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Fuentes de alimentación
ATX.
Funcionamiento
y
reparación.
Rafael Jurado Moreno
([email protected])
I.E.S. María Moliner.
Segovia 2010
Fuentes ATX. Ver.1.1
1.Introducción.
La Fuente de Alimentación es un elemento
capaz de transformar la tensión de la red eléctrica
en las diferentes tensiones necesarias para los dis
tintos elementos del PC. Esto se consigue a través
de unos procesos electrónicos que explicaremos a
continuación.
El ordenador personal está compuesto de de
cenas de sistemas electrónicos con características
diferentes que requieren tensiones de alimentación
adecuadas a cada uno de ellos. Es por esto por lo
que la fuente de alimentación ha de ser capaz de
suministrar diferentes tensiones.
Además, la circuitería es muy sensible a la
señal de alimentación que recibe, siendo especial
mente delicado asegurar que los componentes elec
trónicos reciben una tensión constante dentro de
unos márgenes de tolerancia bastante estrechos.
La gran demanda de corriente de los PC's ac
tuales hace que sea cada vez mas complicado dise
ñar una fuente de alimentación adecuada a estas ne
cesidades, lo que provoca una complicación cada
vez mayor en los circuitos.
Para poder ofrecer un consumo tan grande en
un tamaño y peso suficientemente pequeños, se ha
de recurrir obligatoriamente a una fuente de ali
mentación conmutada sin transformador.
Dentro de la fuente, la tensión de 220V de la
red eléctrica, es reducida, nivelada y controlada
constantemente por una serie de circuitos electróni
cos con funciones muy específicas. Estos elemen
tos son comunes en el diseño de cualquier tipo de
fuente de alimentación conmutada, no sólo para
PC.
2.Conexiones.
Existen una serie de estándares que han ido
apareciendo según han evolucionado los micropro
cesadores y placas base. A continuación se mues
tran los distintos estándares en función de sus co
nectores de salida:
VERSIÓN
FECHA CONECTORES INCLUIDOS
AT
1984
Cable de principal 2x6 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
ATX
1995
Cable principal 20 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
ATX12V 1.0
2000
Cable principal 20 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
Cable de 12V 4 pines.
Cable auxiliar de 6 pines.
ATX12V 1.3
2003
Cable principal 20 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
Cable de 12V 4 pines.
Cable auxiliar de 6 pines.
Cable SATA.
VERSIÓN
FECHA CONECTORES INCLUIDOS
ATX12V 2.0
2003
Cable principal 24 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
Cable de 12V 4 pines.
Cable PCI Express de 6 pines.
Cable SATA
EPS12V
2003
Cable principal 24 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
Cable de 12V 8 pines.
Cable PCI Express de 6 pines.
Cable SATA
PCI Express 2.0 2007
Cable principal 24 pines.
Cable de periféricos de 4 pines.
Cable disquetera.
Cable de 12V 8 pines.
Cable de 12V 4 pines.
Cable PCI Express de 8 pines.
Cable PCI Express de 6 pines.
Cable SATA
1
Fuentes ATX. Ver.1.1
2.1.
Asignación de pines.
2.1.1.Conector principal 2x6.
Consistía en una tira macho de 12 pines en línea a la que se conectaban dos conectores hembra de 6
Pines.
P8
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P9
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Pin 5
Pin 6
Pin 1
Pin 2
Pin 3
Pin 4
Pin 5
Pin 6
Pwr Good +5V
+12 V
12 V
Gnd
Gnd
Gnd
Gnd
5 V
+ 5 V
+ 5 V
+ 5 V
Naranja
Amarillo Azul
Negro
Negro
Negro
Negro
Blanco
Rojo
Rojo
Rojo
Rojo
Para no confundir los conectores hay que situarlos de forma que
los cables extremos de color negro queden juntos.
2.1.2.Conector principal 20 Pines.
La introducción del factor de forma ATX por parte de Intel, introdujo un nuevo tipo de conector de
20 pines. A su vez el conector hembra de lado de la fuente pasó a ser también de una sola carcasa, aban
donándose el sistema de los dos conectores Molex que venían usándose desde el inicio de la era PC.
