CAPÍTULO 1. Introducción a la simulación de circuitos electrónicos .. 17
1.1. La simulación y el diseño en la ingeniería 18
1.2. Diseño y desarrollo de un producto electrónico .. 19
1.3. Biblioteca de componentes 21
1.4. Niveles de abstracción en el diseño del producto .. 22
1.5. Procesado del diseño . 24
1.6. Información para la instalación de OrCAD PSpice .. 25
1.7. Pasos para la instalación del paquete OrCAD 26
CAPÍTULO 2. Guía de inicio al software OrCAD® PSpice® . 31
2.1. Introducción.. 31
2.2. Programa OrCAD Capture CIS Lite 31
2.3. Programa de simulación PSpice . 34
2.4. Inicio de OrCAD 17.2 Lite . 36
2.5. Creación de un proyecto de simulación en OrCAD Capture . 36
2.6. Cómo hacer una copia del proyecto de OrCAD . 39
2.7. Realización del esquema en OrCAD Capture .. 40
2.7.1. Barra de iconos de acceso rápido 40
2.7.2. Diseño del circuito 41
2.7.3. Colocación de los componentes 42
2.7.4. Conexionado de los componentes .. 43
2.7.5. Añadir y etiquetar buses 44
2.7.6. Añadir una entrada digital fija a nivel alto o a nivel bajo .. 45
2.7.7. Añadir estímulos digitales de entrada 47
2.7.8. Identificación de los componentes (Annotate) .. 49
2.7.9. Chequeo de las reglas de diseño (Design Rule Check) 50
2.7.10. Obtención de la lista de materiales (Bill of Materials) 52
2.7.11. Siglas para las unidades .. 53
2.8. Simulación con PSpice .. 53
2.8.1. Creación de un perfil de simulación 53
2.8.2. Selección de las señales que se quieren visualizar 55
2.8.3. Simulación del circuito 57
CAPÍTULO 3. Simulación de circuitos electrónicos digitales . 59
3.1. Introducción.. 59
3.2. Generación de estímulos digitales de entrada .. 59
3.2.1. Estímulo de tipo fichero . 60

3.2.2. Estímulo definido mediante comandos.. 61
3.2.3. Estímulo de tipo reloj .. 61
3.3. Perfil de simulación. Descripción de las opciones . 62
3.4. Almacenamiento de resultados en un fichero 63
3.5. Simulación de circuitos digitales combinacionales 65
3.5.1. Decodificador binario de dos bits . 65
3.5.2. Decodificador binario a decimal de tres bits 66
3.5.3. Multiplexor de cuatro canales . 68
3.5.4. Complemento a 2 de un número de cuatro bits 69
3.5.5. Calculadora de la distancia entre dos números 72
3.6. Diseño jerárquico: sumador de cuatro bits .. 73
3.6.1. Introducción . 73
3.6.2. Proceso para el diseño jerárquico 74
3.7. Circuitos digitales secuenciales síncronos . 80
3.7.1. Sistema secuencial síncrono basado en biestables JK 80
3.7.2. Controlador secuencial de una puerta automática .. 84
3.7.3. Controlador secuencial basado en un contador binario 90
3.7.4. Controlador secuencial microprogramado .. 93
3.7.5. Registro con entrada serie y salida paralelo .. 95
3.8. Ejercicios propuestos . 97
3.8.1. Circuito combinacional .. 97
3.8.2. Multiplicador de números de dos bits . 97
3.8.3. Circuito sumador total de dos bits 97
3.8.4. Decodificador binario a decimal 97
3.8.5. Combinacional microprogramado . 98
3.8.6. Selector.. 98
3.8.7. Circuito secuencial 1 98
3.8.8. Circuito secuencial 2 99
3.8.9. Circuito secuencial 3. 100
3.8.10. Automatismo de una puerta . 100
CAPÍTULO 4. Simulación de circuitos electrónicos analógicos 103
4.1. Introducción 103
4.2. Perfil de simulación .. 104
4.3. Componentes electrónicos generadores 104
4.3.1. Generadores de tensión y de corriente .. 104
4.3.2. Generador de ondas sinusoidales VSIN 107
4.3.3. Generador de señales de tipo pulso VPULSE 107
4.3.4. Generador de tensión arbitraria VPWL .. 108

