使用 TINA Design Suite 和 TINACloud 進行電路仿真

作者：Dogan Ibrahim 博士

在這 電子書Elektor 暢銷書作者 Dogan Ibrahim 教授旨在教授電氣和電子電路的設計和分析，並使用 TINA 和 TINACloud 開發 PCB 板。本書面向電氣/電子工程師、技術學院和大學的本科電子/電氣工程專業學生、研究生和研究生、教師和愛好者。提供了許多經過測試和工作的仿真示例，涵蓋了模擬和數字電氣/電子工程的大多數領域。這些包括交流和直流電路、二極管、齊納二極管、晶體管電路、運算放大器、梯形圖、三相電路、互感、整流器電路、振盪器、有源和無源濾波器電路、數字邏輯、VHDL、MCU、開關模式電源、PCB 設計、傅里葉級數和頻譜。讀者不需要有任何編程經驗，除非他們想模擬複雜的單片機電路。

1.1 ● 為什麼要仿真？ 13
1.2 ● 電子仿真 14
1.3● SPICE 電子電路建模 15
1.4 ● TINA 程序 16
1.4.1 ● 原理圖抓取 17
1.4.2 ● 實時 3D Breadboard 工具17
1.4.3 ● PCB設計 17
1.4.4 ● 電氣規則檢查 (ERC) 17
1.4.5 ● 原理圖符號編輯器 18
1.4.6 ● 庫管理器 18
1.4.7 ● IBIS 模型支持 18
1.4.8 ● 參數提取器 18
1.4.9 ● 文本和公式編輯器 18
1.4.10 ● 直流分析 19
1.4.11 ● 瞬態分析 19
1.4.12 ● 自動收斂 19
1.4.13 ●瞬態噪聲分析 19
1.4.14 ● 傅立葉分析 19
1.4.15 ● 數字仿真 20
1.4.16 ● HDL 仿真 20
1.4.17 ● 微控制器 (MCU) 仿真 20
1.4.18 ● 流程圖編輯器和調試器 20
1.4.19 ●交流分析 21
1.4.20 ● 網絡分析 21
1.4.21 ● 線性交流噪聲分析 21
1.4.22 ● 符號分析 21
1.4.23 ● 蒙特卡羅和最壞情況分析 21
1.4.24 ● 設計工具 21
1.4.25 ● 優化 22
1.4.26 ● 後處理器 22
1.4.27 ● 演示文稿 22
1.4.28 ● 交互模式 22
1.4.29 ● 虛擬儀器 23
1.4.30 ● 實時測試與測量 23
1.4.31 ● 培訓與考試 23
1.4.32 ● 機電一體化擴展 23

第 2 章 ● TINA 版本

2.1 ● 概述 24
2.2 ● 版本特點 24
2.3 ● 選項 27
2.4 ● 輔助硬件 27
2.4.1 ● LabXplorer：用於教育和培訓的多功能儀器，具有本地和
遠程測量能力 27

第 3 章 ● TINA 安裝程序

3.1 ● 硬件和軟件要求 29
3.2 ● 安裝 29
3.3 ● 安裝 TINA 36 的硬件密鑰（加密狗）版本
3.4 ● TINA 37軟件保護版授權

第 4 章 ● 入門——模擬簡單電路

4.1 ● 原理圖編輯器 38
4.2 ● 模擬 1 – 串聯和並聯電阻 39
4.3 ● 仿真2 – 電阻-電容電路 49
4.4●仿真3-電阻-電感-電容電路 61
4.5 ● 模擬 4 – 功耗 – 使用功率計 67
4.6 ● 模擬 5 – 元件間的電壓 – 使用電壓表 69
4.7 ● 模擬 6 – 使用安培表的組件電流 70
4.8 ● 模擬 7 – 使用阻抗計進行阻抗測量 71
4.9 ● 模擬 8 – 使用歐姆表 73 進行電阻測量
4.10 ● 模擬 9 – 使用示波器組件繪製組件間的電壓 74
4.11 ● 模擬 10 – 使用頻率計測量頻率 78
4.12 ● 仿真 11 – 交流電路分析 I 79
4.13 ● 仿真 12 – 交流電路分析 II 82
4.14 ● 仿真 13 – 交流電路分析 III 84
4.15 ● 仿真 14 – 戴維南定理 – 交流電路分析 86
4.16 ● 仿真 15 – 諾頓定理 – 交流電路分析 89
4.17 ● 三相電路 3
4.17.1 ● 仿真 16 – 帶電阻負載的三相星形連接電路分析 3
4.17.2 ● 仿真 17 – 3 相星形連接電路分析，帶電阻和
感性負載 95
4.18●互感98
4.18.1 ● 仿真 18 – 互感 99

第 5 章二極管電路設計與仿真

5.1 ● 模擬 1 – 簡單的二極管電路 102
5.2 ●仿真2——半波整流電路 103
5.3 ● 模擬 3 – 帶變壓器的半波整流電路 104
5.4 ● 模擬 4 – 帶中心抽頭變壓器的全波整流電路 105
5.5 ● 仿真 5 – 帶變壓器的全波橋式整流電路 107
5.6 ● 仿真 6 – 二極管箝位電路 109
5.7 ● 仿真 7 – 齊納二極管特性 110
5.8 ● 仿真 8 – 齊納二極管穩壓器 112
5.9 ● 仿真 9 – 齊納二極管對稱限壓器 113
5.10 ● 仿真 10 – 三倍壓電路 114