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+3.3 V
+3.3 V
Gnd
+5 V
Gnd
+5 V
Gnd
PWR_OK
+5 VSB
+12 V
Naranja
Naranja
Negro
Rojo
Negro
Rojo
Negro
Gris
Púrpura
Amarillo
Naranja
Azul
Negro
Verde
Negro
Negro
Negro
Blanco
Rojo
Rojo
+3.3 V
12 V
Gnd
PS_ON
Gnd
Gnd
Gnd
5 V
+5 V
+5 V
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2
Fuentes ATX. Ver.1.1
2.1.3.Conector principal 24 Pines.
En este caso, además del conector estándar, la fuente disponen de un conector especial de 4 pines
que se coloca a continuación del de 20 pines, de forma que entre ambos, completan el conector de la pla
cabase de 24 Pines.
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+3.3 V
+3.3 V
Gnd
+5 V
Gnd
+5 V
Gnd
PWR_OK
+5 VSB +12 V
+12 V
+3.3 V
Naranja
Naranja
Negro
Rojo
Negro
Rojo
Negro
Gris
Púrpura
Amarillo Amarillo Naranja
Naranja
Azul
Negro
Verde
Negro
Negro
Negro
Blanco
Rojo
Rojo
Rojo
Negro
+3.3 V
12 V
Gnd
PS_ON
Gnd
Gnd
Gnd
5 V
+5 V
+5 V
+5 V
Gnd
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En algunos casos, falta el conector número 20 (cable blan
co) de 5 V. La razón es que la mayoría de placas modernas no
utilizan esta tensión, de forma que ha sido eliminada de las fuen
tes. Como puede verse, el conector de la figura es precisamente de
este tipo (carece del mencionado cable, NC). Sin embargo, su au
sencia en una placabase que si lo utilice, puede ser origen de pro
blemas en los elementos de la placa que se alimentan desde dicho
conector.
2.1.4.Significado de los pines especiales.
•
PS_ON.
"Power On" es un pin de entrada des
de la placa base a la fuente de alimentación.
Cuando, desde la placa base, se conecta a
masa ( GND) la fuente de alimentación se
enciende. Si realizamos una medida en ese
pin veremos que tiene 2,5 V en estado de
reposo.
•
salidas están estables y disponibles. Se
mantiene en estado bajo hasta la estabiliza
ción de la alimentación,( entre 100 y 500
ms) manteniendo en reset al equipo, pasan
do a continuación a estado alto (5 V).
•
PWR_OK.
"Power Good" es un pin de salida de
la fuente de alimentación. Indica cuando las
+5VSB.
Es la tensión de standby ( en espera) y
es utilizada para alimentar a los circuitos
necesarios para el encendido del ordenador
por software. ( Wake on LAN, reloj de
tiempo real, teclado, etc...).
2.1.5.Conector auxiliar 6 pines.
Conector ATXauxiliar, este conector se encontraba inicialmente
también en las primeras generaciónes del Pentium IV, realmente pocas
placas lo llegaron a utilizar.
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Fuentes ATX. Ver.1.1
2.1.6.Cable de 12V 4 pines.
Este conector extra de 4 Pines proporciona
12 V adicionales para alimentar la CPU de forma
independiente. Comúnmente se le llama “conector
P4” puesto que, en un principio, era necesario
para alimentar a los procesadores Pentium4.
2.1.7.Conector 12V 8 pines.
Es una modificación del conector 12V 4 pines para
suministrar más lineas de alimentación para los micro
procesadores de mayor consumo. Sobre todo por la apa
rición de micros de varios núcleos.
2.1.8.Conector PCI Express de 6 pines.
Conector PCIExpress de 6 pines, se utiliza exclusivamente para
alimentar algunas tarjetas graficas.
2.1.9.Conector PCI Express de 8 pines.
Conector PCIExpress de 8 pines, se uti
liza exclusivamente para alimentar algunas tar
jetas graficas. Si se observa de frente el conec
tor, se aprecia que solo se han agregado 2 pines
del lado derecho al típico de 6 pines, estos 2
cables llevan cable negro de tierra.
2.1.10.Conector de periféricos de 4 pines.
Conector Molex de 4 pines, para uso comúnmente en unidades ópticas y al
gunos discos duros, en algunos casos especiales pueden alimentar también direc
tamente circuitos en las placas madre.
