Tina Pro 实验 讲义.doc

Tina Pro 实验讲义电路分析软件实习等用河南机电高等专科学校概 述Tina Pro是用于电子线路仿真的软件，它属于EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化），EDA是伴随着计算机技术，特别是将计算机作为电子设计辅助工具的技术日益成熟而形成的一门新兴科学。现今较常见的EDA软件除了我们常见的Protel、EWB、MAX+PLUS以外，还有Pspice、Multisim、Tina Pro、ORCAD、VISIO、PowerPCB 等许多。其中Pspice、EWB、Multisim、Tina Pro等都是主要用于电子线路仿真的软件。PROTEL软件是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电路设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率也最高，许多高校都专门开设了课程来学习它。几乎所有的电路公司都要用到它。早期的PROTEL主要作为印刷板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低。它的功能较少，只有电原理图绘制与印刷板设计功能，印刷板自动布线的布通率也低。现在的PROTEL已发展到PROTEL99，它工作在Windows环境下，是个完整的全方位电路设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计（包含印刷电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有ClientServer （客户服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100布通率。ORCAD是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件。它是世界上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电路工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电路设计者使用它。早在工作于DOS环境的ORCAD 4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的界面友好且直观。它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。ORCAD公司在与CADENCE公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品ORCAD世纪集成版工作于Windows环境下，集成了电原理图绘制，印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电路元器件模块。它的强大功能导致了它的售价不菲，在北美地区它的世纪加强版就卖到了7995美元，当然这对它的普及应用也起到了一定的负面作用。PSPICE是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。在电路仿真方面，它的功能可以说是最为强大，在国内被普遍使用，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。PSPICE发展至今，已被并入ORCAD，成为ORCADPSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用，新推出的版本是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件，它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模数转换、数模转换等，都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。EWB(ELECTRONICS WORKBENCH EDA)软件是交互图像技术有限公司（INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd）在20世纪90年代初推出的EDA软件，但在国内开始使用却是近几年的事。相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿真功能十分强大，几乎100地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入。