TINA Design Suite と TINACloud による回路シミュレーション

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

この中の 電子書籍、トップセラーのElektorの著者であるDogan Ibrahim教授は、電気および電子回路の設計と分析を教え、TINAとTINACloudの両方を使用してPCBボードを開発することを目指しています。 この本は、電気/電子技術者、高等専門学校や大学の電子/電気工学の学部生、大学院生や研究生、教師、愛好家を対象としています。 アナログおよびデジタルの電気/電子工学のほとんどの分野をカバーする、多くのテスト済みおよび実用的なシミュレーションの例が提供されています。 これらには、AC および DC 回路、ダイオード、ツェナー ダイオード、トランジスタ回路、オペアンプ、ラダー図、3 相回路、相互インダクタンス、整流回路、発振器、アクティブおよびパッシブ フィルター回路、デジタル ロジック、VHDL、MCU、スイッチ モードが含まれます。電源、PCB 設計、フーリエ級数、スペクトル。 読者は、複雑な MCU 回路をシミュレートしたい場合を除き、プログラミングの経験は必要ありません。

目次：

章1 ●はじめに

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● 電子シミュレーション 14
1.3年● SPICE 電子回路のモデリング 15
1.4 ● TINA プログラム 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● ライブ 3D Breadboard ツール17
1.4.3 ● PCB 設計 17
1.4.4 ● 電気ルールチェック（ERC） 17
1.4.5 ● 回路図記号エディタ 18
1.4.6 ● ライブラリマネージャー 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● テキストおよび数式エディタ 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ●過渡解析 19
1.4.12 ● 自動収束 19
1.4.13 ● 過渡ノイズ解析 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● HDL シミュレーション 20
1.4.17 ●マイクロコントローラ(MCU)シミュレーション 20
1.4.18 ● フローチャートエディタとデバッガ 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22 ●記号解析 21
1.4.23 ● モンテカルロと最悪の場合の分析 21
1.4.24 ●デザインツール 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● ポストプロセッサ 22
1.4.27 ● プレゼンテーション 22
1.4.28 ●インタラクティブモード 22
1.4.29 ● バーチャルインストゥルメント 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● 研修と試験 23
1.4.32 ● メカトロニクス拡張 23

第 2 章 ● TINA のバージョン

2.1 ● Overview 24
2.2 ● バージョンの特徴 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: ローカルおよび
リモート測定機能 27

第 3 章 ● TINA のインストール手順

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● 設置 29
3.3 ● TINA 36 のハードウェア キー (ドングル) バージョンのインストール
3.4 ● TINA 37 のソフトウェア保護バージョンの認証

第 4 章 ● はじめに – 簡単な回路のシミュレーション

4.1 ● 回路図エディタ 38
4.2 ● シミュレーション 1 – 直列抵抗と並列抵抗 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● シミュレーション 3 – 抵抗 – インダクタ - コンデンサ回路 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● シミュレーション 5 – コンポーネント間の電圧 – 電圧計の使用 69
4.7 ● シミュレーション 6 – アンペア メーターを使用したコンポーネントを流れる電流 70
4.8 ● シミュレーション 7 – インピーダンスメーターを使用したインピーダンス測定 71
4.9 ● シミュレーション 8 – オーム計を使用した抵抗測定 73
4.10 ● シミュレーション 9 – オシロスコープ コンポーネントを使用したコンポーネント間の電圧のプロット 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13 ● シミュレーション 12 – 交流回路解析 II 82
4.14 ● シミュレーション 13 – 交流回路解析 III 84
4.15 ● シミュレーション 14 – テブナンの定理 – 交流回路解析 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 三相回路 3
4.17.1 ● シミュレーション 16 – 抵抗負荷を使用した 3 相スター接続回路の解析 93
4.17.2 ● シミュレーション 17 – 抵抗と抵抗を使用した 3 相スター接続回路解析
誘導負荷 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● シミュレーション 18 – 相互インダクタンス 99

第 5 章 ● ダイオード回路の設計とシミュレーション

5.1 ● シミュレーション 1 – 単純なダイオード回路 102
5.2 ● シミュレーション 2 – 半波整流回路 103
5.3 ● シミュレーション 3 – トランス付き半波整流回路 104
5.4 ● シミュレーション 4 – センタータップ付きトランスを使用した全波整流回路 105
5.5 ● シミュレーション 5 – トランス付き全波ブリッジ整流回路 107
5.6 ● シミュレーション 6 – ダイオードクランパー回路 109
5.7 ● シミュレーション 7 – ツェナー ダイオードの特性 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10 ● シミュレーション 10 – 電圧トリプラー回路 114