第6章晶體管電路設計與仿真

6.1 ● 模擬 1 – 雙極晶體管特性 118
6.2 ● 模擬 2 – 共發射極晶體管放大器 – 分析 119
6.3 ● 模擬 3 – 共發射極晶體管放大器 – 設計 125
6.4 ● 模擬 4 – 多級共發射極晶體管放大器 – 在 TINA 127 中使用子電路
6.5 ● 網表 131
6.6 ● 仿真 5 – BJT 晶體管 Colpitts 振盪器 132
6.7 ●晶體管作為雙端口網絡 136
6.7.1 ●三極管h參數139
6.8 ● 仿真 6 – JFET 晶體管共源放大器 142
6.9 ● 仿真 7 – JFET 晶體管特性曲線 146
6.10 ● 仿真 8 – BJT 晶體管開關 147
6.11●晶閘管和雙向晶閘管 149
6.11.1 ● 仿真 9 – 晶閘管相位控制 149
6.11.2 ● 仿真 10 – Triac 相位控制 151
6.12●音頻功率放大器 153
6.12.1 ● 仿真 11 – AB 類音頻功率放大器 154

第7章運放電路設計與仿真

7.1 ● 關鍵特性 161
7.2 ●運算放大電路 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 ●電壓跟隨器 164
7.2.4 ●電壓加法放大器 165
7.2.5 ●電壓減法器 166
7.2.6 ●電壓積分器 167
7.2.7 ●電壓微分器 168
7.2.8 ●電流電壓轉換器 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 – 電壓積分放大器 175
7.6 ●仿真4——半波整流電路 176
7.7 ● 設計工具 178
7.7.1 ● 仿真 5 – 示例設計 178
7.8 ● 優化 180
7.8.1 ● 仿真 6 – 示例設計 – 交流電路 183
7.8.2 ● 仿真 7 – 示例設計 – 直流電路 185
7.9 ● 正弦振盪器。 187
7.9.1 ● 仿真 8 – 移相振盪器 187
7.9.2 ● 仿真 9 – 文氏橋振盪器 189
7.9.3 ● 仿真 10 – 科爾皮茨振盪器 192
7.10 ●方波發生器 194
7.10.1 ● 仿真 11 – 運算放大器方波發生器 194
7.10.2 ● 仿真 12 – 555 集成電路 196

第8章●濾波電路設計與仿真

8.1 ● TINA 濾波器 199
8.2 ● 模擬 1 – 設計二階低通有源濾波器 2
8.3 ● 模擬 2 – 設計高階低通有源濾波器 206
8.4 ● 模擬 3 – 設計高通有源濾波器 207
8.5 ● 模擬 4 – 設計帶通有源濾波器 209
8.6 ● 模擬 5 – 設計低通無源濾波器 210

第9章●數字邏輯電路設計與仿真

9.1 ● 使用 TINA 212 進行數字邏輯仿真
9.2 ● 仿真 1 – 簡單與門 212
9.3 ● 模擬 2 – 使用門的半加器 215
9.4 ● 仿真 3 – 2 位同步計數器 216
9.5 ● 模擬 4-7 段 LED 顯示 217
9.6 ● 仿真 5 – 帶邏輯指示器的 4 位二進制計數器 218
9.7 ● 仿真 6 – 具有 4 段顯示的 7 位十進制計數器 219
9.8 ● 仿真 7 – 8 位十進制計數器，帶兩個 7 段顯示器 220
9.9 ● 仿真 8 – 4 位十進制計數器和 7 段顯示器 – 使用 4 位數據發生器 221
9.10 ● 模擬 9 – 創建一個全加器 – 使用 MACRO 223
9.11 ● 使用硬件描述語言 (HDL) 225
9.11.1●在TINA中使用VHDL仿真分析數字電路226
9.11.2 ● 仿真 10 – 半加器電路 – VHDL 226
9.11.3 ● 仿真 11 – 計數器電路 – VHDL 230
9.11.4 ● VHDL 調試器 233
9.12 ● 在 TINA 中使用 Verilog 仿真分析數字電路 235