在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件。对于电路设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无须动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只须点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式，该软件只有英文版，在中文版的Windows 下它的一些图标会偏移两个位置，但不影响它的使用。VISIO是VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件。在早期它主要用作商业图表制作，后来随着版本的不断提高，新增了许多功能。VISIO 4.0已是个多功能的流程图制作软件，进入国内后很受软件工作者的欢迎。它的界面很友好，操作也很简单，但却具有强大的功能，可以绘出各种各样的流程图，它不仅仅局限在商业、软件业和电路设计领域，也是所有软件设计者必不可少的工具，可以用它制作的流程图包括电路流程图、工艺流程图、程序流程图、组织结构图、商业行销图、办公室布局图、方位图在微软公司的OFFICE 中就集成了VISIO 4.0的组成部分。VISIO 2000被宣称为是世界上最快捷、最容易使用的流程图软件，并比以前的版本增加了更多的功能。VISIO只有英文版，但由于它的直观界面，即使英文不好的人也可以较快学会使用它。Tina Pro是重要的现代化EDA（Electronic Design Automation，即电子电路设计自动化）软件之一，用于模拟及数字电路的仿真分析。其研发者是欧洲（匈牙利）Designsoft Inc.公司,目前大约流行四十多个国家,并有二十余种不同语言的版本,其中包括中文版，大约含有两万多个分立或集成电路元器件。学习Tina Pro，要求会较熟练地应用软件，能理解及掌握其具有的电路仿真分析功能，对给定的电路所实现的功能进行仿真分析；同时能在今后的工作实践中，当从科技书刊或资料中查阅相关的原始电路图后，会用软件对电路所能实现的功能进行全面仿真分析、对原始电路结构进行修改或设计、对电路参数进行优化设计，以达到对实际电路进行仿真分析与设计的目标。该软件的具体功能包括：在模拟电路分析方面，Tina Pro除了具有一般电路仿真软件通常所具备的直流分析、瞬态分析、正弦稳态分析、傅立叶分析、温度扫描、参数扫描、最坏情况及蒙特卡罗统计等仿真分析功能之外，还能先对输出电量进行指标设计，然后对电路元件的参数进行优化计算。此外，它具有符号分析功能，即能给出时域过渡过程表达式或频域传递函数表达式；具有RF仿真分析功能；具有绘制零、极点图、相量图、Nyquist图等重要的仿真分析功能。在数字电路分析方面，Tina Pro支持VHDL语言；并具有BUS总线及虚拟连线等功能，这避免了电路图中元件之间连线过密，使得电路绘图界面看起来更清晰、简洁。 Tina Pro具有八种虚拟测量仪器，各仪器与元件之间采用虚拟连线。其虚拟测试仪器（如多踪示波器）的动态演示功能，是极好的电类教学辅助工具。Tina Pro的仿真分析结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。 Tina Pro可以与其硬件设备Tina-Lab，即实时信号发生器、数据采集器相连接，故能将实时测量与虚拟仿真结果相比对。这是目前所知能实现该项功能的少数实用技术产品之一。Tina Pro具有较高的性能价格比。它是目前所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件（在Help索引文件中，也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释）。总结起来Tina Pro具有如下特点：（1）数字电路分析：数字电路分析是TINA最出色的地方，以互动的方式使使用者亲自参与分析，不再是由方程式自己说话。（2）元器件封装：元器件封装理想化，更适合使用者，特别是初学者，理想化的元器件封装与书本的一样，既免除了按实际元器件封装图连线易错的烦恼，又切合书本的教学。（3）实例演示：在TINA中提供了一个演示帮助，在里面提供了33种使用演示，使使用者更快地掌握TINA及各元器件的使用。（4）图图联系：当你把电路完成后，不用每次打开仪表分析波形与失真等，在TINA中能直接把仪表中的图粘贴过来，放在电路旁边，对应电路图进行分析。