使用 TINA Design Suite 和 TINACloud 进行电路仿真

Dogan Ibrahim教授

电子书Elektor 畅销书作者 Dogan Ibrahim 教授旨在教授电气和电子电路的设计和分析,并使用 TINA 和 TINACloud 开发 PCB 板。 本书面向电气/电子工程师、技术学院和大学的本科电子/电气工程专业学生、研究生和研究生、教师和爱好者。 提供了许多经过测试和工作的仿真示例,涵盖了模拟和数字电气/电子工程的大多数领域。 这些包括交流和直流电路、二极管、齐纳二极管、晶体管电路、运算放大器、梯形图、三相电路、互感、整流器电路、振荡器、有源和无源滤波器电路、数字逻辑、VHDL、MCU、开关模式电源、PCB 设计、傅里叶级数和频谱。 读者不需要有任何编程经验,除非他们想模拟复杂的单片机电路。

目录:

章节 1 ●简介

1.1 ● 为什么要仿真? 13
1.2 ● 电子仿真 14
1.3● SPICE 电子电路建模 15
1.4 ● TINA 程序 16
1.4.1 ● 原理图抓取 17
1.4.2 ● 实时 3D Breadboard 工具17
1.4.3 ● PCB设计 17
1.4.4 ● 电气规则检查 (ERC) 17
1.4.5 ● 原理图符号编辑器 18
1.4.6 ● 库管理器 18
1.4.7 ● IBIS 模型支持 18
1.4.8 ● 参数提取器 18
1.4.9 ● 文本和公式编辑器 18
1.4.10 ● 直流分析 19
1.4.11 ● 瞬态分析 19
1.4.12 ● 自动收敛 19
1.4.13 ●瞬态噪声分析 19
1.4.14 ● 傅立叶分析 19
1.4.15 ● 数字仿真 20
1.4.16 ● HDL 仿真 20
1.4.17 ● 微控制器 (MCU) 仿真 20
1.4.18 ● 流程图编辑器和调试器 20
1.4.19 ●交流分析 21
1.4.20 ● 网络分析 21
1.4.21 ● 线性交流噪声分析 21
1.4.22 ● 符号分析 21
1.4.23 ● 蒙特卡罗和最坏情况分析 21
1.4.24 ● 设计工具 21
1.4.25 ● 优化 22
1.4.26 ● 后处理器 22
1.4.27 ● 演示文稿 22
1.4.28 ● 交互模式 22
1.4.29 ● 虚拟仪器 23
1.4.30 ● 实时测试与测量 23
1.4.31 ● 培训与考试 23
1.4.32 ● 机电一体化扩展 23

第 2 章 ● TINA 版本

2.1 ● 概述 24
2.2 ● 版本特点 24
2.3 ● 选项 27
2.4 ● 辅助硬件 27
2.4.1 ● LabXplorer:用于教育和培训的多功能仪器,具有本地和
远程测量能力 27

第 3 章 ● TINA 安装程序

3.1 ● 硬件和软件要求 29
3.2 ● 安装 29
3.3 ● 安装 TINA 36 的硬件密钥(加密狗)版本
3.4 ● TINA 37软件保护版授权

第 4 章 ● 入门——模拟简单电路

4.1 ● 原理图编辑器 38
4.2 ● 模拟 1 – 串联和并联电阻 39
4.3 ● 仿真2 – 电阻-电容电路 49
4.4●仿真3-电阻-电感-电容电路 61
4.5 ● 模拟 4 – 功耗 – 使用功率计 67
4.6 ● 模拟 5 – 元件间的电压 – 使用电压表 69
4.7 ● 模拟 6 – 使用安培表的组件电流 70
4.8 ● 模拟 7 – 使用阻抗计进行阻抗测量 71
4.9 ● 模拟 8 – 使用欧姆表 73 进行电阻测量
4.10 ● 模拟 9 – 使用示波器组件绘制组件间的电压 74
4.11 ● 模拟 10 – 使用频率计测量频率 78
4.12 ● 仿真 11 – 交流电路分析 I 79
4.13 ● 仿真 12 – 交流电路分析 II 82
4.14 ● 仿真 13 – 交流电路分析 III 84
4.15 ● 仿真 14 – 戴维南定理 – 交流电路分析 86
4.16 ● 仿真 15 – 诺顿定理 – 交流电路分析 89
4.17 ● 三相电路 3
4.17.1 ● 仿真 16 – 带电阻负载的三相星形连接电路分析 3
4.17.2 ● 仿真 17 – 3 相星形连接电路分析,带电阻和
感性负载 95
4.18●互感98
4.18.1 ● 仿真 18 – 互感 99