第 6 章 ● トランジスタ回路の設計とシミュレーション

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 ● シミュレーション 4 – 多段共通エミッタ トランジスタ アンプ – TINA 127 でのサブ回路の使用
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● シミュレーション 5 – BJT トランジスタ コルピッツ発振器 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● シミュレーション 6 – JFET トランジスタ ソース接地増幅器 142
6.9 ● シミュレーション 7 – JFET トランジスタの特性曲線 146
6.10 ● シミュレーション 8 – BJT トランジスタ スイッチ 147
6.11 ●サイリスタとトライアック 149
6.11.1 ● シミュレーション 9 – サイリスタ位相制御 149
6.11.2 ● シミュレーション 10 – トライアック位相制御 151
6.12 ●オーディオパワーアンプ 153
6.12.1 ● シミュレーション 11 – クラス AB オーディオ パワー アンプ 154

第7章 ●オペアンプの回路設計とシミュレーション

7.1 ● 主な特徴 161
7.2 ●オペアンプ回路 162
7.2.1 ●反転増幅器 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ●非反転増幅器 163
7.2.3 ●ボルテージフォロア 164
7.2.4 ●電圧加算アンプ 165
7.2.5 ●電圧減算器 166
7.2.6 ●電圧積分器 167
7.2.7 ●電圧微分器 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● シミュレーション 1 – 反転増幅器 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● シミュレーション 3 – 電圧積分アンプ 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● 設計ツール 178
7.7.1 ● シミュレーション 5 – 設計例 178
7.8 ●最適化 180
7.8.1 ● シミュレーション 6 – 設計例 – AC 回路 183
7.8.2 ● シミュレーション 7 – 設計例 – DC 回路 185
7.9 ● 正弦波発振器。 187
7.9.1 ● シミュレーション 8 – 位相シフト発振器 187
7.9.2 ● シミュレーション 9 – ウィーンブリッジ発振器 189
7.9.3 ● シミュレーション 10 – コルピッツ発振器 192
7.10 ●方形波発生器 194
7.10.1 ● シミュレーション 11 – オペアンプ方形波発生器 194
7.10.2 ● シミュレーション 12 – 555 集積回路 196

第 8 章 ● フィルタ回路の設計とシミュレーション

8.1 ● TINA フィルター 199
8.2 ● シミュレーション 1 – 2 次ローパス アクティブ フィルターの設計 201
8.3 ● シミュレーション 2 – 高次ローパス アクティブ フィルターの設計 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● シミュレーション 4 – バンドパス アクティブ フィルターの設計 209
8.6 ● シミュレーション 5 – ローパスパッシブフィルターの設計 210

第 9 章 ● デジタル論理回路の設計とシミュレーション

9.1 ● TINA 212 を使用したデジタル論理シミュレーション
9.2 ● シミュレーション 1 – シンプルな AND ゲート 212
9.3 ● シミュレーション 2 – ゲートを使用した半加算器 215
9.4 ● シミュレーション 3 – 2 ビット同期カウンタ 216
9.5 ● シミュレーション 4 – 7 セグメント LED 表示 217
9.6 ● シミュレーション 5 – 論理インジケータ付き 4 ビットバイナリカウンタ 218
9.7 ● シミュレーション 6 – 4 セグメント表示の 7 ビット 219 進カウンタ XNUMX
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● シミュレーション 8 – 4 ビット 7 進カウンタと 4 セグメント表示 – 221 ビット データ ジェネレータの使用 XNUMX
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● ハードウェア記述言語 (HDL) の使用 225
9.11.1 ● TINA で VHDL シミュレーションを使用してデジタル回路を解析する 226
9.11.2 ● シミュレーション 10 – 半加算器回路 – VHDL 226
9.11.3 ● シミュレーション 11 – カウンター回路 – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● TINA で Verilog シミュレーションを使用してデジタル回路を解析する 235

第 10 章 ● 論理設計ツール

第 11 章 ● マイクロコントローラのシミュレーション

11.1 ● 概要 246
11.2 ● フローチャートエディタの使用 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 ● フローチャートのデバッグ 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● asm コードの修正 255
11.3.3 ● ASM コードのデバッグ 256
11.4 ● C プログラミングの使用 257
11.4.1 ● シミュレーション 4 – カウンター – ATTINY13 マイクロコントローラー 258
11.4.2 ● シミュレーション 5 – 信号機 – ATTINY13 マイクロコントローラ 261
11.4.3 ● シミュレーション 6 – LCD カウンター – Arduino Uno 263
11.4.4 ● シミュレーション 7 – 信号機シーケンサ – PIC マイクロコントローラ 266
11.4.5 ● シミュレーション 8 – 光の点滅 – STM32 マイクロコントローラ 268
11.5 ●メモリデバイス 272
11.5.1 ● シミュレーション 9 – 2 ビット x 2 ビット デジタル乗算器 – ROM メモリ . 272
11.5.2 ● シミュレーション 10 – 4 つの 275 進表示を備えた XNUMX ビット バイナリ カウンタ – ROM メモリ。 XNUMX