（5）虚拟-现实：这是TINA独到之处，提供一个与外界连接的功能，只要连接的试验箱上，就能将在箱上的电路直接显示在电脑的屏幕上，使虚拟的电路不再虚拟。（6）提供了各种分析手段，有静态分析、动态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析、离散付理叶分析、温度分析等各种分析方法。（7）与SPICE软件兼容，可相互转换。TINA产生的电路文件还可以直接输出至常见的Protel、Tango、Orcad等印制电路板排版软件。（8）全中文：全中文界面，本土化，使初学者们更容易掌握，缩短教与学的距离，提高了效率。 （9）缩短了电子设计工作的周期。Tina Pro是一种功能强大的电路仿真软件，不仅在工程实践中，对于电子产品的开发与研制能够发挥高效率、高精度的作用，而且将其引入各类学校电类课程的教学，会带来意想不到的教学效果。 2003年4月6日，由劳动和社会保障部培训就业司组织EDA技术域和职业培训的部分专家，对电路仿真软件Tina Pro在“电路仿真软件应用设计师远程职业培训”项目中的应用进行了评审，审定组对Tina Pro电路仿真软件的技术功能、特点、工程实际应用及在相关行业中开展电路仿真软件应用培训的意义进行审定，进行了全面、深入、细致的讨论，现将审定意见部分归纳如下： 1电路仿真技术作为EDA的重要组成部分，在完成电气原理图的分析和设计中，不仅可以有效地降低设计成本，缩短产品的研制周期，而且，它自身所具有的模拟各种分析功能，为提高电路分析和设计的精度创造了重要条件。因此，在相关行业中开展电路仿真软件应用的培训是符合工程实际需要的，将其纳入劳动保障部“国家高技能人才培训工程”具有重要的意义。 2Tina Pro电路仿真软件的特点是：具有中文界面、库存元器件模型较充实、仿真功能较全面、性能价格比较高，易于学习和掌握，因此在工程实践中推广使用Tina Pro是适宜的。 3通过电路仿真软件，有效地将理论与实际结合，相关行业的技术人员可以借助计算机自行学习电子应用领域内的新器件、新电路、新技术。并在工程实践中收到实际的效果。作为高等工科学校的在校生，特别是尚不熟悉模拟电子技术和数字电子技术的同学，要想系统的学习Tina Pro的确有一定的难度。因此我们不能寄希望于一段短暂时间的学习，就能进行各种电子线路的各项功能的仿真。我们对“电路仿真分析”及“Tina Pro软件”的理解，是伴随着自身电子线路及其相关知识的逐渐积累而不断加深的。但我们现在必须达到以下几个目的：熟悉Tina Pro的工作界面，会用它对我们已经学习过的部分电路进行仿真分析。将Tina Pro作为电类专业学生学习的辅助工具。让电子线路在我们面前更直观、更形象了解Tina Pro的各项功能，能将我们在今后的学习过程中所遇到的电路，用Tina Pro来进行仿真分析。在今后，掌握了一定的电路基础知识，并能熟练运用Tina Pro对其进行仿真分析之后，能申请获得“电路仿真软件应用设计师”证书。希望，Tina Pro这一电路仿真软件能更好的为我们的学习和工作服务。电路仿真分析结果是否与实际电路输出结果接近，关键是这两者的元器件模型参数是否接近。有两种情况值得考虑：当使用元器件的极限参数时，即使元器件工作在最大或最小允许值工作状态，此时仿真与实测结果一般不能相互等效。例如普通运放的电源电压不能高于18V，而仿真器件无此限制。在原理级应用层面，仿真分析结果与实际电路特性在理论定性分析或数值计算方面，往往相一致或近似。这时仿真元器件的主导参数与实际器件在该工作状态下的简化模型参数基本上相符合，同时也需采用正确的仿真分析方法，如保证软件的计算结果至少是收敛与合理的。实验一 熟悉Tina Pro软件一. 整体软件界面浏览图11 Tina Pro启动的快捷方式在计算机上正确安装了Tina Pro软件之后，我们可以在“桌面”或者“开始”菜单的“程序”（以后将以“开始程序”形式表示）项中找到如图11所示的图标，点击该图标我们可以启动并开始使用Tina Pro了。控制框功能菜单工具栏元件条工作区切换电路栏图12 Tina Pro的工作区界面启动Tina Pro之后，可以进入工作界面，如图12所示。界面大致可以分为6个重要的功能区，它们分别是：控制框、功能菜单、工具栏、元件条、工作区、切换电路栏。在功能菜单中单击（快速点击鼠标左键一次）“文件”菜单，然后再单击“打开”子项，可在软件安装目录下的“ExamplesMultimed”子目录中，调入一个名为“Mult_1.TSC”的电路图到工作区中（“Mult_1”是电路图文件名，“TSC”是电路图文件的扩展名）。这时，就可以对该电路进行仿真分析了（即用软件对电路进行模拟、分析，以了解和掌握电路的特性，如计算出电路的节点电压、绘制电路输出电压的瞬时波形图等）。