第 5 章二极管电路设计与仿真

5.1 ● 模拟 1 – 简单的二极管电路 102
5.2 ●仿真2——半波整流电路 103
5.3 ● 模拟 3 – 带变压器的半波整流电路 104
5.4 ● 模拟 4 – 带中心抽头变压器的全波整流电路 105
5.5 ● 仿真 5 – 带变压器的全波桥式整流电路 107
5.6 ● 仿真 6 – 二极管钳位电路 109
5.7 ● 仿真 7 – 齐纳二极管特性 110
5.8 ● 仿真 8 – 齐纳二极管稳压器 112
5.9 ● 仿真 9 – 齐纳二极管对称限压器 113
5.10 ● 仿真 10 – 三倍压电路 114

第6章晶体管电路设计与仿真

6.1 ● 模拟 1 – 双极晶体管特性 118
6.2 ● 模拟 2 – 共发射极晶体管放大器 – 分析 119
6.3 ● 模拟 3 – 共发射极晶体管放大器 – 设计 125
6.4 ● 模拟 4 – 多级共发射极晶体管放大器 – 在 TINA 127 中使用子电路
6.5 ● 网表 131
6.6 ● 仿真 5 – BJT 晶体管 Colpitts 振荡器 132
6.7 ●晶体管作为双端口网络 136
6.7.1 ●三极管h参数139
6.8 ● 仿真 6 – JFET 晶体管共源放大器 142
6.9 ● 仿真 7 – JFET 晶体管特性曲线 146
6.10 ● 仿真 8 – BJT 晶体管开关 147
6.11●晶闸管和双向晶闸管 149
6.11.1 ● 仿真 9 – 晶闸管相位控制 149
6.11.2 ● 仿真 10 – Triac 相位控制 151
6.12●音频功率放大器 153
6.12.1 ● 仿真 11 – AB 类音频功率放大器 154

第7章运放电路设计与仿真

7.1 ● 关键特性 161
7.2 ●运算放大电路 162
7.2.1 ●反相放大器 163
7.2.1 ●反相放大器 163
7.2.2 ●同相放大器 163
7.2.3 ●电压跟随器 164
7.2.4 ●电压加法放大器 165
7.2.5 ●电压减法器 166
7.2.6 ●电压积分器 167
7.2.7 ●电压微分器 168
7.2.8 ●电流电压转换器 169
7.3 ● 仿真 1 – 反相放大器 171
7.4 ● 仿真 2 – 加法放大器 174
7.5 ● 仿真 3 – 电压积分放大器 175
7.6 ●仿真4——半波整流电路 176
7.7 ● 设计工具 178
7.7.1 ● 仿真 5 – 示例设计 178
7.8 ● 优化 180
7.8.1 ● 仿真 6 – 示例设计 – 交流电路 183
7.8.2 ● 仿真 7 – 示例设计 – 直流电路 185
7.9 ● 正弦振荡器。 187
7.9.1 ● 仿真 8 – 移相振荡器 187
7.9.2 ● 仿真 9 – 文氏桥振荡器 189
7.9.3 ● 仿真 10 – 科尔皮茨振荡器 192
7.10 ●方波发生器 194
7.10.1 ● 仿真 11 – 运算放大器方波发生器 194
7.10.2 ● 仿真 12 – 555 集成电路 196

