Электротехника, электроника и схемотехника. Лабораторный практикум в облачной среде схемотехнического проектирования TINACloud

Рекомендовано Редакционно-издательским советом Московского 
технологического университета (МИРЭА) в качестве учебного пособия для 
студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 
подготовки 27.03.04  – «Управление в технических системах»,
 15.03.06 – «Мехатроника и робототехника», 09.03.01 – «Информатика 
и вычислительная техника»

Ìîñêâà
Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ – Òåëåêîì
2022

УДК 621.3.01+621.38 
ББК 31.21+32.85 
      А49 
Р е ц е н з е н т ы :  доктор техн. наук, профессор  В. Л. Белов; доктор техн. наук, 
профессор  Л. А. Потапов 

Алехин В. А. 

А49          Электротехника, электроника и схемотехника. Лабораторный 
практикум в облачной среде схемотехнического проектирования 
TINACloud. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2022. – 216 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0631-0. 

Изложены основные разделы дисциплины «Электротехника, электроника и 
схемотехника». Приведено описание четырнадцати лабораторных работ. Каждая работа сопровождается теоретическим материалом в форме конспективного изложения основных разделов лекций, примерами расчетов и моделирования электрических цепей и электронных схем, расчетными домашними заданиями по обработке экспериментальных результатов. Компьютерный лабораторный практикум построен на базе новой облачной среды схемотехнического 
проектирования TINACloud компании DesignSoft, подключение пользователя к 
которой происходит через Интернет в любом месте и в любое время без установки программы на собственном устройстве с использованием как настольного компьютера, так и различных мобильных устройств (ноутбуков, планшетов, смартфонов) и предназначен для формирования навыков, умений и компетенций в расчетах и экспериментальных исследованиях электрических цепей 
и электронных схем. Пособие может быть использовано как при традиционных, 
так и дистанционных технологиях обучения студентов. 

Для студентов, обучающихся по направлениям 27.03.04 – «Управление в 
технический системах», 15.03.06 – «Мехатроника и робототехника», 09.03.01 – 
«Информатика и вычислительная техника», изучающих дисциплины «Электротехника», «Электроника», «Электротехника, электроника и схемотехника».  

ББК 31.21+32.85 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Учебное издание 

Алехин Владимир Александрович 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА. ЛАБОРАТОРНЫЙ  
ПРАКТИКУМ В ОБЛАЧНОЙ СРЕДЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО  
ПРОЕКТИРОВАНИЯ TINACLOUD 

Учебное пособие для вузов 

Тиражирование книги начато в 2017 г. 

 

Все права защищены. 

Любая часть этого издания не может быть воспроизведена  

в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами  

без письменного разрешения правообладателя. 

 

© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» 

www.techbook.ru 
© В. А. Алехин 

ВВЕДЕНИЕ

В.1. Облачная технология TINACloud
в электротехническом образовании
Изучение электротехники и электроники в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами предусматривает практическое освоение студентами экспериментальных методов исследования электрических цепей и электронных
схем, формирование компетенций, умений и навыков расчёта электрических цепей и электронных схем.
В Московском технологическом университете (МИРЭА) был создан и в течение нескольких лет успешно используется компьютерный лабораторный практикум в программной среде TINA [1]. Эта
программная среда разработана компанией DesignSoft и предоставляет весьма широкие возможности для анализа и проектирования
электрических цепей и разнообразных электронных схем. Используя производительный, мощный и доступный инструмент моделирования схем, можно анализировать и проектировать аналоговые,
цифровые, микропроцессорные и смешанные электронные схемы,
включая схемы импульсных источников питания, радиочастотные,
коммуникационные и оптоэлектронные схемы.
TINA включает в
себя все основные языки описания аналоговых, цифровых и смешанных электронных устройств (VHDL, Verilog, Verilog-A и Verilog
AMS). Это позволяет испытывать сложные модели в различных
условиях работы.
Большим достоинством этой программной среды стала возможность применять в учебном процессе упрощённую бесплатную версию TINA-TI, которой вполне достаточно для знакомства с программой и исследования электрических цепей и аналоговых электронных схем. С использованием моделирования в программе TINA-TI
в МИРЭА издано несколько мультимедийных электронных учебников, в которых теоретический материал наглядно иллюстрирован
моделированием схем и устройств [2, 3].
Студенты получают домашнюю электронную лабораторию и могут глубже изучить работу
электронных устройств на вполне точных моделях.
В последние годы широкое внедрение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) приводит к появлению новых систем обучения. Развитые ранее преимущественно для открытого и