二. Tina Pro软件界面的各个功能区在正式对电路进行仿真分析之前，我们先对6个重要的功能区来作一个粗略的介绍，使读者对Tina Pro有一个大致的了解。如图12所示，对软件工作界面的各个功能区简介如下：1、 控制框、工作区及切换电路栏Tina Pro可以同时调入多个电路图文件，这些电路文件名同时出现在“切换电路栏”中，例如有MULT_1、Alt_LED、123、DISP90、LAMP等（扩展名均为TSC或tsc，故未显示出来）。单击“切换电路栏中某个电路文件名，该文件名（如“MULT_1”）就被切换到控制框中。同时，该电路图也被切换到“工作区”中，成为进行仿真计算的“当前电路图.2、 功能菜单在这本书中所介绍的Tina Pro软件的各项功能和应用实例，均是基于“Tina Pro 6.0 for windows-Demo中文版”的。由于是Demo(演示)版，所以它的部分功能是被限制使用的，而在Tina Pro的其它版本中，是不存在这一现象的。在功能菜单中，“分析”和“TM”（虚拟仪器栏）是两个最重要的栏目，其内容将在第5章和第4章中详细介绍。图13 Tina Pro的帮助菜单按“功能菜单帮助”功能可以打开帮助文件。Tina Pro是极少见的连帮助文件都是中文界面的电路仿真软件。如图13，它简练地介绍了软件几乎所有的重要功能。在“功能菜单工具”中，有三个选项是最常用的，它们分别是“图表窗口”、“查找元件”和“新建宏向导”，如图14。“查找元件”工具十分有用。例如：需查找类型为“LM324”的运算放大器，按“工具查找元件”功能，在打开的“查找元件”对话框中（如图15所示），输入LM324，然后单击“查找中”按钮，则会自动从元件库中找到各种不同型号的该元件，选中其中一个，再单击“插入”按钮，则此器件即被调入绘图界面的工作区中了。3、 工具栏Tina Pro的工具栏与其他许多“视窗”界面软件的工具栏十分相似，在此不做过多介绍。4、 元件条元件条实际上是指电路的元件库。我们可以逐一点击元件条下方的“单元框”，以显示相应的“库列表内容”。Tina Pro的元件库也采用图形化的方式显示，形象易懂，我们可以在使用中逐渐熟悉它们。 图14 工具菜单图15 查找元件工具及查找结果三. 学习绘制Tina Pro电路图用Tina Pro绘制电路简单易学，该过程是进行电路仿真分析的前提和基础。我们现在按步骤绘制出完整的电路图A1.TSC (图1-6)，以熟悉用Tina Pro绘制电路图的具体过程。图16 电路图注意：我们在后面的学习中将会多次用到这幅图。步骤1 从“元件条基本”单元框中，调入“地”、“电压源”（Us）、两个“电阻器”(R1、R2)、“电容器”（C1）和“电感器”（L1）等组成电路的元件，到工作区的适当位置。在步骤1中应该注意：1、 调入某元件的操作：单击某单元，例如“地”，该元件图标就跟着你的鼠标移动。在你认为恰当的位置处，再点击鼠标左键，则“地”即被放置在鼠标所指示的位置。2、 删除某元件的操作：单击该元件，它即被选中变为红色。然后点击鼠标右键，在自动弹出的控制菜单中，选择“删除”项，确认后该元件即被删除。步骤2 使用工具栏中的“向左旋转”、“向右旋转”工具，将上述电路元件放置为如图16所示的恰当的水平或垂直位置。步骤3 双击“电压源”，在“标签”项中输入“Us”，在“电压（V）”项中输入“5”，其他项不变。这样，该直流电压源被命名为Us，大小为5V。类似地，将“R1”、“R2”的参数分别设为1K、2 K（分别以“1K”、“2K”输入）；“C1”参数设为1F（以1输入）；“L1”参数设为1mH（以1m输入）等。步骤4 从元件条的“仪表”单元框中，调入“电压指针”、“开路”及“电流箭头”桑测量标识符，并放置在电路图恰当位置；将这桑标识符分别命名为“V2”、“UR1”和“Ia”，用于标识电路节点电位、支路元件电压及支路电流的仿真计算值。步骤5 按工具栏的“文字（T）”功能，在自动打开的文字输入栏中分别写入节点电压标号“1”、“2”（即电路图中的方框1、2）和电路名“A-1-TSC”，并将这些文字标注用鼠标拖动至电路图的适当位置。注意：这些文字标注是一种标识记号，仅起方便读图的作用，而与分析功能无关。步骤6 连线：当做完上述准备工作后，你可以在电路各元件之间进行连线了，该过程可使你享受到将电路连接为一个整体的成就感。在连线时应该注意：连线的方法：将鼠标指向某元件的端点，鼠标箭头即变为“笔形”，单击并移动“笔形”鼠标，一条连线可随你移动，当鼠标移动至另一个元件的端点时再单击，则该连线自动完成。删除连线的方法：将鼠标指向该连线，鼠标箭头变为“手形”。单击后连线被选中，变为红色。