第8章●滤波电路设计与仿真

8.1 ● TINA 滤波器 199
8.2 ● 模拟 1 – 设计二阶低通有源滤波器 2
8.3 ● 模拟 2 – 设计高阶低通有源滤波器 206
8.4 ● 模拟 3 – 设计高通有源滤波器 207
8.5 ● 模拟 4 – 设计带通有源滤波器 209
8.6 ● 模拟 5 – 设计低通无源滤波器 210

第9章●数字逻辑电路设计与仿真

9.1 ● 使用 TINA 212 进行数字逻辑仿真
9.2 ● 仿真 1 – 简单与门 212
9.3 ● 模拟 2 – 使用门的半加器 215
9.4 ● 仿真 3 – 2 位同步计数器 216
9.5 ● 模拟 4-7 段 LED 显示 217
9.6 ● 仿真 5 – 带逻辑指示器的 4 位二进制计数器 218
9.7 ● 仿真 6 – 具有 4 段显示的 7 位十进制计数器 219
9.8 ● 仿真 7 – 8 位十进制计数器,带两个 7 段显示器 220
9.9 ● 仿真 8 – 4 位十进制计数器和 7 段显示器 – 使用 4 位数据发生器 221
9.10 ● 模拟 9 – 创建一个全加器 – 使用 MACRO 223
9.11 ● 使用硬件描述语言 (HDL) 225
9.11.1●在TINA中使用VHDL仿真分析数字电路226
9.11.2 ● 仿真 10 – 半加器电路 – VHDL 226
9.11.3 ● 仿真 11 – 计数器电路 – VHDL 230
9.11.4 ● VHDL 调试器 233
9.12 ● 在 TINA 中使用 Verilog 仿真分析数字电路 235

第 10 章 ● 逻辑设计工具

第 11 章 ● 模拟微控制器

11.1 ● 概述 246
11.2 ● 使用流程图编辑器 246
11.2.1 ● 模拟 1 – 交替闪烁 2 个 LED – PIC 系列微控制器 246
11.2.2 ● 模拟 2 – 带十六进制显示的 4 位向上/向下计数器 – PIC 系列微控制器 249
11.2.3 ● 流程图调试 252
11.3 ● 使用汇编编程 253
11.3.1 ● 仿真 3 – 计数器 – PIC 系列单片机 253
11.3.2 ● 修改asm代码255
11.3.3 ● 调试 ASM 代码 256
11.4 ● 使用C编程 257
11.4.1 ● 仿真 4 – 计数器 – ATTINY13 微控制器 258
11.4.2 ● 模拟 5 – 交通灯 – ATTINY13 微控制器 261
11.4.3 ● 仿真 6 – LCD 计数器 – Arduino Uno 263
11.4.4 ● 仿真 7 – 交通灯定序器 – PIC 微控制器 266
11.4.5 ● 仿真 8 – 闪光灯 – STM32 微控制器 268
11.5 ● 存储设备 272
11.5.1 ● 仿真 9 – 2 位 x 2 位数字乘法器 – ROM 存储器。 272
11.5.2 ● 模拟 10 – 具有两个十六进制显示的 4 位二进制计数器 – ROM 存储器。 275

第 12 章 ● 梯形逻辑电路

12.1 ● 概述。 278
12.2 ● 模拟 1 – 带灯和电机的梯形逻辑 278
12.3 ●梯形图逻辑组件作为数字逻辑组件 279
12.4 ●锁存电路 281
12.4.1 ● 仿真 2 – 自锁电机电路 281
12.4.2 ● 模拟 3 – 正向/反向电机控制 283
12.4.3 ● 模拟 4 – 传送带控制器 284

第 13 章开关模式电源电路 (SMPS)

