电路仿真软件应用基础 第9课 其他有用的工具
我们电子爱好者在进行复杂的电子制作时，借助虚拟仿真软件，可以达到事半功倍的效果。虚拟仿真实验结果更接近理论分析，可供选择的测量仪器及元器件选择范围广，参数修改方便，不需要像实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板，使电路调试变得快捷方便。同时，利用虚拟仿真可以使枯燥的电路变得有趣，复杂的波形变得形象生动，并且不受场地、时间的限制。下面介绍一款简单好用的电路仿真软件——TINA，以飨读者。1 软件基本情况介绍德州仪器公司（TI）与DesignSoft公司联合为客户提供了一个强大的电路仿真工具TINA-TI。TINA-TI适用于对模拟电路和开关式电源（SMPS）电路的仿真，是进行电路开发与测试的有力助手。TINA基于SPICE引擎，是一款功能强大而易于使用的电路仿真工具，而TINA-TI加载了TI公司的宏模型以及无源和有源器件模型。TI之所以选择TINA仿真软件而不是其它的基于SPICE技术的仿真器，是因为它同时具有强大的分析能力和简单直观的图形界面，并且易于使用。TINA-TI 提供了多种分析功能，包括SPICE的所有传统直流、交流、瞬态、频域、噪声分析等功能。虚拟仪器非常直观且功能丰富，允许用户选择输入波形、探针电路节点电压和波形。TINA的原理图捕捉非常直观，使用户真正能够“快速入门”。另外它还具有广泛的后处理功能，允许用户设置输出结果的格式。TINA-TI软件启动后，首先出现在屏幕上的界面为原理图编辑器，如图1所示。图中空白的工作区是设计窗口，用于搭建测试电路。原理图编辑器标题栏的下面包括四行工具。
图1 TINA-TI原理图编辑器界面
第一行是一个可操作的菜单行选项，如文件操作、分析操作、测试及测量设备的选择等等。第二行位于菜单行下方，是一行与文件操作或TINA任务相关联的快捷图标。第三行图标是可供选择的特定的元件符号，这些元件包括基本的无源元件、半导体器件以及精密器件的宏模型，可以利用这些元件来搭建电路原理图。第四行是元件库选项卡，用于选择不同的元件分组，包括基本元件、开关元件、仪表、发生源、半导体、制造商模型等。当选定某个选项卡之后，相应的元件库中的元件符号将显示于第三行。2 基本库元件介绍TINA-TI为用户提供了比较丰富的基本元件、测试仪器及大量的TI公司制造的器件。根据不同类型将元件分为5个器件库和1个仪表库，基本元件库如图2所示，基本元件工具栏提供了基本元件，如地、电池、电压源、电压发生器、无源元件（R、L、C）等。为了使用方便某些元件也重复地出现在其他工具栏中。开关元件库如图3所示，该工具栏提供了各种类型的开关及简单型、转换型、时间和电压控制继电器。仪表元件库如图4所示，该工具栏提供了各种仪表、指示器和显示器。你可以在原理图中添加任意数量的此类元件。发生源库如图5所示，该工具栏包含模拟发生源，包括直流电压源和电流源，模拟受控源。半导体元件库如图6所示，需要从目录中选择指定工业器件型号元件。制造商模型元件库如图7所示，包括众多的TI公司器件的SPICE模型。可以按照功能和器件编号方式选择元件。执行【视图｜元件栏】菜单命令，可对元件栏进行显示与关闭操作。
3 基本仪器仪表使用介绍TINA-TI软件还提供了虚拟仪器，可以对电路节点进行测量和观察。通过点击菜单T&M可以选择万用表、函数发生器、示波器、信号分析仪等常用仪器。3.1 万用表
将电路的输入改为直流1mV，然后点击菜单T&M选择万用表，弹出虚拟万用表，如图8所示。在万用表面板中，首先在Function栏里选择测量类型为直流电压测量。由于Vout处放置了一个电压指针，并且只有Vout处放置了电压指针，所以选择直流测量后，Input栏显示被测点为Vout，读数框自动显示Vout的电压值为10V。如果需要测量其它节点处的电压，可以点击万用表面板中右边的探针符号，然后在相应的节点处点击，显示区域会显示对应节点的电压值。3.2 示波器
如图9所示，将输入改为正弦波输入，然后点击菜单T&M选择示波器，弹出虚拟示波器。在示波器面板中，首先在X Source栏里选择要测量的信号Vout，然后点击Run按键来启动示波器，屏幕显示Vout的波形，可以通过Time/Div和Volts/Div来调整横轴和纵轴的标度。3.3 信号分析仪虽然示波器可以查看信号是如何随着时间而变化的，但是无法获得电路在频域的特性。TINA-TI的信号分析仪可以分析电路的频域特性。有两种基本方法来对频域进行测量：傅立叶变换和扫描调谐。最常用的频谱分析仪是扫描分析仪，其分析方法是对信号相关频率范围进行扫描，显示出所有频率分量。TINA的信号分析仪是基于快速傅立叶变换的频域测量方法，其使用步骤如下：1) 打开信号分析仪点击菜单T&M，选择信号分析仪，打开的信号分析仪界面如图10所示。
2) 选择输入信号在Channel栏里选择通道采集的信号为Vout，然后点击右边的On按键打开通道，并在Coupling栏里选择输入耦合方式为AC即交流耦合。3) 选择测量模式在Mode栏里选择测量模式，有正弦波扫描、振幅频谱、振幅频谱密度、功率频谱、功率频谱密度，此处选择正弦波扫描。在正弦波扫描模式中，函数发生器可以根据所选扫描的起始频率、终止频率和分辨率产生线性或对数扫描。4) 显示设置在Display栏里选择显示的分析类型。可选类型有线性级数、对数级数、dB级数、相位图、波特图（增益和相位）、奈奎斯特图和群时延图，此处选择波特图。调整其高低数值可以指定垂直轴的刻度。5) 设置频率范围信号分析仪的横轴总是代表频率，可以在Frequency栏里调整其起点和终点来设置开始和终止频率。另一种方式是通过设置中心频率以及围绕中心频率对称展开频宽的频率范围来设置显示频率。如果Resolution选择了对数(Log)，将按照对数单位进行横轴刻度缩放；如果线性(Lin)被选中，横轴将使用线性刻度。6) 上述选择完成以后点击Mode下面的Start来开始分析，界面中将出现分析的结果波形。7) 幅度范围控制在Amplitude栏的Range框调整输入幅度范围，按下dB或V来修改幅度单位。自动按钮会将该仪表切换至自动量程模式。在这种模式下，仪表自动选择最佳量程来测量输入信号。也可以通过调整Display栏下的High和low后面的选择框中的值选择纵坐标的起始和终止值。3.4 函数发生器TINA的函数发生器是一个多功能发生器，可用于以下用途之一：参考源：可按指定频率、幅度、DC偏移量和相位产生正弦波。函数发生器：可按指定频率、幅度、DC偏移量和相位产生各种各样的波形。扫描发生器：可产生对数或线性的频率扫描。函数发生器使用步骤如下：1） 点击菜单T
图11 函数发生器