点击鼠标右键，在弹出的控制菜单中选择“删除”项并确认，该连线即被删除。步骤7 别忘记，最后一步应保存工作区中的电路文件。按“文件保存”功能，并将电路图文件存为“A-1.TSC”（TSC是自动产生的扩展名，无需键入）。实验二 Tina Pro虚拟仪器的使用Tina Pro虚拟仪器的仿真功能与后面介绍的分析功能其实没有什么本质的区别，但在表现形式上有所不同：分析功能的最终结果是静态的数值计算值、波形图或图表；而用虚拟仪器进行仿真分析，可在仪器的窗口生动形象地动态演示各测量波形。Tina Pro各仪器与元件之间采用虚拟连线方式，即在绘制电路图不必将虚拟仪器用导线连接到测试点上，而是在待测试点处放上“电压指针”、“开始”和“电流箭头”等“测量标识符”，然后在各个虚拟仪器的面板上选择这些测量标识符，其相应的被测数值或波形图便显示在虚拟仪器上了。Tina Pro与EWB的虚拟仪器最大的区别是：EWB中元件与虚拟仪器之间的连接同实验室中的连接很相似，即采用实际连线方式。一.Tina Pro中的测量仪器清单图21 测量仪器菜单打开“功能菜单TM”测量仪器栏，如图2-1所示（“TM”Test and Measurement，即测量）。从该工具栏可以看出，Tina Pro可操作“函数发生器”、“万用表”等8种测量仪器；在此我们结合实例简单介绍一下常见的几种仪器。二.函数发生器与示波器联合仿真实例图22 函数发生器与示波器联合仿真电路图电路如图22所示，输入为电压发生器“Usin”，输出为支路电压“UR1”和节点电压“V2”。(注意:此图电压发生器为交流信号源)打开“功能菜单 TM”测量仪器栏，调出两个虚拟仪器，即函数发生器（function generator-virtual）和多踪示波器（oscilloscope-virtual）。当工作区同时存在两个虚拟仪器时，单击其中的一个仪器的图形界面，该仪器就显示在“当前层”，处于当前层的仪器中的各调节纽是可以被控制的。注意：多踪示波器指可同时显示多路输入或输出电压的瞬时波形。现在按以下步骤对电路进行仿真：1.双击电压发生器，按图2-3设置为正弦信号，并进一步设置其参数为：正弦、幅度1V，频率 1K 、相位 0。图2-3 电压发生器参数设置2 单击示波器的图形界面，使其处于当前层（注意：应使示波器处于如图2-4所示的控制工作状态，如将水平扫描（Horizontal）时间设定为每格500s（Time/Div500s）。3 单击示波器“Storage”栏中的“Run”控制纽，则显示屏中出现两条动态演示的输出电压“UR1”和“V2”的波形，如图2-4。图2-4 示波器设置注意：对示波器输入通道（Channel）中波形的选择：通道中已包含电路图中所有“电压指针”等电压测量输出项，如本例的输出电压“V2”和“UR1”，它们与虚拟示波器之间是不需通过连接的（即采用虚拟连接方式）。当初次打开虚拟示波器时，输入通道中只有一个输出电压项（如“V2”）是处于“On”即有效状态，于是显示屏中只有“V2”的波形。随后，可从Channel通道增加一个波形，例如增加一个波形“UR1”与“V2”才能一同出现在显示屏中。三虚拟万用表应用实例下面我们以一个“交互式仿真应用实例”学习虚拟万用表的应用：图2-5 虚拟万用表使用在图22所示电路中调入虚拟万用表（Digital Multimeter-Virtual），其工作界面如图25所示：万用表的“测量”对象（Function 栏中自左至右，然后自第一排至第二排）为直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻和频率（相当于频率计）。选择交流电压，在输入通道中（Input栏）可选择电路图中的某个输出项为测量量，如图22中的电阻R1两端的电压“UR1”，可得测量结果如图2-6所示。图2-6 虚拟万用表测量结果双击R1元件，在打开的元件参数设置表“R1电阻器”中，单击“向上”或“向下”控制纽，可以随时改变电阻元件的数值（增大或减小）；此时，万用表所显示的电压“UR1”值也跟着发生同步变化。其他虚拟仪器的使用方法与以上所介绍的几种大同小异，请大家结合书中的实例练习使用。实验三 熟悉Tina Pro的直流分析功能1、直流分析包含：计算节点电压、DC结果表、DC传输特性、温度分析四部分。2、直流分析是电路最基本的分析计算内容，是Tina Pro仿真分析功能的基础。3、 电路各种复杂的分析，常需要有一个正确的直流分析结果作为前提。当电路分析过程出现异常中断时，则应该转而先来进行直流分析，看看最基本的直流分析是否能通过。4、 直流分析中：电容等效为开路；电感等效为短路; 电压源等效为短路（例如：正弦电压源）；电流源等效为开路（例如：正弦电流源）。