fuente de poder - Biblioteca de la UNS

Universidad Nacional del Santa
Facultad de Ingeniería
Departamento Académico de Ingeniería Civil y Sistemas e Informática
ENSAMBLAJE Y MANTENIMIENTO DE PC’s
FUENTES DE PODER

Fundamentos Básicos.

Etapas de la Fuente de Alimentación.

Diagrama y Funcionamiento de la Fuente de Poder.

Fallas comunes en la fuente de poder.

Práctica de Laboratorio.
MANUAL PRÁCTICO
ING. CARLOS EUGENIO VEGA MORENO
ING. CARLOS EUGENIO VEGA MORENO
Escuela Profesional de Ingeniería de Sistemas e Inf ormática
Chimbote – Perú
2008
INTRODUCCIÓN
Los equipos electrónicos requieren de la alimentación eléctrica para funcionar asi como los
seres vivos requieren el aire para vivir pero bajo ciertas condiciones óptimas. En los
aparatos electrónicos esas condiciones otorgan las fuentes de poder también llamados
fuentes de alimentación. La energía eléctrica que nos brinda la empresa Hidrándina es de
aproximadamente 220V en corriente alterna mientras que los componentes electrónicos de
la computadora requieren de voltajes menores a ellos pero en corriente continua, para lograr
este cometido nuestra fuente de poder pasa por una serie de etapas de tal manera que la
energía que otorgue no perjudique a nuestra amiga computadora. Las primera etapa es la
de protección conformada por un fusible y / o un termistor, siendo estos elementos que se
dañan (teóricamente) a fin de no perjudicar a los demás. La segunda etapa, Filtro de Línea,
encargada de eliminar el ruido en la red eléctrica lo constituye un filtro LC (bobinacondensador). La tercera etapa, Rectificador de Entrada, convierte la onda alterna de
entrada en una señal positiva pulsante esta compuesta por un puente de cuatro diodos. La
Cuarta Etapa, Filtro de Entrada compuesta por dos capacitores
o condensadores, su
función es disminuir el rizado de la señal proveniente de la etapa rectificadora. La quinta
etapa, Transformadora, orientada a convertir la tensión de 220V a ±12V, ±5V y 3.3V. La
sexta Etapa, Rectificador de Salida, se utilizan condensadores y bobinas, de aquí salen ya
las tensiones de trabajo de la fuente de alimentación. La séptima etapa, Etapa de Control,
se encarga de verificar el trabajo de la fuente, esta compuesto por un circuito integrado.
El presente manual describe cada uno de los pasos mencionados anteriormente terminando
con una güía de práctica de laboratorio encaminados a que el estudiante pueda verificar las
tensiones de entrada y salida de la fuente de alimentación con la ayuda del multitester.
INDICE
Pág.
Introducción............................................................................................................................ 2
FUENTES DE PODER. ............................................................................................................................4
Definición ............................................................................................................................... 4
Tipos de Fuentes de Poder .................................................................................................... 4
Evolución Histórica de AT a ATX ............................................................................................ 4
Ubicación de la Fuente de Poder en el CASE ........................................................................ 5
Etapas del Proceso de Transformación .................................................................................. 5
Proceso de Transformación de Corriente Alterna a Corriente Continua ................................. 6
Diagrama y funcionamiento de la fuente de poder regulada 0 a 12 voltios y 3A ..................... 7