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Fuentes ATX. Ver.1.1
2.1.11.Conector disquetera.
Conector Molex para Floppy o Molex FDD, se utiliza –casi exclusi
vamente para el lector floppy, en algunos casos especiales encontraremos
dispositivos pequeños que utilizan este conector, o incluso en placas madre
para alimentar ciertos circuitos.
2.1.12.Conector SATA.
Los discos duros consumen 200300W durante los primeros 2s de arranque.
Despues sólo necesitan unos 80W para funcionar.
Algunos fabricantes lo utilizan para el arranque escalonado de unidades
("Staggered spinup"). Una técnica que intenta evitar la sobrecarga producida por
el arranque simultáneo de las unidades de disco en un sistema cuando existen va
rias.
3.Funcionamiento.
Para ir conociendo la arquitectura y funciona
miento de las fuentes de alimentación, nada mejor
que examinar la circuitería de una fuente real. Para
ello comenzaremos por el esquema eléctrico de una
fuente ATX , estableciendo qué partes la componen
y su forma de operar.
1.2. Esquema general.
Para analizar el funcionamiento utilizaremos
el esquema de una fuente de alimentación ATX de
200W.
Este circuito de fuente de alimentación utiliza
el circuito integrado TL494. Éste circuito o uno si
milar se utiliza en la mayoría de las fuentes de ali
mentación.
5
Fuentes ATX. Ver.1.1
A continuación pasamos a analizar cada una de las partes que componen el circuito.
6
Fuentes ATX. Ver.1.1
1.2. Conversor ACDC de alta tensión.
Este bloque también llamado "rectificación y
filtrado" es el encargado de rectificar y filtrar la
tensión alterna de 230V y convertirla en contínua
de 220* 2 = 325V.
Nos encontramos ante una etapa donde hay
presente una alta tensión y capaz de suministrar
una intensidad de varios amperios.
La fase de la red está cinectada a un fusible y
el neutro a una resistencia PTC. Ésta varía su valor
dependiendo de la temperatura, es decir, a mayor
temperatura, mayor resistencia (Positive Tempera
ture Coefficient). Si la fuente comienza a demandar
corriente de una forma exagerada, este componente
se irá calentando y, al aumentar su resistencia, im
pedirá que la fuente siga alimentándose de los
230V de la red. También limita la corriente de en
trada hasta que se hayan cargado los condensadores
C5 y C6.
El conmutador 230V/115V, convierte el rec
tificador en un duplicador.
La tensión de red se aplica a través de circui
to de filtro de entrada (C1, R1, T1, C4, T5) al
puente rectificador.
Los varistores Z1 y Z2 tiene la función de
proteger contra sobre tensiones en la entrada de lí
nea, puesto que ante un aumento de tensión dismi
nuyen su resistencia.
R2 y R3 son las resistencias que descargan
los condensadores cuando se desconecta la fuente
de alimentación. Cuando la fuente de alimentación
está conectado a la red los condensadores están car
gados a unos 325V.
De la unión de los condensadores C2 yC3 se
obtiene la toma de tierra virtual.
1.3. Fuente Standby.
Esta parte del circuito se encarga de propor
cionar una tensión de 5 voltios y baja intensidad
que alimenta los circuitos de control de la fuente y
la tensión de +5VSB que llega a la placa madre.
A esta etapa le llegan directamente los 310 V
de contínua procedentes de la etapa de rectificación
y filtrado. Debemos, por tanto, tener cuidado a la
hora de manipular esta parte cuando la fuente de
alimentación está conectada.
7
Fuentes ATX. Ver.1.1
Se trata de una fuente de alimentación con
mutada tipo "buck" o también conocido como
"conversor DCDC". En su forma básica consta de
un circuito oscilador.
En algunas fuentes este oscilador funciona en
modo PWM, proporcionando en la salida unos pul
sos de alta frecuencia cuya anchura varía en fun
ción de la tensión que debe suministrar en salida.
Un optoacoplador toma una muestra de la tensión
A la salida de este primer transformador (el
de salida y la inyectan en el oscilador, permitiendo
más pequeño en tamaño dentro de la fuente) nos
encontramos con un rectificador y un 7805, 1que es que éste pueda responder a las variaciones de ten
sión y estabilizarla.
el encargado de estabilizar los 5VSTB.