5、 下面我们以对一个实际电路的直流分析的全过程为例，来学习直流分析的方法:图31 DC分析电路图一计算节点电压（实际是只计算“测量标识符”所标出的直流电压值） （1） 在工作区调入电路，如图31所示。（直流电源）图32 DC分析功能选择菜单 （2） 如图32所示，按“分析 DC分析计算节点电压”得到如图33所示的仿真计算结果。说明： 在图33中，计算值被直接标注在各“测量标识符”的附近（右边）。“开路”标识符“UR1”示出R1两端的电压值为1.67V、“电压指针”标识符“V2”示出电路节点2的电位值为3.33V、“电流箭头”标识符“Ia”示出的支路电流为1.67mA。 按照电路分析的方法，电路中各输出量的计算公式以及计算值分别为：UR1USR1/(R1+R2)=5*1/(1+2)1.67VV2USR2/(R1+R2)=5*2/(1+2)3.33V图3-3 DC分析结果IaUS/(R1+R2)=5/(1+2)1.67mA(二) DC结果表（计算全部的直流电压和电流值） （1） 在工作区调入电路如图31所示。 （2） 如图32所示，按“分析 DC分析DC结果表”得到如图34所示的仿真计算结果。图34 DC结果表说明： 此时，流过电压源US的电流“I_US1,0”为1.67mA。其中“I_”为电流标识符，“1,0”为软件在电路分析时所使用的内部节点标号（显示在电路图中）。电流计算值为负数，表明该元件（即电压源）的电流真实方向与参考方向相反。又如电感元件L1上的电压“V_L13,4” 为0V（短路）。 在对电路进行仿真分析时，电路中任一元件的电压、电流均取关联参考方向。 分析时所采用的内部节点标号是软件自动生成的，不可人为改变，它们将出现在由Tina Pro导出PSpice电路文件中。 (三)* DC传输特性（绘制直流传输特性图） （1） 在工作区调入电路文件如图31所示。图35 DC传输特性参数设置表 （2） 如图52所示，按“分析 DC分析DC传输特性”得到如图35所示的DC传输特性参数设置表。说明：在参数设置表中，将R2设为参数扫描，参数设为R2，起始值为“0ohm”（）、终止值为“2Kohm”在02K区间内，均匀分为100个采样点计算，即“采样数”为100。 （3） 完成参数表的设置后，点击“确定”按钮，则仿真计算出的“直流传输特性曲线”被绘制在“绘图界面”中。如图36所示。 说明： 绘图界面也可以按“工具图表窗口”方式打开。 此图是点击了图表窗口的“视图分离曲线”后得到的。 在图36的“绘图界面”中，图形的横坐标“输入阻抗ohm”，标识参数扫描对象为电阻R2，单位为 从直流特性曲线可以看出：“UR1”和“V2”的变化趋势恰相反：前者由大变小，而后者由小变大。R1、R2两元件的分压关系决定了当R2数值变大时，其上的电压增加，而R1两端的电压减小。 为了进一步仿真分析的需要，需对“绘图界面”加以重点介绍，这是十分有用的重要内容。具体内容见本节结尾的附录I。图36 绘图界面图(四)* 温度分析（1）在工作区调入电路，如图31所示。图57 元件温度参数设置表 （2）双击电路中某元件，如R1，在“R1-电阻器”参数设置表中将“线性温度系数”设为10m(0.01)、“二次温度系数”设为5m（0.005），如图37所示。说明：当不了解参数设置表中相关项内容时，可点击“帮助”选项，打开帮助文件。 （3）如图32所示，按“分析 DC分析温度分析”得到如图38所示的温度分析参数设置表。在表中，将“起始温度” “终止温度”分别设为：0、100，将“采样数”设为100。图38 温度分析参数设置表 （4）单击“确定”按钮后，得到各输出项随温度变化的曲线，如图39所示。图39 温度分析输出曲线说明：图39是单击了“视图分离曲线”后得到的。 （5）单击“指针a”（），再单击选中温度特性曲线“Ia”，则坐标标尺“a”可随该曲线移动。然后，单击“指针b”再选中温度特性曲线“Ia”，使坐标标尺“b”也随该曲线移动。将两标尺移动至图39所示的位置，从标尺中可以读出测量值为：温度为0时，电流Ia=784.31UA；温度为25时，电流Ia1.67mA。两工作点的温度差为25，电流数值差为882.46uA。电压随温度变化曲线“UR1”、“V2”在27附近达到极小值和极大值。 说明： “直流分析”的基本步骤到此结束。 在绘图界面工具栏中还有一项重要功能时我们在以后做仿真分析的时候常常要用到的，它就是绘图界面工具栏的“添加曲线”功能。具体内容见本节结尾的附录。附录 绘图界面的具体介绍：1 绘图界面的功能菜单： 绘图界面功能菜单的栏目主要包含“文件”、 “编辑”、“视图”、“加工”和“帮助”等，这里重点介绍“视图”菜单，其内容如图310所示。这里最常用的是“分离曲线”和“合并曲线”两部分。