Componentes Electrónicos que se emplean en una Fuente de Poder.................................. 11
Tolerancia de las fuentes de poder....................................................................................... 13
Problemas que pueden surgir con fuente defectuosa ........................................................... 13
Práctica ................................................................................................................................ 14
Cuestionario ......................................................................................................................... 18
Bibliografía ........................................................................................................................... 18
Anexos ................................................................................................................................. 19
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
ING. DE SISTEMAS E INFORMATICA
FUENTE DE PODER
1. DEFINICIÓN.
Como su nombre lo indica es la principal, y muy importante fuente de
corriente eléctrica de la computadora. Además, transforma la corriente
alterna del tomacorriente común en corriente directa (continua) de bajo
voltaje que los componentes de la computadora pueden usar. Si este voltaje
fallara, fuera demasiado alto o demasiado bajo la computadora no arrancaría.
Muchos circuitos necesitan para su funcionamiento, una alimentación de
corriente continua (C.C.), pero lo que normalmente se encuentra es
alimentación de corriente alterna (C.A.)
Potencia (watt) = V (voltio) x I (amper)
2. TIPOS DE FUENTES DE PODER
Son cuatro tipos de fuentes que poder para computadoras que son: XT, AT,
ATX y BTX.
En este caso solo será tema de estudio las fuentes de poder tipo AT y ATX.
Las fuentes de poder AT tiene salidas de 12V (amarillo) y 5V (rojo).
Las fuentes de poder ATX tiene salidas de 12V (amarillo) y 5V (rojo) y
+3.3V (naranja) y además otros colores de cables que emiten estos voltajes.
3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE AT A ATX
Las fuentes de alimentación AT, fueron usadas hasta que apareció el Pentium
MMX, es en ese momento cuando ya se empezarían a utilizar fuentes de
alimentación ATX.
Las características de las fuentes AT, son que sus conectores a placa base
varían de los utilizados en las fuentes ATX, y por otra parte, quizás bastante
más peligroso, es que la fuente se activa a través de un interruptor, y en ese
interruptor hay un voltaje de 220v, con el riesgo que supondría manipular el
PC.
También destacar que comparadas tecnológicamente con las fuentes ATX, las
AT son un tanto rudimentarias electrónicamente hablando.
En ATX, es un poco distinto, ya que se moderniza el circuito de la fuente, y
siempre está activa, aunque el ordenador no esté funcionando, la fuente
siempre está alimentada con una tensión pequeña para mantenerla en
espera.
Una de las ventajas es que las fuentes ATX no disponen de un interruptor que
enciende / apaga la fuente, si no que se trata de un pulsador conectado a la
placa base, y esta se encarga de encender la fuente, esto conlleva pues el
poder realizar conexiones / desconexiones por software.
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Existe una tabla, para clasificar las fuentes según su potencia y caja.
CAJA
Sobremesa AT
Semitorre
Torre
Slim
Sobremesa ATX
POTENCIA
150-200 W
200-300 W
230-250 W
75-100 W
200-250 W
4. UBICACION DE LA FUENTE DE PODER EN EL CASE
5. ETAPAS DEL PROCESO DE TRANSFORMACION
En el gráfico siguiente se puede ver el funcionamiento de una fuente, con
ayuda de un diagrama de bloques y de las formas de onda esperadas al inicio
(entrada), al final (salida) y entre cada uno de ellos.