1.4. Conversor.
Esta parte es el corazón de la fuente de ali
mentación. Gracias a ella conseguimos la conver
sión de la alta tensión de entrada en los bajos valo
res que necesitamos para alimentar el PC.
Lo primero que se hace es, mediante un osci
lador, aplicar al transformador principal una señal
alterna de alta tensión y alta frecuencia, para que en
Este circuito integrado incorpora todo lo ne
cesario para generar unos pulsos PWM perfecta
mente equilibrados y controlados.
En el modo standby, la fuente de alimenta
el secundario nos aparezcan las tensiones que nece
sitamos.
Éste oscilador funciona en modo PWM, proporcio
nando en la salida unos pulsos de alta frecuencia
cuya anchura varía en función de la tensión que
debe suministrar en salida.
ción principal es bloqueada por una señal positiva
en el el pin PSON a través de la resistencia R23 de
la fuente de alimentación secundaria. Debido a esta
tensión Q10 conduce y hace que Q1 aplique la ten
sión de referencia de 5V (pin 14 de IC1) al pin 4
8
Fuentes ATX. Ver.1.1
del mismo integrado, bloqueando el oscilador inter
no. Con la tensión aplicada al pin 4 se puede mane
jar el ancho del pulso de salida de IC1. Con una
tensión igual a cero, se genera el pulso más ancho,
+5 V significa que el pulso desaparece.
Mediante el diodo D30 se aplica una alimen
tación, no estabilizada a IC1 y a los transistores de
control Q3 y Q4. Cuando la fuente de alimentación
principal está funcionando esta tensión se aplica
desde la salida estabilizada, de 12V, a través del
diodo D.
Cuando se presiona el botón de encendido en
el equipo, la lógica de la placabase pone a cero el
pin de entrada PSON. El transistor Q10 se corta,
cortando a su vez a Q1. El Condensador C15 se
carga a través de R15 y en el pin de 4 IC1 la ten
sión disminuye a cero gracias a R17. Debido a esta
tensión el CI produce los pulsos de máxima anchu
ra.
Las tensiones de +5V, 5V, +12V y 12V,
son monitorizadas a través de R25 y R26 y conec
tadas a la entrada de error de IC1 (pin 1 ). Esta ten
sión es comparada con la tensión de referencia de
5V ( aplicada al pin 2 desde el 14) por un amplifi
En funcionamiento normal es IC1 el que controla
la fuente de alimentación. Q1 y Q2 son los transis
tores de potencia y están conectados a Q3 y Q4 me
diante el transformador T2. Cuando se producen
los impulsos en las salidas de IC1 (pines 8 y 11),
estos se aplican a las bases de Q1 y Q2 a través de
Q3, Q4 y T2 . Debido a la realimentación positiva
van rápidamente a saturación. Cuando el impulso
ha terminado los transistores se cortan. Este proce
so se produce en los transistores Q1 y Q2 alternati
vamente, aplicando en el bobinado primario del
transformador una tensión alterna. La rama de ali
mentación va desde emisor de Q1 (colector de Q2 )
a través de la tercera bobina de transformador T2,
siguiendo por el devanado primario de T3 y C7.
Este último conecta con la masa virtual de la ten
sión de alimentación.
Para comprender el funcionamiento de este
bloque nos ayudaremos del esquema interno del
TL494.
cador de error. La realimentación de C1y R18 pro
porciona estabilidad al comparador. La salida del
amplificador de error se compara con la rampa ge
nerada por el oscilador interno (controlado por C11
y R16 ).
Cuando la tensión de salida disminuye, la sa
9
Fuentes ATX. Ver.1.1
lida del amplificador de error también disminuye
aumentando la anchura de impulsos. Comportándo
se al contrario si la tensión de salda aumenta.
El segundo amplificadoe de error ( pines 15 y
16 ) no se utiliza, quedando bloqueado por las ten
siones aplicadas a sus entradas.
Si el pulso es largo, los transistores Q1 y Q2
estarán más tiempo conduciendo y por lo tanto la
potencia se incrementa.