4.4. Componentes especiales .. 109
4.4.1. Variables globales o parámetros 109
4.4.2. Interruptores dependientes del tiempo 109
4.4.3. Interruptor controlado por tensión . 110
4.4.4. Función TABLE 110
4.4.5. Función de transferencia de LAPLACE .. 110
4.4.6. Bloques funcionales para realizar cálculos matemáticos .. 111
4.4.7. Bobinas acopladas magnéticamente y transformadores .. 111
4.5. Ejemplos sencillos . 112
4.5.1. Generación de ondas triangulares 112
4.5.2. Bobinas acopladas magnéticamente 113
4.5.3. Sistema trifásico equilibrado de secuencia positiva . 114
4.6. Tipos de análisis para simulación de circuitos .. 116
4.6.1. Análisis del punto de polarización . 116
4.6.2. Barrido en continua o DC Sweep .. 118
4.6.3. Barrido paramétrico .. 120
4.6.4. Análisis transitorio .. 121
4.6.5. Barrido en alterna o AC Sweep .. 124
4.7. Representaciones de variables complejas . 126
4.8. Simulación de circuitos basados en componentes discretos .. 128
4.8.1. Filtros pasivos .. 128
4.8.1.1. Filtro paso-bajo 128
4.8.1.2. Filtro paso-alto . 129
4.8.1.3. Filtro paso-banda .. 130
4.8.2. Curva característica de un diodo semiconductor .. 130
4.8.3. Estudio de la característica en directa del diodo 132
4.8.4. Circuitos con diodos . 137
4.8.4.1. Rectificador de doble onda. Análisis de Fourier (FFT) .. 137
4.8.4.2. Rectificador de doble onda con condensador de filtro 139
4.8.4.3. Rectificador de media onda con carga inductiva .. 141
4.8.4.4. Recortador en paralelo 143
4.8.4.5. Circuito fijador . 144
4.8.4.6. Circuito regulador Zener 145
4.8.5. Amplificación con el transistor bipolar o BJT 146
4.8.6. El transistor de efecto de campo FET . 151
4.8.6.1. Obtención de la característica de salida de un NFET . 151
4.8.6.2. Característica de transferencia del FET. 153
4.8.6.3. Circuito de autopolarización . 155

4.8.6.4. Amplificador de baja frecuencia con transistor FET 155
4.8.6.5. Deducción de la resistencia de salida del FET .. 157
4.8.7. Simulación del amplificador diferencial .. 158
4.8.7.1. Ganancia diferencial 159
4.8.7.2. Ganancia en modo común 162
4.8.7.3. Amplificador diferencial con fuente de corriente activa .. 165
4.9. Simulación de circuitos basados en el amplificador
operacional . 166
4.9.1. Introducción .. 166
4.9.2. Modelo básico del amplificador operacional 167
4.9.3. Amplificador no inversor . 168
4.9.4. Seguidor de tensión .. 170
4.9.5. Amplificador inversor basado en un AO real 172
4.9.6. Amplificador restador 173
4.9.7. Sumador analógico. Red R/2R 174
4.10. Circuitos no lineales basados en el AO 175
4.10.1. Simulación del circuito comparador LM111 . 175
4.10.2. Circuito comparador con histéresis inversor 177
4.10.3. Oscilador basado en el AO MCP6021. 179
4.10.4. Rectificador de precisión de doble onda 181
4.11. Ejercicios propuestos .. 183
4.11.1. Generador de onda cuadrada . 183
4.11.2. Modelado y simulación de un filtro paso-bajo pasivo .. 183
4.11.3. Estudio de la respuesta en frecuencia de una red de atraso .. 183
4.11.4. Circuito RLC serie .. 183
4.11.5. Obtener la curva característica de un diodo Zener .. 184
4.11.6. Estudio del funcionamiento en inversa de un diodo . 184
4.11.7. Recortador paralelo de dos ramas 184
4.11.8. Rectificador de doble onda 1 184
4.11.9. Rectificador de doble onda 2 185
4.11.10. Curvas características del BJT . 185
4.11.11. Amplificador en EC . 185
4.11.12. Amplificador inversor . 186
4.11.13. Circuito modulador-demodulador PWM .. 186
4.11.14. Amplificador diferencial 187
4.11.15. Circuito de procesado analógico 1 . 187
4.11.16. Circuito de procesado analógico 2 . 187
4.11.17. Circuito de procesado analógico 3 . 188
4.11.18. Red R/2R . 188