Ведение

дистанционного образования (ОДО) мобильные обучающие системы
(МОС) в последние годы стали активно использоваться и в очном
обучении. МОС использует современные мобильные беспроводные
устройства и высокоскоростной интернет.
Обучение становится своевременным, достаточным и персонализированным («just-in-time, just enough, and just-for-me»). На первое место выходят такие дидактические принципы, как мультимедийность, структурированность или модульность, интерактивность,
доступность.
Для мобильного обучения компания DesignSoft предлагает новый программный продукт TINACloud [4], позволяющий выполнять
виртуальные исследования и лабораторные практикумы по электротехнике, электронике и микропроцессорной технике на ноутбуках,
планшетах и других мобильных устройствах в любое время и в любом месте. TINACloud использует облачные интернет-технологии и
может запускаться через браузер в любом месте мира без установки
программы в компьютере. Этот сервис предлагает множество образовательных ресурсов и позволяет TINACloud по своим возможностям практически не уступает последней версии обычной программы
TINA-10, но по стоимости лицензии значительно дешевле. Так, цена студенческой лицензия на один год составляет сейчас 12 eвро.
Оплату можно сделать на сайте TINACloud.
Преподаватели смогут оценить возможности облачной среды в
мобильном и дистанционном обучении.
TINACloud работает на большинстве операционных систем в
компьютерах, а также на планшетах, на большинстве смартфонов,
умных телевизорах и электронных книгах. TINACloud можно использовать в классе, дома, в любой точке мира, где есть Интернет.
Облачная среда TINACloud предоставляет услугу, называемую
Software as a Service (SaaS), и предполагает доступ к приложениям
как к сервису, т. е. приложения провайдера запускаются в облаке и
предоставляются пользователям по требованию как услуги. Другими словами, пользователь может получать доступ к ПО, развёрнутому на удалённых серверах компании DesignSoft, посредством Интернета, причём все вопросы обновления и лицензий на данное ПО
регулируются поставщиком данной услуги. Потребитель при этом
не управляет базовой инфраструктурой облака, в том числе сетями,
серверами, операционными системами. На конечном пользователе
лежит ответственность только за сохранность параметров доступа
(логинов, паролей и т. д.) и выполнение рекомендаций провайдера
по безопасным настройкам приложений.