2 绘图界面的工具栏图310 视图菜单:图311 绘图界面工具栏1234567如图311和36所示，绘图界面的工具栏图标可分为如下7类标注：1、 图形文件的打开、保存调入或保存图形文件（扩展名为tdr）2、 图形复制、粘贴此项功能非常实用，被复制的波形图可以粘贴到一个Word文件中或Tina Pro的电路图工作区中。特别地，当波形图粘贴到工作区后，可与电路图同时被打印，使电路图和分析结果结合在一起，读起来一目了然。选择箭头：单击该图标，然后再单击一条欲选择的特性曲线，则该曲线被选中变成红色。这时如果单击图形“复制”图标，则该特性曲线（注意：不是由多条特性曲线所构成的图形界面）被保存在内存缓冲区。当你对另一个电路进行分析，并生成一条新的特性曲线时，若单击该绘图界面的“粘贴”图标，则内存缓冲区中被保留的那条特性曲线可与新的特性曲线“粘贴”在一起。于是，绘图界面中就同时显示两条特性曲线，可将它们作相互对比。3、 图形的放大、缩小4、 文字、指针、自动标签、图例文字（T）：用于在绘图界面中添加中、英文文字注释，如在图的左下角“直流特性曲线”即为文字标注。指针：其作用为改变“标签”的箭头的指向位置。自动标签：单击该图标，然后再点击某特性曲线时，则该特性曲线即被一个带箭头的“标签”所标识。该标签内容与“测量标识符”的名称相同。如图中的自动标签“Ia”（注意：这是最重要的绘图工具之一）。图例：在单击该图标后，可以出现一个小栏框，可标识出绘图界面中所有特性曲线的名称或参数，如果小栏框所示。其中三个标识符“Ia、UR1、V2”实际上是不同颜色的，与特性曲线的颜色相对应。5、 折线、圆周在绘图界面上可根据需要画出某些线条或圆6、 指针a、指针b即坐标标尺测量工具，也是最重要的绘图工具之一7、 添加曲线数据处理工具，也是最重要的绘图工具之一（见对图内容的相关说明）注意：双击“绘图界面”中的组成要素，例如曲线、坐标的单位标注符等，均会弹出一个小的“设置”表，其中的内容为设置曲线的“线条宽度”、“字符字体”及颜色等。实验四 熟悉Tina Pro的正弦稳态分析功能一正弦稳态分析功能、要求及准备1、正弦稳态分析包含：计算节点电压、AC结果表、AC传输特性、矢量图、时间函数、网络分析六部分。2、当电路中的输入信号为正弦电压源，且电路已经处于稳定的工作状态时，应该对电路进行正弦稳态分析。3、在工作区调入电路图22示。4设置电压发生器参数： 标签为“Usin”，波形为“正弦曲线”，并进一步对正弦波的三要素进行设置：幅度为1V，频率为1 kHz，相位为00。保存电路为“B1.TSC”。下面我们继续以一个实际电路的正弦稳态分析的全过程为例，来学习正弦稳态分析的方法: 图41 AC分析电路图二 计算节点电压（实际是只计算“测量标识符”所标出的正弦电压、电流值）工作区电路，如图41所示。 1 按“分析 AC分析计算节点电压”得到如图42所示的仿真计算结果。说明: 在图4-2计算结果中，各有关正弦量三要素中的幅值(注意：不是有效值)和相位被标注在该正弦量的附近(右边)，如电阻R1两端的电压uR1(t)的幅值及相位分别是976.65mV和8.53。电路中各正弦量的第三个要素，即频率与电源频率相同，均为1 kHz。UR1(t)的稳态解的瞬时表达式为： uR1(t)976.65sin(2X1000t+8.53)mV 当计算完成后，鼠标的箭头会变成一只“表笔”。将其指向电路的任一节点（或任一元件的两端），如图41电路的节点2，然后单击，则在“节点电压仪器”表格中给出更为详细的“V2”的计算结果：交流有效值（rms）为109.57mV、直流电位为0V、幅值为154.95mV、相位为76.92，如图42所示。图42 AC计算结果三AC结果表（计算全部的直流电压和电流值）按“分析AC分析AC结果表”得到如图43所示的仿真计算结果。图4 3 AC结果表说明：在计算结果中，电路中的输出正弦量，如电感L1两端的电压“V_L13，4”幅值和相位分别为6.14mV和98.53。 四AC传输特性（绘制正弦稳态电路的频率响应图，即：幅频/相频特性曲线图）1按“分析AC分析AC传输特性”得到如图44所示的AC传输特性参数设置表。（1） 在该参数设置表中完成如下参数设置：频率分析变化的范围从1Hz1MHz，“扫描类型”选为“对数”，“图表”（即频率响应的类型）选为“幅度和相位”。单击“确定”，得到如图45所示的频率响应图。说明：（1） 在图45中，上半部分【纵轴为“增益（dB）”的坐标系】绘制的为幅频特性曲线，而下半部分【纵轴为“相位（deg）”的坐标系】绘制的是相频特性曲线（注意：单位是“度”，不是“弧度”）。图中两“指针”a、b在两个频率点对幅频特性曲线“UR1”的数值进行了计算。