13.1 ● 概述。 286
13.2 ● 仿真 1 – TPS61031 SMPS 电路 286

第 14 章 ● 印刷电路板 (PCB) 设计

14.1 ● 概述 293
14.2●双极晶体管多谐振荡器电路项目293
14.2.1 ●设计 294
14.2.2 ● 仿真 294
14.2.3 ● 查看封装名称 295
14.2.4 ●应力分析 297
14.2.5 ● 保存原理图 297
14.2.6 ● 启动TINA PCB 程序。 298
14.2.7 ● Gerber 文件 302
14.2.8 ● GCode NC钻孔文件302
14.2.9 ● PCB 信息 303
14.2.10 ● 组件清单 303
14.2.11 ● 网表 304

第 15 章 ● PCB 设计技术

15.1 ● 概述 307
15.2 ● 在 TINA 307 的原理图编辑器和 PCB 设计器中创建总线
15.3 ● 同一包裹中的多个单元 310
15.4●逻辑元件电源 313
15.5 ●重复电路块(使用复制宏功能) 316
15.6 ● 创建双层、双面、表面贴装技术板 320
15.7 ● 创建 PCB 元件 325

第 16 章 ● 制作原理图符号和封装

16.1 ● 概述 328
16.2●例子328
16.3 ● 在原理图符号编辑器中使用 IC 向导 332
16.4 ● 使用封装编辑器 335
16.5 ●封装编辑器中的 IC 向导 339
16.5.1 ● 示例设计 340
16.6 ● 向 TINA 343 添加公共 PCB 封装
16.7 ● 将公共 3D 足迹模型添加到 TINA 346

第 17 章 ● 使用 TINACloud

17.1 ● 概述 348
17.2 ● 开始使用 TINACloud 349
17.3 ● 实例模拟 350
17.4 ● PCB 设计示例 355
17.5 ● 共享您的 TINA 原理图 357

第 18 章 ● 其他有用的工具

18.1 ● 概述 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● 压力(烟雾)分析 360
18.4 ● 电子规则检查 (ERC) 362
18.5 ● 串行监视器 362
18.6 ● 组件资源管理器 362
18.7 ● 查找组件 363
18.8 ● 保护电路 364
18.9 ● 出口365
18.10 ●导入365
18.11 ●傅里叶级数365
18.12 ● 傅里叶谱 367
18.13●噪音分析367
18.14●功耗分析369
18.15 ● 口译员 370
18.15.1 ● 示例 1 – RLC 电路 371
18.15.2 ● 示例 2 – 直流电路 373
18.15.3 ● 示例 3 – 交流电路 374
18.15.4 ●计算积分 375
18.15.5 ●求解线性方程组 375
18.15.6 ●绘制图表 376
18.15.7 ●伯德图 377
18.15.8 ●信号定义379
18.15.9 ● 支持的功能 381
18.16 ●直流温度分析 382
18.17 ● 参数提取器 382
18.18 ● 有限状态机编辑器 384

第19章 ●图书馆管理员

第 20 章现场可编程门阵列 (FPGA)

20.1 ● 概述 391
20.2 ● 使用 TINA 使用原理图设计输入对 FPGA 板进行编程 – 示例 1
391
20.3 ● 使用 TINA 使用原理图设计输入对 FPGA 板进行编程 – 示例 2
400
20.4 ● 使用 TINA 404 在 VHDL 中对 FPGA 板进行编程
20.5 ● 使用 TINACloud 407 在 Verilog 中对 FPGA 板进行编程
20.6 ● 将程序存储在Basys 3板411的非易失性存储器中
20.7 ● 使用 TINA 的 7 段 4 位 Basys 3 FPGA 板上的秒计数器
超高密度语言 415
20.8 ● 使用 TINA 的 7 段 4 位 Basys 3 FPGA 板上的按钮计数器
超高密度语言 428

第 21 章 ● 附加信息

21.1 ● TINA 网站 431
21.2 ● 蒂娜-TI 434
21.3 ● 其他有用的链接 434
21.4 ● TINA 帮助文件 435
●结语436
● 指数437