Ведение
5

На сервере DesignSoft работает высокопроизводительный многоядерный движок. Каждый год электронные схемы становятся быстрее и более сложными и, следовательно, требуют больше вычислительной мощности для анализа их работы. Для выполнения этих
требований TINACloud имеет возможность использовать набирающие популярность многопоточные процессоры, так что время исполнения TINACloud будет до 20 раз быстрее по сравнению с TINA-8 и
более ранними версиями. Конечно, полностью реализовать возможности TINACloud можно с высокоскоростным Интернетом.
Открыв TINACloud через Интернет, можно создать любую схему или загрузить готовую с сервера, выполнить более 20 режимов
моделирования и получить результаты в окне диаграмм или в интерактивном режиме. TINACloud имеет уникальные образовательные инструменты для проверки знаний студентов. Преподаватель
может создать тесты с несколькими вариантами ответов, решением
проблем или задачами по устранению неисправностей и дистанционно контролировать и оценивать результаты.
В мультимедийном образовательном процессе TINACloud предоставляет преподавателю возможность с любого компьютера, подключённого к Интернету, проводить презентации моделирования
процессов в электронных схемах.
Компания DesignSoft предоставила нам возможность бесплатной работы в TINACloud для создания нового лабораторного практикума на основе изданного ранее [1].
В этой работе участвовали студенты МИРЭА Г.В. Волосных, Д.А. Бондарев, А.О. Бебик,
К.С. Салов.
Результаты выполненной работы докладывались на
конференциях [5–7].
Учебное пособие содержит 15 лабораторных работ по электрическим цепям, аналоговой и цифровой электронике и соответствует
содержанию дисциплины «Электротехника, электроника и схемотехника» для направлений подготовки бакалавров: «Управление в
технических системах» (27.03.04), «Информатика и вычислительная техника» (09.03.01), «Мехатроника и робототехника» (15.03.06),
«Радиотехника» (11.03.01), «Конструирование и технология электронных средств» (11.03.03).

В.2. Указания по выполнению и защите
лабораторных работ

1. Лабораторные работы проводятся на компьютерах, имеющих
доступ к Интернету. Студенты могут пользоваться своими ноутбуками и планшетами.

Ведение

2.
Перед выполнением каждой лабораторной работы студенту следует заранее изучить рекомендованный к данной теме теоретический материал, выполнить предварительные расчётные и контрольные задания, предшествующие лабораторному заданию, ознакомиться с содержанием лабораторного задания, продумать ответы
на вопросы для самопроверки, подготовить в компьютере файл протокола (в формате .docх) для регистрации результатов экспериментов и скриншотов схем.
3. Лабораторные работы выполняются отдельными бригадами
из двух-трёх человек.
Бригада оформляет на занятии один протокол.
4. В начале лабораторной работы преподаватель проводит
опрос студентов, проверяет выполнение расчётных и контрольных
заданий, наличие протоколов и готовность к работе.
5. При компьютерном моделировании экспериментальные данные следует вносить в файл протокола. Можно делать скриншоты
схем и графиков.
6. Работа считается выполненной после утверждения преподавателем протокола бригады.
7. Для защиты лабораторной работы каждый студент по каждой работе составляет в электронной и печатной форме индивидуальный отчёт, который должен содержать:
• предварительные расчётные и контрольные задания;
• схемы исследованных электрических цепей;
• результаты исследований (в виде таблиц, графиков);
• итоговое расчётное задание;
• выводы по работе.
8. Работа считается защищённой после собеседования, утверждения индивидуального отчёта преподавателем и решения контрольного задания по работе.

В.3. Основные сведения о программе
TINACloud
В.3.1. Общая характеристика среды

TINA Design Suite является мощным доступным пакетом программного обеспечения для анализа, проектирования и тестирования в режиме реального времени схем с аналоговыми, цифровыми
компонентами, микроконтроллерамии компонентами, определёнными в описаниях HDL (Hardware Description Languages), а также для
проектирования печатных плат макетов схем. Можно также проанализировать радиочастотные схемы, коммуникации связи, оптоэ

Ведение
7

лектронные схемы и механические приложения с 3D-интерфейсом.
TINA представляет собой приложение для Windows, которую вы
должны установить на вашем компьютере или на сервере локальной сети.
В этом учебном пособии использована онлайн-версия TINA, которая называется TINACloud и является прекрасным инструментом
для дистанционного образования. В учебном процессе программа
имеет уникальные инструменты для дистанционного моделирования электронных устройств, тестирования знаний студентов, мониторинга прогресса обучения и внедрения в учебный процесс методов
поиска и устранения неисправностей. С помощью дополнительных
аппаратных средств TINACloud может использоваться для тестирования реальных схем и сравнения с результатами, полученными
при моделировании. Большое значение для преподавателей имеют
также инструменты, необходимые для подготовки образовательных
материалов.
Рассмотрим подробнее наиболее важные особенности TINACloud.

