Continuaremos nossa introdução aos fundamentos da teoria elétrica de áudio automotivo falando sobre ligação de cargas em série e paralelo. Entender as características de cada opção de ligação e como ela se relaciona com entrega de potência e consumo de corrente é crucial na escolha dos alto-falantes certos para seu sistema de som. Todos os revendedores respeitáveis de aprimoramento móvel conhecem os fundamentos de ligação em série e paralelo de cor e podem ajudar você a obter a combinação certa de alto-falantes ou subwoofers para garantir desempenho ótimo do seu sistema de som.
Neste ponto, você deve estar familiarizado com o conceito básico de ligar uma carga a uma fonte de energia. Em nossos carros, isso pode ser algo tão simples como plugar um carregador de telefone USB no console central ou ter seu instalador integrar um amplificador no sistema elétrico do seu veículo.
O mais básico dos circuitos elétricos tem uma única fonte de energia e uma única carga. Os dois dispositivos são conectados juntos com o terminal positivo da fonte conectado ao terminal positivo da carga e o mesmo para os terminais negativos. A corrente flui da fonte de energia, através da carga e de volta ao terminal oposto da fonte.
Qualquer dispositivo que ligamos ao sistema elétrico em nossos carros e caminhões é considerado ligado em paralelo com outras cargas. As conexões positivas todas vão para a mesma fonte de eletricidade, e as conexões de terra são todas efetivamente conectadas ao mesmo terminal da bateria.
A primeira e mais importante característica de cargas ligadas em paralelo é que a tensão através de todas aquelas cargas é igual.
Saber isso torna fácil calcular a corrente através de cada carga usando a equação I = V ÷ R. Também podemos calcular a potência dissipada por cada carga usando a equação P = V² ÷ R.
No diagrama acima, vemos duas cargas conectadas a uma fonte de energia comum de 12 volts. A Carga 1 tem resistência de 20 ohms e a Carga 2 tem resistência de 15 ohms. Usando as equações acima, podemos calcular que 0,6 amp de corrente flui através da carga de 20 ohms e 0,8 amp flui através do ramo de 15 ohms. Da mesma forma, o ramo de 20 ohms dissipa 7,2 watts de energia e o ramo de 15 ohms dissipa 9,6 watts.
A fonte de energia precisa fornecer um total de 1,4 amps de corrente para o circuito.
Uma parte importante de entender cargas em paralelo e como elas afetam a potência retirada da fonte é um entendimento requerido de como calcular a resistência líquida de múltiplas cargas em paralelo.
A fórmula para calcular a resistência total de múltiplas cargas ligadas em paralelo é 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 e assim por diante, até que você tenha incluído todas as cargas.
Para nossas cargas de 15 e 20 ohms no exemplo, a matemática seria: 1/Rt = 1/20 + 1/15, ou 1/Rt = 0,05 + 0,06667. Isso resulta em 1/Rt = 0,11667 o que resulta em 8,571 ohms.
Existem alguns atalhos que você pode tomar para calcular resistência quando múltiplas cargas do mesmo valor são usadas. Olhe o seguinte circuito:
Neste circuito, todas as quatro cargas são 8 ohms. Podemos fazer a matemática e ver que a resistência líquida é 2 ohms. Onde todas as cargas no circuito são as mesmas, podemos simplesmente dividir a resistência de cada uma pelo número de cargas.
Então, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 = 8 ÷ 4 = 2
Por favor, lembre-se, isso só funciona quando todas as resistências de carga são idênticas.
A segunda opção em termos de ligar cargas juntas é ligá-las em série. O esquemático abaixo mostra duas cargas ligadas em série com uma fonte de tensão.
Em um circuito em série, a corrente através de todas as cargas é a mesma. A queda de tensão através das cargas depende da corrente total fluindo no circuito no valor da resistência de carga individual.
Outra característica de circuitos em série que os torna muito fáceis de trabalhar é que a resistência total do circuito é igual à soma de todas as cargas. A equação é Rt = R1 + R2 + R3 e assim por diante até que todas as cargas sejam consideradas. Para nosso exemplo com resistores de 15 e 20 ohms, a resistência total em um circuito em série seria 35 ohms. A corrente através do circuito é calculada usando a equação I = V ÷ R, que seria 12 ÷ 35, ou 0,343 amp para este circuito.
Para calcular a tensão através de cada carga, podemos multiplicar a corrente vezes a resistência para cada valor da equação V = I x R. A tensão através de R1 é 6,857 volts e a tensão através de R2 é 5,143 volts. Não coincidentemente, a soma destas duas tensões é igual à nossa tensão de alimentação de 12 V.
Em aplicações automotivas, o problema com ligar cargas em série é que a potência total fornecida ao circuito depende da resistência de cada componente no circuito. Isso torna a previsão de resultados para cargas dinâmicas muito difícil. Onde ocasionalmente ligamos cargas em série é quando conectamos subwoofers a um amplificador ou na rara ocasião em que estamos usando componentes de crossover passivos com um alto-falante.
Vamos usar o exemplo de um amplificador projetado para produzir sua potência nominal em uma carga de 4 ohms. Se quisermos conectar um único subwoofer ao amp, ele deve ter uma impedância nominal de 4 ohms. Dependendo da marca de subwoofer que você está olhando, você pode ter um sub de bobina única de 4 ohms disponível, uma configuração dual de 2 ohms ou dual de 8 ohms.
Se você escolher um woofer dual de 2 ohms, as bobinas de voz precisarão ser ligadas em série antes que as conexões positiva e negativa sejam anexadas ao amplificador. Se você usar o sub dual de 8 ohms, as bobinas precisam ser ligadas em paralelo.
E se quisermos ligar múltiplos subwoofers a um único canal de amplificador? Neste caso, a impedância líquida ainda precisa ser 4 ohms. Você pode usar um par de subs de bobina única de 2 ohms ou um par de subs dual de 4 ohms. O par de subs de 2 ohms seria ligado em série e depois no amp. Os subs dual de 4 ohms teriam suas bobinas de voz individuais ligadas em série, então os dois subwoofers seriam ligados em paralelo ao amplificador.
Você notará que mudamos a fonte de energia neste diagrama para uma fonte CA. Você pode pensar nisso como seu amplificador. Não queríamos ninguém nos chamando por sugerir que você conecte seus subwoofers à sua bateria.
Você pode continuar ligando múltiplos subwoofers em cargas simultâneas de série e paralelo até acabar o espaço no porta-malas, desde que os resultados líquidos mantenham o amp feliz com uma carga de 4 ohms.
Entender os fundamentos de ligação em série e paralelo é instrumental para garantir que você obtenha a combinação certa de subwoofer para seu amplificador, ou o amplificador certo para sua escolha de subwoofers. Seu revendedor especialista em eletrônica móvel local pode ajudar a garantir que você obtenha a solução certa para sua aplicação e instalá-la para que soe ótimo. No próximo artigo de teoria elétrica de áudio automotivo, introduziremos o conceito de corrente alternada.
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