Se puede observar que la parte de alta tensión
está aislada de la de baja mediante el transformador
T2.
1.5. Etapa de salida.
Esta etapa transforma los pulsos de alta ten
sión procedentes del bobinado primario del trans
formador, en pulsos de baja tensión en el secunda
rio. Posteriormente rectifica y filtra las diferentes
tensiones de salida.
10
Fuentes ATX. Ver.1.1
El transformador de potencia consta de varios
bobinados ajustados para obtener las tres tensiones
principales: +3.3 , +5 y +12 Voltios. La salida de
los bobinados, de baja tensión, es rectificada por
unos conjuntos de diodos rápidos. Éstos son diodos
rectificadores que, al funcionar a muy alta frecuen
cia, deber ser capaces de conmutar al ritmo que
marque el oscilador de la fuente. La frecuencia de
trabajo normal está en torno a los 200kHz.
Detrás de las etapa de rectificación, encontra
mos los filtros LC que convierten los pulsos en las
tensiones contínuas de las que hablamos antes.
Las diferentes combinaciones a la salida del
transformador nos permiten tener, en una misma
fuente, tanto tensiones positivas como negativas,
proporcionando las tensiones de: 12 V, 5 V, 5 V,
12 V y 3.3 V.
Cada bobinado consta de un número de espi
ras múltiplo de la tensión que recibe. O sea, la bo
bina de los 12 voltios tendrá 12, 24, 36, 48 vuelta.
La de los 5 voltios tendrá 5,10,15,20 vueltas... y
con todos los bobinados enrollados en el mismo
sentido.
Esta configuración convierte este conjunto de
bobinas en un transformador cuya finalidad es
compensar las diferentes salidas de la fuente cuan
do las cargas ( potencia consumida ) en cada salida
es muy diferente o varía rápidamente.
Al estar todas las tensiones sacadas de un
único transformador principal, es posible que una
variación de la carga en una de las salidas pueda
afectar a las demás. Este conjunto de bobinas
amortigua y evita este efecto.
Las bobinas a la salida son necesarias debido
a la alta frecuencia de la señal.
Entre los rectificadores y los filtros encontra
mos unas bobinas en horizontal que están debana
das sobre el mismo núcleo. Ésta es una bobina es
pecial, normalmente en forma toroidal que tiene
una construcción y una misión muy especial.
Observamos nuevamente cómo ambas partes
del circuito están completamente aisladas eléctrica
mente.
1.6. Aislamiento eléctrico.
Ya he citado anteriormente que las partes de
alta y baja tensión están aisladas eléctricamente por
medio de los transformadores. Esto es así para im
pedir que un mal funcionamiento permita la salida
de alta tensión hacia el PC, lo que provocaría la
destrucción de la placa base y demás elementos.
Este es el primer requisito que debemos cum
plir cuando deseamos alimentar un circuito electró
nico a partir de la tensión de red: Aislarlo comple
tamente.
1.7. Powergood.
Cuando todas las salidas de la fuente están
estables, la señal de PowerGood pasa a nivel alto
( +5V). Esta señal está normalmente conectada a la
señal de RESET de la placa base.
Este circuito compara la tensión de referencia
suministrada por IC1 (pin 14 ) con la salida de
+5V, que es la que más potencia suministra y por
tanto la que estará estable más tarde. La salida del
comparador va directamente al pin PowerGood, y
mantiene esta en estado bajo hasta que se llegue a
los 5V en la salida, siempre y cuando esté activado
el pin PSON.
11
Fuentes ATX. Ver.1.1
1.8. Estabilizador de 3,3V.
El circuito conectado a la salida de 3,3V pro
duce una regulación suplementaria para conseguir
una mejor estabilización.
Todo el circuito se comporta como un diodo
zenner de potencia ( regulación en paralelo).
1.9. Circuito de protección.
Este circuito asegura que todas las tensiones
de salida se encuentren entre los límites estableci
dos. Si los límites son superados, la fuente se para.
