – Compteur synchrone 2 bits 216
9.5 ● Simulation Affichage LED 4 – 7 segments 217
9.6 ● Simulation 5 – Compteur binaire 4 bits avec indicateurs logiques 218
9.7 ● Simulation 6 – Compteur de décades 4 bits avec affichage 7 segments 219
9.8 ● Simulation 7 – Compteur à décades 8 bits avec deux afficheurs 7 segments 220
9.9 ● Simulation 8 – Compteur de décades 4 bits et affichage 7 segments – Utilisation d'un générateur de données 4 bits 221
9.10 ● Simulation 9 – Création d'un additionneur complet – à l'aide d'une MACRO 223
9.11 ● Utilisation des langages de description de matériel (HDL) 225
9.11.1 ● Utilisation de la simulation VHDL dans TINA pour analyser les circuits numériques 226
9.11.2 ● Simulation 10 – Circuit demi-additionneur – VHDL 226
9.11.3 ● Simulation 11 – Circuit compteur – VHDL 230
9.11.4 ● Le débogueur VHDL 233
9.12 ● Utilisation de la simulation Verilog dans TINA pour analyser les circuits numériques 235

Chapitre 10 ● Outil de conception logique

Chapitre 11 ● Simulation de microcontrôleurs

11.1 ● Présentation 246
11.2 ● Utiliser l'éditeur d'organigrammes 246
11.2.1 ● Simulation 1 – 2 LED clignotantes en alternance – Microcontrôleur série PIC 246
11.2.2 ● Simulation 2 – Compteur incrémental/décrémental 4 bits avec affichage hexadécimal – Microcontrôleur série PIC 249
11.2.3 ● Débogage d'organigramme 252
11.3 ● Utiliser la programmation assembleur 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Compteur – Microcontrôleur série PIC 253
11.3.2 ● Modification du code asm 255
11.3.3 ● Débogage du code ASM 256
11.4 ● Utiliser la programmation en C 257
11.4.1 ● Simulation 4 – Compteur – Microcontrôleur ATTINY13 258
11.4.2 ● Simulation 5 – Feux tricolores – Microcontrôleur ATTINY13 261
11.4.3 ● Simulation 6 – Compteur LCD – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Simulation 7 – Séquenceur de feux tricolores – Microcontrôleur PIC 266
11.4.5 ● Simulation 8 – Clignotant– Microcontrôleur STM32 268
11.5 ● Périphériques de mémoire 272
11.5.1 ● Simulation 9 – Multiplicateur numérique 2 bits x 2 bits – Mémoire ROM . 272
11.5.2 ● Simulation 10 – Compteur binaire 4 bits avec deux affichages hexadécimaux – Mémoire ROM . 275

Chapitre 12 ● Circuits logiques à relais

12.1 ● Présentation . 278
12.2 ● Simulation 1 – Ladder logique avec une lumière et un moteur 278
12.3 ● Composants logiques à relais en tant que composants logiques numériques 279
12.4 ● Circuit de verrouillage 281
12.4.1 ● Simulation 2 – Circuit moteur à accrochage 281
12.4.2 ● Simulation 3 – Commande moteur avant/arrière 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Contrôleur de bande transporteuse 284

Chapitre 13 ● Circuits d'alimentation à découpage (SMPS)

13.1 ● Présentation . 286
13.2 ● Simulation 1 – Circuit SMPS TPS61031 286

Chapitre 14 ● Conception de cartes de circuits imprimés (PCB)

14.1 ● Présentation 293
14.2 ● Projet de circuit multivibrateur à transistor bipolaire 293
14.2.1 ● La conception 294
14.2.2 ● Simulations 294
14.2.3 ● Vérifier les noms d'empreintes 295
14.2.4 ● Analyse des contraintes 297
14.2.5 ● Enregistrer votre schéma 297
14.2.6 ● Démarrer le programme TINA PCB . 298
14.2.7 ● Fichier Gerber 302
14.2.8 ● Fichier de perçage NC GCode 302
14.2.9 ● Informations PCB 303
14.2.10 ● Liste des composants 303
14.2.11 ● Liste Internet 304