La señal de entrada es una onda senoidal cuya amplitud dependerá del lugar
en donde vivimos (110 / 220 Voltios u otro)
El transformador disminuye la amplitud de la señal de entrada a un valor que
esté de acorde al voltaje final de corriente continua.
MANUAL PRACTICO DE FUENTES DE PODER
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El rectificador convierte la señal anterior en una onda de corriente continua
pulsante, y elimina la parte negativa de la onda.
El filtro alisa o aplana la onda anterior eliminando el componente de corriente
alterna (C.A.) que estregó el rectificador.
El regulador entrega una tensión constante sin importar las variaciones en la
carga o del voltaje de alimentación.
-
6.
Los transformadores se utilizan para disminuir o elevar voltajes de
corriente alterna.
Los rectificadores.
Los filtros, pueden ser de varios tipos y se utilizan para eliminar los
componentes de C.A. no deseados.
Los reguladores son un grupo de elementos o un elemento electrónico.
PROCESO DE TRANSFORMACIÓN
CORRIENTE CONTINUA
a.
b.
DE
CORRIENTE
ALTERNA
A
Transformación
Este paso es en el que se consigue reducir la tensión de entrada a la
fuente (220v o 125v) que son los que nos otorga la red eléctrica.
Esta parte del proceso de transformación, como bien indica su nombre,
se realiza con un transformador en bobina. La salida de este proceso
generará de 5 a 12 voltios.
Rectificación
La corriente que nos ofrece la compañía eléctrica es alterna, esto
quiere decir, que sufre variaciones en su línea de tiempo, con
variaciones, nos referimos a variaciones de voltajes, por tanto, la
tensión es variable, no siempre es la misma.
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Eso lógicamente, no nos podría servir para alimentar a los
componentes de un PC, ya que imaginemos que si le estamos dando 12
voltios con corriente alterna a un disco duro, lógicamente no funcionará
ya que al ser variable, no estaríamos ofreciéndole los 12 voltios
constantes.
c.
d.
Lo que se intenta con esta fase, es pasar de corriente alterna a
corriente continua, a través de un componente que se llama puente
rectificador o de Graetz. Con esto se logra que el voltaje no baje de 0
voltios, y siempre se mantenga por encima de esta cifra.
Filtrado
Ahora ya, disponemos de corriente continua, que es lo que nos
interesaba, no obstante, aun no nos sirve de nada, porque no es
constante, y no nos serviría para alimentar a ningún circuito. Lo que se
hace en esta fase de filtrado, es aplanar al máximo la señal, para que
no hayan oscilaciones, se consigue con uno o varios condensadores,
que retienen la corriente y la dejan pasar lentamente para suavizar la
señal, así se logra el efecto deseado.
Estabilización
Ya tenemos una señal continua bastante decente, casi del todo plana,
ahora solo nos falta estabilizarla por completo, para que cuando
aumenta o descienda la señal de entrada a la fuente, no afecte a la
salida de la misma. Esto se consigue con un regulador.
7. DIAGRAMA Y FUNCIONAMIENTO DE LA FUENTE DE PODER REGULADA
0 a 12 voltios y 3 amperes)
Antes de comprender el funcionamiento de la fuente de poder comencemos
analizando el diagrama de las mismas que a continuación se presenta.
Como puede notarse, esta fuente de poder regulada posee las cuatro etapas
que debe tener como mínimo para su correcto funcionamiento, así pues, cada
uno de los puntos que se pueden examinar en el diagrama iniciemos la
descripción del funcionamiento del circuito.
Primera etapa: transformador de poder. Como puede notarse la primera
etapa de la fuente corresponde al transformador de poder.
Existen un sin fin de tipos de transformador de poder, entre ellos tenemos:
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