Por ejemplo si hacemos un cortocircuito en
tre 5V y 5V, el positivo se aplica a traves de D10,
R28 y D9 a la base de Q6. Entonces El transistor se
satur y satura también a Q5. Este aplica la tensión
de +5V del pin 14 de IC1, a través de D11, al pin 4
de IC1, provocando el bloqueo de los impulsos, y
por lo tanto la parada de la fuente. A través de Q7
se asegura que Q5 permanezca saturado hasta que
se desconecte, la fuente, de la red.
4. Reparación.
A continuación expondré una serie de reco
mendaciones y consejos para reparar una fuente
ATX defectuosa. Exponiendo las averías típicas de
estos circuitos.
Como no siempre disponemos del esquema,
la exposición será bastante genérica, y nos puede
dar pistas para localizar las averías.
1. Si el fusible está quemado, antes de reem
plazarlo por otro comprueba los diodos o el
puente rectificador. Nunca se debe soldar
12
Fuentes ATX. Ver.1.1
un alambre en lugar del fusible, esto puede
producir que la fuente se deteriore aun más.
2. Continuamos desoldando y midiendo los
transistores de conmutación de entrada de
línea. Si hay que sustituirlos, en la mayoría
de fuentes funcionan bien los del tipo
BUT11 .
3. Comprobar que los "filtros" o condensado
res electrolíticos no estén defectuosos. Vi
sualmente se puede verificar su estado, o
(con el ohmetro) si están en cortocircuito.
4. Hay 4 resistencias asociadas a los transisto
res de potencia que suelen deteriorarse, es
pecialmente si estos se ponen en corto. Los
valores varían entre las distintas marcas
pero se identifican pues 2 de ella se conec
tan a las bases de dichos transistores y ron
dan en los 330k Ohms mientras que las
otras dos son de aproximadamente 2,2
Ohms y se conectan a los emisores de los
transistores.
5. Asociados al primario del transformador
suele haber un par de condensadores y re
sistencias, que son los encargados de redon
dear los pulsos y conseguir el arranque de
la fuente. Las resistencias son de bajo valor
y de potencia alta,y los condensadores de
poliester. Si se abre alguno de estos compo
nentes la fuente no "arranca".
6. ATENCION: Puesto que gran parte de la
fuente funcina conectada a tensión de red,
es recomendable conectarla con un transfor
mador aislador de línea del tipo 220v220v.
Esto evitara riesgos innecesarios y peligro
de electrocución. También se puede conec
tar una lampara en serie de 100w por si
existe algún cortocircuito.
7. Las fuentes ATX necesitan un pulso de
arranque para iniciar. Es por tanto necesa
rio, para una buena comprobación, colocar
una carga a la salida (unas lámparas de co
che no son mala idea). Pero esto solo se
hará después de haber comprobado que la
fuente no esta en corto, con el procedimien
to del punto 6.
8. Si después de aplicar estos procedimientos
sigue sin funcionar ya seria necesario com
probar el oscilador y para ello se debe con
tar por lo menos con un osciloscopio de 20
Mhz. También la inversión de tiempo y el
costo de la fuente nos harán decidir si se
guir adelante.
9. En internet se pueden conseguir las hojas de
datos ( Datasheet) de la mayoría de los
componentes que se utilizan en la mayoría
de las fuentes.
10. Se comienza por verificar la alimentación
de los integrado y las tensiones en las dis
tintas patas.
11. También se pueden verificar "en frío"(es
decir sin estar conectada la fuente) que no
halla diodos en corto.
12. En estas fuentes suelen utilizarse diodos del
tipo 1N4148 de baja señal que suelen estro
pearse con facilidad (se miden con el ohme
tro) y diodos zener que suelen ponerse en
corto si se cambio accidentalmente la ten
sión de alimentación de la fuente.
13. En la mayoría de fuentes hay rectificadores
integrados que físicamente se parecen a los
transistores pero internamente son solo 2
diodos. Se pueden retirar y medirlos fuera
del circuito pues el transformador con el
cual trabajan hará parecer, al medirlos, que
están en corto.
14. Es prudente ser pacientes al desoldar y sol
dar elementos a fin de no "destrozar" el cir
cuito impreso.
15. Recalco la necesidad de ser muy cuidadoso
ya que estas fuentes trabajan directamente
con tensión de línea y si no se es precavido
pueden provocar accidentes mortales. Lo
más seguro en trabajar con transformador
aislador de línea.
13
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