CAPÍTULO 5. Modelado y simulación de circuitos mediante
comandos de PSpice® 189
5.1. Introducción 189
5.2. Análisis en continua con PSpice .. 196
5.2.1. Punto de polarización y barrido en continua 196
5.2.2. Análisis de sensibilidad .. 200
5.2.3. Análisis de transferencia 201
5.3. Análisis transitorio con PSpice . 202
5.4. Barrido en alterna con PSpice 203
5.4.1. Respuesta en frecuencia 203
5.4.2. Análisis de ruido . 206
5.5. Análisis de Fourier con PSpice . 207
5.6. Modelado y simulación de circuitos digitales mediante
comandos de PSpice 208
5.6.1. Modelado y simulación de un circuito combinacional . 209
5.6.2. Modelado de los tiempos de propagación. 212
5.6.3. Modelado y simulación de un circuito secuencial . 214
5.7. Modelado y simulación de un circuito mixto A/D .. 218
5.8. Ejercicios propuestos .. 222
5.8.1. Modelado con comandos de PSpice de un filtro pasivo . 222
5.8.2. Modelado con comandos de PSpice de un rectificador . 222
5.8.3. Modelado de un amplificador basado en AO .. 222
5.8.4. Modelado con comandos de PSpice de un sumador .. 222
CAPÍTULO 6. Creación de componentes nuevos para OrCAD®
Capture® .. 223
6.1. Nuevo componente amplificador operacional . 223
6.2. Nuevo componente de memoria ROM .. 229
6.3. Creación de componentes nuevos parametrizables 233
6.3.1. Diseño del filtro 234
6.3.2. Creación de un componente parametrizable con el filtro diseñado . 235
6.3.3. Utilización de un componente ya creado .. 238
6.4. Caracterización de dispositivos de la biblioteca BREAKOUT .. 241
6.4.1. Caracterización de una resistencia .. 241
6.4.2. Caracterización de un transistor MOSFET de canal N .. 244
CAPÍTULO 7. Análisis avanzados .. 247
7.1. Diseño y simulación de un circuito RLC serie . 247
7.2. Análisis de Montecarlo 251
7.3. Análisis del Peor Caso 255
7.4. Análisis para optimización 257