第 10 章 ● 邏輯設計工具

第 11 章 ● 模擬微控制器

11.1 ● 概述 246
11.2 ● 使用流程圖編輯器 246
11.2.1 ● 模擬 1 – 交替閃爍 2 個 LED – PIC 系列微控制器 246
11.2.2 ● 模擬 2 – 帶十六進制顯示的 4 位向上/向下計數器 – PIC 系列微控制器 249
11.2.3 ● 流程圖調試 252
11.3 ● 使用彙編編程 253
11.3.1 ● 仿真 3 – 計數器 – PIC 系列單片機 253
11.3.2 ● 修改asm代碼255
11.3.3 ● 調試 ASM 代碼 256
11.4 ● 使用C編程 257
11.4.1 ● 仿真 4 – 計數器 – ATTINY13 微控制器 258
11.4.2 ● 模擬 5 – 交通燈 – ATTINY13 微控制器 261
11.4.3 ● 仿真 6 – LCD 計數器 – Arduino Uno 263
11.4.4 ● 仿真 7 – 交通燈定序器 – PIC 微控制器 266
11.4.5 ● 仿真 8 – 閃光燈 – STM32 微控制器 268
11.5 ● 存儲設備 272
11.5.1 ● 仿真 9 – 2 位 x 2 位數字乘法器 – ROM 存儲器。 272
11.5.2 ● 模擬 10 – 具有兩個十六進制顯示的 4 位二進制計數器 – ROM 存儲器。 275

第 12 章 ● 梯形邏輯電路

12.1 ● 概述。 278
12.2 ● 模擬 1 – 帶燈和電機的梯形邏輯 278
12.3 ●梯形圖邏輯組件作為數字邏輯組件 279
12.4 ●鎖存電路 281
12.4.1 ● 仿真 2 – 自鎖電機電路 281
12.4.2 ● 模擬 3 – 正向/反向電機控制 283
12.4.3 ● 模擬 4 – 傳送帶控制器 284

第 13 章開關模式電源電路 (SMPS)

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

第 14 章 ● 印刷電路板 (PCB) 設計

14.1 ● 概述 293
14.2●雙極晶體管多諧振盪器電路項目293
14.2.1 ●設計 294
14.2.2 ● 仿真 294
14.2.3 ● 查看封裝名稱 295
14.2.4 ●應力分析 297
14.2.5 ● 保存原理圖 297
14.2.6 ● 啟動TINA PCB 程序。 298
14.2.7 ● Gerber 文件 302
14.2.8 ● GCode NC鑽孔文件302
14.2.9 ● PCB 信息 303
14.2.10 ● 組件清單 303
14.2.11 ● 網表 304

第 15 章 ● PCB 設計技術

15.1 ● 概述 307
15.2 ● 在 TINA 307 的原理圖編輯器和 PCB 設計器中創建總線
15.3 ● 同一包裹中的多個單元 310
15.4●邏輯元件電源 313
15.5 ●重複電路塊（使用複制宏功能） 316
15.6 ● 創建雙層、雙面、表面貼裝技術板 320
15.7 ● 創建 PCB 組件 325

第 16 章 ● 製作原理圖符號和封裝

16.1 ● 概述 328
16.2 ●示例328
16.3 ● 在原理圖符號編輯器中使用 IC 嚮導 332
16.4 ● 使用封裝編輯器 335
16.5 ●封裝編輯器中的 IC 嚮導 339
16.5.1 ● 示例設計 340
16.6 ● 向 TINA 343 添加公共 PCB 封裝
16.7 ● 將公共 3D 足跡模型添加到 TINA 346

第 17 章 ● 使用 TINACloud

17.1 ● 概述 348
17.2 ● 開始使用 TINACloud 349
17.3 ● 實例模擬 350
17.4 ● PCB 設計示例 355
17.5 ● 共享您的 TINA 原理圖 357

第 18 章 ● 其他有用的工具

18.1 ● 概述 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● 壓力（煙霧）分析 360
18.4 ● 電子規則檢查 (ERC) 362
18.5 ● 串行監視器 362
18.6 ● 組件資源管理器 362
18.7 ● 查找組件 363
18.8 ● 保護電路 364
18.9 ● 出口365
18.10 ●導入365
18.11 ●傅里葉級數365
18.12 ● 傅里葉譜 367
18.13●噪音分析367
18.14●功耗分析369
18.15 ● 口譯員 370
18.15.1 ● 示例 1 – RLC 電路 371
18.15.2 ● 示例 2 – 直流電路 373
18.15.3 ● 示例 3 – 交流電路 374
18.15.4 ●計算積分 375
18.15.5 ●求解線性方程組 375
18.15.6 ●繪製圖表 376
18.15.7 ●伯德圖 377
18.15.8 ●信號定義379
18.15.9 ● 支持的功能 381
18.16 ●直流溫度分析 382
18.17 ● 參數提取器 382
18.18 ● 有限狀態機編輯器 384

第19章 ●圖書館管理員

第 20 章現場可編程門陣列 (FPGA)

20.1 ● 概述 391
20.2 ● 使用 TINA 使用原理圖設計輸入對 FPGA 板進行編程 – 示例 1
391
20.3 ● 使用 TINA 使用原理圖設計輸入對 FPGA 板進行編程 – 示例 2
400
20.4 ● 使用 TINA 404 在 VHDL 中對 FPGA 板進行編程
20.5 ● 使用 TINACloud 407 在 Verilog 中對 FPGA 板進行編程
20.6 ● 將程序存儲在Basys 3板411的非易失性存儲器中
20.7 ● 使用 TINA 的 7 段 4 位 Basys 3 FPGA 板上的秒計數器
超高密度語言 415
20.8 ● 使用 TINA 的 7 段 4 位 Basys 3 FPGA 板上的按鈕計數器
超高密度語言 428