图44 AC传输特性参数设置表图45 频率响应图（2） 在频率响应分析中，激励源只能有一个（此例中激励源为正弦电压源“Usin”）。并且，软件自动将激励源的幅值设为1V，相位设为0。当电路中含有多给正弦电源时，应将除激励源外的所有电源的“IO状态”设为“无”。五 矢量图*（即：相量图）1图46 矢量图图47 正弦稳态电路时域波形图在图中设正弦电压的幅值为1V，频率为50Hz。2按“分析AC分析矢量图”得到如图46所示的电流和电压的矢量图（相量图）。六 时间函数*（正弦稳态电路的时域分析）1在图中设正弦电压的幅值为1V，频率为50Hz。2按“分析AC分析时间函数”得到时间函数参数设置表。在时间函数参数设置表中，将分析的“起始时间”设为0s, “终止时间”设为20ms, “采样数”设为100,单击“确定”可以在绘图界面中得到如图47所示的时域波形图。实验五 熟悉Tina Pro的瞬时分析分析功能瞬时分析常用于绘制电路的输入、输出电量的波形图。图51 瞬时分析电路图图52 瞬时分析参数设置表调入图41的电路图B1TSC,将输入正弦电压源“Usin”的幅值设为1V，频率设为1kHz。1按“元件条特殊（初始条件1）”调入“设置电路初始条件设置符”，并将其连接到如图51的位置。2 双击“设置电路初始条件设置符”，将参数“电压V”设置为：2V。3 最后将电路图文件存为B2.TSC。图53 瞬时分析波形图4 按“分析瞬时”得到如图52的“瞬时分析参数设置表”，将瞬时分析的起始分析时刻“起始显示”设为0s；计算终止时刻“终止显示”设为2ms（输入正弦电压源的频率为1kHz，故2ms相当于绘制2个周期的波形图）。将分析的数学方法“积分方法”设为“Gear”（默认）。并选择“计算操作点”选项。该项的含义是：电路将根据过渡过程的换路定律对电路中各电量的初始值（指t0时刻）重新计算。选择“确定“后，分析结果如图53所示。从图中可以看出，电压“UR1”波形的起始值约为2V。其值实际上是软件根据换路定律对电路重新计算后得出的数值。现在，进行第二次仿真分析：在图52的参数设置表中选择“使用初始条件”选项，其含义是：在计算初始值时仅保留电容的初始电压、电感的初始电流及电路中“IC”初始值这三种初始条件不变，而将其他电量的初始值均设为零值。按照选择的“使用初始条件”分析的结果如图54所示，在图中，注意“UR1”波形的初始值图为0V，与其在图52中的初始值为2V不同。这是由于，在“使用初始条件”分析时“UR1”的初值被设为了零值（因其不是上述三种初始条件不变的清形之一）。而在“计算操作点”分析时，电路根据换路定律，重新对“UR1”电压进行了计算（2V）。图524 使用初始条件的瞬时分析结果当在图52的参数设置表中选择“零初始值”选项时，电路中各电量的初始值都被强迫置零。实验六 子电路的建立与调用*我们可以从英特网上免费下载的版本通常是Tina Pro的Demo版，其新建电路时能够分析的最大规模为“小于等于是10个节点”。鉴于Tina Pro-Demo版的功能限制，我们在使用时应该掌握一定的技巧。由于电路不能太复杂，而“子电路建立和调用”功能可以使用。所以我们可以将复杂电路的其中的一部分建成子电路（宏）的形式，保存起来，在新的电路中调用，以“减小“当前仿真电路的规模。子电路就是将某一个具有独立功能的电路建成一个电路模块，以便在其它电路中调用，来构成一个完整的电路系统。使电路简洁、清晰、易读。在Tina Pro中，子电路被称为“宏”。下面，我们以一个实例来学习如何建立、保存和调用子电路。一.基本电路的建立如图51，这是一个放大倍数为-2的反相放大电路 ，我们先绘制这个电路图（绘图的方法参见第三章）1. 在“元件条”的“制造商模型”中选择“运算放大器”，放入“工作区”中。双击此“运算放大器”调出“属性设置”对话框，点击“类型”（TYPE）属性选项后面的按钮，调出目录编辑器对话框， 在模型下拉菜单中选择MACRO PNP-INPUT项，此时可以在类型项中找到LM324（这是本例中要用到的运算放大器的型号）选中LM324，点击“确定”。图6-1 反相放大电路2. 在“元件条”的“基本”中分别选择“地”，“电压源”、“电压发生器”、“电阻等，参数设置如图61，其中电源为15V直流电源，输入信号Vsin（电压发生器）为：幅值1V，频率1KHZ的正弦波。具体设置方法为：双击Vsin，在弹出的对话框中，选中“信号(Signal)”项后部的按钮，会弹出“信号编辑器”对话框，选中“正弦波形”按钮，并设置其频率为1KHz，幅值为1V。单击“OK”，设置完毕。3.选择菜单“TM”项中的“示波器”，打开示波器界面。按下“RUN”按钮并正确设置示波器，便可观察到如图6-2波形。图6-2反相放大电路输入输出波形二.