В.3.2. Требования к аппаратным и программным
средствам для работы с TINACloud

Полезной особенностью TINACloud является то, что среда работает на всех широко известных платформах, включая аппаратные
средства и операционные системы. Общие требование в том, чтобы
все платформы имели доступ в Интернет и совместимый браузер.
На настольных компьютеры и ноутбуках можно работать с Microsoft Windows XP / Vista / Windows 7/8 и браузерами IE 9, Chrome
34.0, Firefox 29.0 или более поздними версиями.
Для Mac-компьютеров и ноутбуков подходят OS X, Safari,
Chrome.
Для Linux-компьютеров и ноутбуков требуется Chrome или Firefox.
Для планшетов и айфонов iOS Apple iPad требуется ОС IOS
5.x, 6.x, 7.x, а также Safari, Chrome.
Для Android-планшетов, ридеров, смартфонов и смарт-телевизоров требуются ОС Android 2.x, 3.x, 4.x, а также Chrome, Firefox.
Для Windows Phone нужна ОС Windows Phone 8, IE 11 или
более поздней версии.
Вторая полезная особенность TINACloud состоит в том, что она
не требует установки. После того как Вы получите ваши учётные
данные (имя пользователя и пароль) и установите хорошее соеди

Ведение

Рис. B.1. Окно аутентификации

нение с Интернетом, Вам просто необходимо авторизоваться на сайте и
можно сразу начать работать.
Введите Ваше имя и пароль в
окне аутентификации (рис. B.1), и
TINACloud откроет приветственную страницу (рис. B.2).

Рис. B.2. Приветственная страница

В.3.3. Интерфейс программы

Большим достоинством программы TINACloud является многоязычный интерфейс с хорошим переводом. Мы используем русскоязычную версию.
Следующим шагом Вы можете в меню Файл открыть проводник и загрузить свою готовую схему или схему из многочисленных примеров. Если выбрать Новый, откроется схемный редактор
(рис. B.3), в котором можно собрать новую схему.
Схемный редактор имеет большой набор разнообразных электронных компонентов (рис. B.4). Группы компонентов открываются
кнопками меню. Каждый компонент (например, транзистор) содержит библиотеку моделей, выпускаемых разными фирмами.
Рассмотрим панель инструментов схемного редактора. Cлева
установлены привычные для редактирования кнопки: новый, отменить, повторить, вырезать, копировать, вставить, удалить, повернуть влево, повернуть вправо, отразить (рис. B.5).
Следующая кнопка
редактор свойств открывает для выделенного компонента окно редактирования параметров (рис. B.6).

Ведение
9

Рис. B.3. Окно проводника

Рис. B.4. Наборы компонентов схемного редактора

Рис. B.5. Кнопки редактирования

Кнопка
множественный выбор позволяет выделить и
совместно перемещать по рабочему полю несколько компонентов.

Кнопки
увеличивают или уменьшают масштаб,

Ведение

Рис. B.6. Открытие окна редактора свойств

Рис. B.7. Меню вставки
Рис. B.8. Вставка текста

увеличивают окно наблюдения и показывают сразу все компоненты.
Масштаб изображения легко изменяется колёсиком мыши.
Следующая кнопкa
вставить открывает меню вставки
(вставить микросхему, шину, текст, диаграмму и т. д.) (рис. B.7).
Следующая кнопка
нужна для вставки и редактирования текста
(рис. B.8).
И, наконец, последняя кнопка
позволяет нарисовать провод или шину, соединяющую компоненты.
Для рисования шины
сначала надо нажать Ctrl, а затем кнопку.

В.3.4. Размещение компонентов

Компоненты выбирают из строки компонентов редактора схем.
Их символы перемещают с помощью мыши в требуемое положение.
При нажатии на левую кнопку мыши программа устанавливает контакты символа компонента на ближайшей точке сетки точек. Ком