Chapitre 15 ● Techniques de conception de PCB

15.1 ● Présentation 307
15.2 ● Création de bus dans l'éditeur de schémas et le concepteur de circuits imprimés de TINA 307
15.3 ● Plusieurs unités dans le même colis 310
15.4 ● Alimentation des composants logiques 313
15.5 ● Répétition de blocs de circuit (à l'aide de la fonction Copy Macro) 316
15.6 ● Création d'une carte technologique à deux couches, double face et montage en surface 320
15.7 ● Création de composants PCB 325

Chapitre 16 ● Créer des symboles schématiques et des empreintes

16.1 ● Présentation 328
16.2 ● Exemple 328
16.3 ● Utilisation de l'assistant IC dans l'éditeur de symboles schématiques 332
16.4 ● Utilisation de l'éditeur d'empreinte 335
16.5 ● Assistant IC dans l'éditeur d'empreinte 339
16.5.1 ● Exemple de conception 340
16.6 ● Ajout d'empreintes PCB publiques à TINA 343
16.7 ● Ajout de modèles d'empreinte 3D publics à TINA 346

Chapitre 17 ● Utiliser TINACloud

17.1 ● Présentation 348
17.2 ● Commencer à utiliser TINACloud 349
17.3 ● Exemple de simulation 350
17.4 ● Exemple de conception de PCB 355
17.5 ● Partager votre schéma TINA 357

Chapitre 18 ● Autres outils utiles

18.1 ● Présentation 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Analyse de stress (fumée) 360
18.4 ● Vérification des règles électriques (ERC) 362
18.5 ● Moniteur série 362
18.6 ● Explorateur de composants 362
18.7 ● Rechercher un composant 363
18.8 ● Protéger le circuit 364
18.9 ● Exporter 365
18.10 ● Importer 365
18.11 ● Série de Fourier 365
18.12 ● Spectre de Fourier 367
18.13 ● Analyse du bruit 367
18.14 ● Analyse de la dissipation de puissance 369
18.15 ● Interprète 370
18.15.1 ● Exemple 1 – Circuit RLC 371
18.15.2 ● Exemple 2 – Circuit CC 373
18.15.3 ● Exemple 3 – Circuit CA 374
18.15.4 ● Évaluation des intégrales 375
18.15.5 ● Résolution d'un système linéaire d'équations 375
18.15.6 ● Dessiner des diagrammes 376
18.15.7 ● Diagrammes de Bode 377
18.15.8 ● Définition des signaux 379
18.15.9 ● Fonctions prises en charge 381
18.16 ● Analyse de température CC 382
18.17 ● L'extracteur de paramètres 382
18.18 ● Éditeur de machines à états finis 384

Chapitre 19 ● Le gestionnaire de bibliothèque

Chapitre 20 ● Réseaux prédiffusés programmables par l'utilisateur (FPGA)

20.1 ● Présentation 391
20.2 ● Programmation de cartes FPGA avec saisie de conception schématique à l'aide de TINA – Exemple 1
391
20.3 ● Programmation de cartes FPGA avec saisie de conception schématique à l'aide de TINA – Exemple 2
400
20.4 ● Programmation des cartes FPGA en VHDL avec TINA 404
20.5 ● Programmation des cartes FPGA dans Verilog avec TINACloud 407
20.6 ● Stockage du programme en mémoire non volatile de la carte Basys 3 411
20.7 ● Compteur de secondes sur la carte FPGA 7 segments 4 chiffres Basys 3 utilisant TINA avec
VHDL415
20.8 ● Compteur de boutons-poussoirs sur la carte FPGA Basys 7 à 4 segments et 3 chiffres utilisant TINA avec
VHDL428

Chapitre 21 ● Informations supplémentaires

21.1 ● Site Web TINA 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Autres liens utiles 434
21.4 ● Fichiers d'aide de TINA 435
● Épilogue 436
● Indice 437