第12章 ●ラダー論理回路

12.1 ● 概要。 278
12.2 ● シミュレーション 1 – ライトとモーターを使用したラダーロジック 278
12.3 ●デジタルロジックコンポーネントとしてのラダーロジックコンポーネント 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● シミュレーション 2 – ラッチング モーター回路 281
12.4.2 ● シミュレーション 3 – 正転/逆転モーター制御 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

第 13 章 ● スイッチング電源回路 (SMPS)

13.1 ● 概要。 286
13.2 ● シミュレーション 1 – TPS61031 SMPS 回路 286

第 14 章 ● プリント回路基板 (PCB) の設計

14.1 ● 概要 293
14.2 ●バイポーラトランジスタマルチバイブレータ回路プロジェクト 293
14.2.1 ●デザイン 294
14.2.2 ● シミュレーション 294
14.2.3 ● フットプリント名の確認 295
14.2.4 ●応力解析 297
14.2.5 ● 回路図を保存する 297
14.2.6 ● TINA PCB プログラムを開始します。 298
14.2.7 ●ガーバーファイル 302
14.2.8 ● GCode NCドリルファイル 302
14.2.9 ● PCB 情報 303
14.2.10 ● コンポーネントリスト 303
14.2.11 ● ネットリスト 304

第 15 章 ● PCB 設計テクニック

15.1 ● 概要 307
15.2 ● TINA 307 の回路図エディタと PCB デザイナーでのバスの作成
15.3 ● 同一パッケージ内の複数のユニット 310
15.4 ●ロジックコンポーネントの電源 313
15.5 ●回路ブロックの繰り返し（マクロコピー機能を使用） 316
15.6 ● 320 層、両面、表面実装テクノロジ ボード XNUMX の作成
15.7 ● PCB コンポーネントの作成 325

第 16 章 ● 回路図記号とフットプリントの作成

16.1 ● 概要 328
16.2 ● 例 328
16.3 ● 回路図シンボル エディタでの IC ウィザードの使用 332
16.4 ● フットプリント エディタの使用 335
16.5 ● フットプリント エディタの IC ウィザード 339
16.5.1 ● 設計例 340
16.6 ● TINA 343 へのパブリック PCB フットプリントの追加
16.7 ● パブリック 3D フットプリント モデルを TINA 346 に追加する

第 17 章 ● TINACloud の使用

17.1 ● 概要 348
17.2 ● TINACloud 349 の使用開始
17.3 ● シミュレーション例 350
17.4 ● PCB 設計例 355
17.5 ● TINA 回路図の共有 357

第 18 章 ● その他の便利なツール

18.1 ● 概要 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● 応力 (煙) 解析 360
18.4 ●エレクトリックルールチェック（ERC） 362
18.5 ●シリアルモニター 362
18.6 ● コンポーネントエクスプローラー 362
18.7 ● コンポーネントの検索 363
18.8 ●プロテクト回路 364
18.9 ● エクスポート 365
18.10 ● インポート 365
18.11 ● フーリエ級数 365
18.12 ●フーリエスペクトル 367
18.13 ●ノイズ解析 367
18.14 ● 消費電力解析 369
18.15 ●通訳者 370
18.15.1 ● 例 1 – RLC 回路 371
18.15.2 ● 例 2 – DC 回路 373
18.15.3 ● 例 3 – AC 回路 374
18.15.4 ● 積分の評価 375
18.15.5 ● 線形連立方程式を解く 375
18.15.6 ● 図面 376
18.15.7 ●ボード線図 377
18.15.8 ● シグナル定義 379
18.15.9 ● サポートされている関数 381
18.16 ●直流温度解析 382
18.17 ● パラメータエクストラクタ 382
18.18 ● 有限ステート マシン エディタ 384

第 19 章 ● ライブラリーマネージャー

第 20 章 ● フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA)

20.1 ● 概要 391
20.2 ● TINA を使用した回路図デザイン入力による FPGA ボードのプログラミング – 例 1
391
20.3 ● TINA を使用した回路図デザイン入力による FPGA ボードのプログラミング – 例 2
400
20.4 ● TINA 404 を使用した VHDL での FPGA ボードのプログラミング
20.5 ● TINACloud 407 を使用した Verilog での FPGA ボードのプログラミング
20.6 ● Basys 3 ボード 411 の不揮発性メモリへのプログラムの保存
20.7 ● TINA を使用した 7 セグメント 4 桁 Basys 3 FPGA ボードの秒カウンター
VHDL415
20.8 ● TINA を使用した 7 セグメント 4 桁 Basys 3 FPGA ボードのプッシュボタン カウンター
VHDL428

第21章 ●追加情報

21.1 ● TINA ウェブサイト 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● その他の便利なリンク 434
21.4 ● TINA ヘルプ ファイル 435
●エピローグ 436
●索引 437