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Transformador elevador: nos eleva la corriente
Transformador de baja potencia
El transformador es un dispositivo que permite obtener voltajes mayores o
menores que los producidos por una fuente de energía eléctrica de corriente
alterna (C.A).
Un transformador se compone de dos enrollamientos o embobinados
eléctricamente aislados entre sí, devanados sobre el mismo núcleo de hierro o
de aire.
Una corriente alterna que circula por uno de los devanados genera en el
núcleo un campo magnético alterno, del cual la mayor parte atraviesa al otro
devanado e induce en él una fuerza electro- motriz también alterna.
La potencia eléctrica es transferida así de un devanado a otro, por medio del
flujo magnético a través del núcleo. El devanado al cual se le suministra
potencia se llama primario, y el que cede potencia se llama secundario.
En cualquier transformador, no todas las líneas de flujo están enteramente en
el hierro, porque algunas de ellas vuelven a través del aire. La parte de flujo
que atraviesa al primario y al secundario es la Llamada flujo mutuo,. la parte
que sólo atraviesa al primario es el flujo ligado al primario y la que atraviesa
sólo al secundario, se le llama flujo ligado al secundario.
En este caso, la potencia eléctrica obtenida (potencia de salida) en el
transformador será menor a la potencia de entrada o suministrada al mismo,
debido a las inevitables pérdidas por calentamiento en el primario y
secundario, mismas que se denominan perdidas del cobre, a demás, puesto
que como se muestra en el diagrama el primario es mayor al secundario, la
tensión de salida será menor a la de entrada, puesto que los requerimientos
necesitados nos dan que la medición de salida entre estos puntos será de 12
v C.A. (ver cuadro y diagrama de puntos de medición).
Segunda etapa: rectificación. La segunda etapa de nuestra fuente de
alimentación es la que queda constituida por la rectificación, en este punto, la
señal inducida al secundario, será nuevamente inducida pero ahora a una
señal directa.
Nuestra fuente que es nuestro tema de estudio, en este caso posee una
rectificación a base de 4 diodos, por lo que su rectificación será de onda
completa y esta conectado en "tipo puente".
El
funcionamiento
de
este
rectificado
es
el
siguiente:
Vemos que cuando la tensión V es positiva quedan polarizados en directa los
diodos y D2 circulando la corriente desde D1 pasando por la resistencia de
carga y cerrándose por D2, en el próximo semiciclo se cortan los diodos D1 y
D2 pero se ponen en directa los diodos D3 y D4 estableciéndose una corriente
que sale de D3 pasa por la resistencia y se cierra a través de D4 circulando
por la resistencia la corriente en una sola dirección.
Esto provocara que los semiciclos de la corriente alterna se induzcan para
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formar una onda muy similar a la de la figura de abajo, lo que provoca que
nuestra C.A. de entrada quede mas parecida a la de C.D.
Ahora bien, la corriente proporcionada no es la requerida para alimentar un
dispositivo eléctrico, puesto que aun es pulsante. Ahora bien para ello existe
la tercera etapa de la fuente la cual nos alisará mas las crestas.
Tercera Etapa: Filtro. Esta etapa, tiene como función, "suavizar" o "alisar" o
"reducir" a un mínimo la componente de rizo y elevar el valor promedio de
tensión directa. El que a continuación describiremos es el ocupado por la
fuente causa de nuestro estudio, y es a base precisamente de elementos
pasivos como es el capacitor. Nuestra fuente tiene un capacitor de 4700 mF a
16 V, el cual tendrá dicha función. Este tipo de red de filtro, es el mas
ocupado por ser el mas sencillo y económico, como nuestra fuente posee
pequeñas variaciones de carga y puede tolerarse algo de zumbido, es ideal
para el funcionamiento de filtraje.
El funcionamiento es el siguiente: Por cada ciclo de la señal rectificada, el
capacitor, se carga al valor pico, cuando la amplitud del voltaje rectificado
comienza a disminuir, el capacito empieza a descargarse.
Su eficiencia depende de la constante de tiempo, puesto que un carga de bajo
valor pide más corriente haciendo que el capacitor se descargue mas
rápidamente y el filtraje sea menor.
El capacitor es utilizado como filtraje, puesto que tiene de su lado la