7.5. Prueba de humo .. 260
7.6. Análisis del Peor Caso en circuitos digitales .. 262
CAPÍTULO 8. Modelado y simulación de circuitos mixtos A/D .. 265
8.1. Niveles eléctricos de señales digitales . 266
8.2. Convertidor digital a analógico (D/A) 269
8.3. Convertidor analógico a digital (A/D) 271
8.4. Acondicionamiento para un pulsador 272
8.5. Modulador de ancho de pulso PWM .. 273
8.6. Modulador DAC-sigma-delta de primer orden . 276
8.7. Modulador ADC sigma-delta de primer orden . 278
8.8. Convertidor F/V (Frecuencia a Voltaje) . 280
8.8.1. Principio de funcionamiento . 280
8.8.2. Simulación del convertir F/V . 280
8.9. Síntesis digital directa de una señal analógica .. 286
8.9.1. Introducción .. 286
8.9.2. Simulación de un circuito DDS 287
8.10. Ejercicios propuestos .. 290
8.10.1. Síntesis de una señal sinusoidal de 10 kHz . 290
8.10.2. Convertidor F/V 290
8.10.3. Modulador ADC sigma-delta de segundo orden 290
8.10.4. Síntesis de una señal sinusoidal 290
CAPÍTULO 9. Simulación de sensores y acondicionadores . 291
9.1. Introducción 291
9.2. Medida de temperatura con un sensor PT100 . 292
9.2.1. Fuente de referencia 292
9.2.2. Simulación de la PT100 y su acondicionamiento .. 295
9.3. Medida de fuerza con una galga 297
9.3.1. Modelado y simulación de una galga extensiométrica 297
9.3.2. Circuito de acondicionamiento para las galgas .. 298
9.4. Medida de posición con un LVDT . 300
9.4.1. Simulación de un sensor LVDT .. 300
9.4.2. Acondicionamiento con rectificador y restador 301
9.4.3. Acondicionamiento con rectificador síncrono .. 302
9.5. Ejercicios propuestos .. 303
9.5.1. Medida de temperatura con un diodo semiconductor . 303
9.5.2. Medida de fuerza con galgas extensiométricas . 303
9.5.3. Medidor de velocidad de rotación de un eje . 304
9.5.4. Etapa acondicionadora del rango de salida de un sensor 304

CAPÍTULO 10. Simulación de circuitos electrónicos de potencia .. 305
10.1. Introducción 305
10.2. Simulación de una fuente de alimentación lineal .. 306
10.2.1. Modelado y simulación del transformador de potencia .. 307
10.2.2. Regulador de tensión con limitador de corriente 312
10.2.3. Fuente de alimentación lineal de tensión de 12 Vdc 314
10.3. Regulador lineal de tensión de tres terminales .. 316
10.4. Convertidores ca-cc o rectificadores . 317
10.4.1. Rectificador no controlado monofásico de media onda . 317
10.4.2. Rectificador controlado monofásico de media onda 320
10.4.3. Rectificador semicontrolado monofásico de doble onda 321
10.4.4. Rectificador de potencia con MOSFET .. 323
10.5. Convertidores cc-cc conmutados 326
10.5.1. Convertidor reductor o buck . 326
10.5.1.1. Circuito PWM sin filtro .. 326
10.5.1.2. Circuito PWM con filtro LC . 327
10.5.1.3. Modelo de pequeña señal del PWM . 331
10.5.1.4. Modelo de pequeña señal del reductor en bucle abierto 333
10.5.1.5. Diseño y simulación del compensador 335
10.5.1.6. Simulación del reductor con control en bucle cerrado . 336
10.5.2. Convertidor elevador o boost .. 338
10.5.3. Convertidor de retroceso o flyback 340
10.6. Convertidores cc-ca o inversores 344
10.6.1. Inversor monofásico con modulación de un solo pulso .. 345
10.6.2. Inversor monofásico en medio puente SPWM 349
10.7. Simulación del generador fotovoltaico . 351
10.7.1. Modelado y simulación de la célula solar .. 351
10.7.2. Modelado y simulación del panel fotovoltaico . 359
10.8. Modelado y simulación de la célula Peltier 360
10.9. Simulación de dispositivos de almacenamiento
de energía eléctrica 366
10.9.1. Modelado y simulación de una batería recargable 366
10.9.2. Modelado y simulación de un supercondensador . 368
10.10. Ejercicios propuestos .. 370
10.10.1. Fuente de alimentación lineal de 12 V . 370
10.10.2. Fuente de tensión con regulador lineal de tres terminales 370
10.10.3. Rectificador de doble onda con carga inductiva .. 370
10.10.4. Corrientes eficaz y media a través de un diodo .. 371
10.10.5. Reductor de tensión en bucle abierto 371

10.10.6. Elevador de tensión 371
10.10.7. Inversor en medio puente 372
10.10.8. Simulación de un generador fotovoltaico 373
10.10.9. Modelado de una célula Peltier 374
10.10.10. Respuesta de un supercondensador a un escalón
de corriente 374
Bibliografía .. 375
Anexo I: Acrónimos 379
Anexo II: Material complementario .. 381
Índice alfabético 387