característica de carga de 5 tiempos permitiéndonos que sea eficiente para
esta etapa de la fuente.
Cuarta Etapa: Regulador De Voltaje. En muchas ocasiones necesitamos una
fuente de alimentación que nos proporcione más de 1A y esto puede
convertirse en un problema que aumenta, si además queremos, por
seguridad, que esa cortocircuitable.
La solución es dopar (añadir) un transistor de potencia o los que sean
necesarios
para
que
nos
proporcione
la
corriente
deseada.
La siguiente figura nos muestra las características físicas del transistor a
ocupar, es un LM 317 K.
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La función de este transistor de potencia consiste en asumir el hecho de
soportar la alta corriente que necesitamos, veamos cómo se realiza esto. Si
aplicamos convenientemente la tensión de salida del regulador por ej. de 12V
1A a la base del transistor de potencia, está claro que éste nos proporcionará
más corriente a su salida y estará regulada por otra parte debido a que el
regulador es cortocircuitable en cierta medida, tenemos la solución deseada.
No obstante, la efectividad que nos proporciona el regulador para la función
de cortocircuito, no la podemos dar por buena a la hora de aplicarlo al
transistor de potencia, ya que es un circuito añadido y puede que no
responda con la rapidez suficiente y para evitar estos inconvenientes,
intervendremos en este apartado con un circuito añadido.
El circuito es sencillo debido a la utilización de reguladores de tensión los
cuales proporcionan al montaje alta fiabilidad, robustez y características casi
inmejorables. El ajuste de la tensión de salida se realiza mediante la
actuación sobre un potenciómetro (P1) y una resistencia (R1) para mantener
el valor mínimo. Con el fin de mejorar la respuesta a los posibles transitorios,
evitar auto oscilaciones y mejorar el filtrado, se utilizan unos condensadores
electrolíticos de baja capacidad a la entrada y salida del regulador
La tensión suministrada por el secundario del transformador T1, se rectifica
mediante el puente rectificador PR, y posteriormente se filtra mediante el
condensadores electrolíticos C1 el cual se cargarán a la tensión de pico.
Mediante el potenciómetros P1 y se puede ajustar independientemente la
salida del regulador al valor deseado, en el margen de 0 a 12V. El
condensador C2 mejoran la respuesta de los reguladores frente a los
transitorios de conmutación a la salida.
EJEMPLO DE UN DIAGRAMA DE UNA FUENTE DE PODER REGULADA
Sus elementos son: resistencias, diodos (rectificadores, led’s, etc),
capacitares, interruptor, circuitos integrados, transistores, bases, fusible,
transformador, placa impresa entre otros.
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COMPONENTES ELECTRÓNICOS QUE SE EMPLEAN EN UNA FUENTE.
1. RESISTENCIA
2. FUSIBLES
3. TERMISTOR
4. CONDENSADORES
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5. BOBINAS
6. DIODOS
7. TRANSISTORES
8. INTEGRADOS
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9. TRANSFORMADORES
ALGUNOS TEMAS DE IMPORTANCIA ADJUNTOS
1. Tolerancia de las fuentes de poder
Las fuentes de poder poseen variaciones dependiendo de la capacidad de la
fuente pero la tolerancia es el 5% del voltaje dado teóricamente. Un
ejemplo:
Que nos den el voltaje de +5 v entonces el 5%=0.25
Por lo tanto la tolerancia seria de 0.25v
Entonces su rango tolerancia seria de 5v  0.25v = 5.25 v o 4.75 v
2. ¿Qué problemas puede surgir con fuente defectuosa?
Uno de los problemas que pueden surgir es dañar en forma inmediata la placa
madre, el disco duro, disquetera, lectora ya que están se encuentran
directamente conectadas.
A su vez la placa madre puede dañar el microprocesador, memoria ya que
están son lo mas sensibles.
La fuente de poder se puede dañar especialmente cuando el Cooler o
ventilador se encuentre malogrado lo cual ocasionará un recalentamiento de
sus componentes y a su vez se dañaran
También puede hacer que la computadora se reinicie cada cierto tiempo en
forma automática esto se produciría por la falta de energía.
También puede colapsarse por el tiempo de vida de la fuente ya que si posee
buen tiempo ya funcionando es muy probable que se tenga que cambiar de
fuente, puesto a que sus componentes se van deteriorando (condensadores)
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PRACTICA
I.
OBJETIVOS




II.
Reconocer los tipos de fuente de poder AT y ATX.
Medir las entradas y salidas de tensión en las fuentes de poder AT y
ATX.
Diferenciar los tipos de fuentes AT y ATX.
Relacionar las fuentes AT y ATX con sus respectivas placas madre.
MATERIAL Y EQUIPO

Fuente de poder AT

Fuente de poder ATX

Multimetro
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
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Puente
 Placa Madre.
III.
PROCEDIMIENTO
PARA LAS MEDICIONES DE:

CORRIENTE
ALTERNA
1. Insertar un extremo del cable negro al multitester en la parte
rotulada como COM.
2. Insertar una parte del cable rojo al multitester en la parte rotulada
como VΩmA.
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3. Mover el selector del multitester a ACV seleccionando el rango
máximo de voltaje a medir.
4. Colocar las puntas roja y negra a la línea de la corriente de la
pared (uno para cada orificio). Observar los resultados en display

CORRIENTE CONTINUA
1. Seguir los pasos (1 y 2) de la medición para la corriente alterna.
2. Mover el selector del multitester a DCV seleccionando el rango
máximo de voltaje a medir.
3. Colocar la punta del cable negro a un orificio del cable negro que
sale de la fuente.
4. Colocar la punta del cable rojo al orificio de la corriente que se
espera medir (ejemplo un cable amarillo) de la fuente de poder.
Observar los resultados en el display.
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IV.
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RESULTADOS.
1. Llenar los cuadros con los valores según la etiqueta que se encuentra
en la fuente de poder.
FUENTE
AT
DESCRIPCION
FUENTE
ATX
Voltaje de entrada
Voltaje de salida
Potencia de consumo
N° de conectores para HDD y lectora
N° de conectores para FDD
N° de conectores que se utilizan para
alimentar a la mainboard
2.
Dibujar un esquema (diagrama de bloques) donde identifique el
conector eléctrico de la placa madre y su correspondiente fuente de
poder.
3.
Realizar medidas de la corriente de salida de la fuente de poder con la
ayuda del Multímetro digital tanto para una fuente con carga así como
sin carga. Anotar los resultados en una tabla.
4.
Anotar algunos desperfectos que se puedan presentar en la fuente de
poder. Explica la causa que lo origine.
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CUESTIONARIO
1.
Defina voltaje de corriente alterna y voltaje de corriente continua.
2.
Defina polaridad positiva y negativa y en qué tipo de corriente existe
3.
¿Cuál es la diferencia entre un interruptor y un pulsador?
4.
¿Cuál es la función de un interruptor que se encuentre en la parte posterior
de la fuente de poder ATX?
Selector
5.
¿Qué pasaría si una fuente de poder ATX utilizaría un interruptor?.
6.
¿Cuántos métodos existen para poner en funcionamiento una fuente de
poder?
7.
¿Cómo apagaría una fuente de poder que esta funcionando perfectamente?
8.
¿Cuál o cuales son las diferencias de las fuentes de poder AT y ATX?
9.
¿Qué se debe hacer para probar una fuente de poder ATX sin conectarla a
una computadora?
10. ¿A qué se debe la diferencia de lecturas cuando se mide una fuente con
carga frente a otra sin carga?
BIBLIOGRAFIA
1. Ensamble su PC Pentium II, III y IV. Ediciones Publisystem Junio 2002 - Lima.
2. Microsoft Encarta 2006 – Biblioteca de consulta 2006
3. Paginas Web encontradas:

www.monografias.com

www.google.com
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ANEXOS
FUENTES AT
P8
NOMBRE
COLOR
COMENTARIOS
1
PG
Naranja
Alimentación correcta (C. Estabilizada)
2
+5VCC
Rojo
3
+12VCC
Amarillo
4
-12VCC
Azul
5
COM
Negro
Masa
6
COM
Negro
Masa
1
COM
Negro
Masa
2
COM
Negro
Masa
3
- 5VCC
Blanco o Amarillo
4
+5VCC
Rojo
5
+5VCC
Rojo
6
+5VCC
Rojo
P9
FUENTES ATX
PIN
SEÑAL
COLOR
COMENTARIO
1
+3.3VCC
Naranja
2
+3.3VCC
Naranja
3
COM
Negro
4
+5VCC
Rojo
5
COM
Negro
6
+5VCC
Rojo
7
COM
Negro
8
PWR_OK
Gris
Tensiones estables
9
+5VSB
Plateado
Tensión de mantenimiento
10
+12VSB
Amarillo
11
+3.3VCC
Naranja
12
-12VCC
Azul
13
COM
Negro
Masa
14
PS_ON
Verde
Señal de apagado encendido
15
COM
Negro
Masa
16
COM
Negro
Masa
17
COM
Negro
Masa
18
-5VCC
Blanco
19
+5VCC
Rojo
20
+5VCC
Rojo
Masa
Masa
Marrón
TOLERANCIA DE VOLTAJE
Voltaje
Deseado
Tolerancia baja
Tolerancia Estricta
Tolerancia
Alta
Min
(-10%)
Max
(+8%)
Min
(-5%)
+- 5 v
4.5 V
5.4 V
4.75 V
5.25 V
+- 12 V
10.8 V
12.9 V
11.4 V
12.6 V
Max
(+5%)