Continuaremos nossa introdução aos fundamentos da teoria elétrica de áudio automotivo falando sobre cargas de fiação em série e em paralelo. Compreender as características de cada opção de fiação e como ela se relaciona com o fornecimento de energia e o consumo de corrente é crucial para escolher os alto-falantes certos para o seu sistema de som. Todos os revendedores de acessórios móveis respeitáveis conhecem de cor o básico da fiação em série e paralela e podem ajudá-lo a obter a combinação certa de alto-falantes ou subwoofers para garantir o desempenho ideal do seu sistema de som.
Revisão do circuito elétrico
Neste ponto, você deve estar familiarizado com o conceito básico de conectar uma carga a uma fonte de alimentação. Em nossos carros, isso pode ser algo tão simples quanto conectar um carregador de telefone USB ao console central ou fazer com que seu instalador integre 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 juntamente com o terminal positivo da fonte conectado ao terminal positivo da carga e da mesma forma para os terminais negativos. A corrente flui da fonte de alimentação, através da carga e de volta ao terminal oposto da fonte.
Fiação de cargas em paralelo
Qualquer dispositivo que conectamos ao sistema elétrico em nossos carros e caminhões é considerado conectado em paralelo com outras cargas. As conexões positivas vão todas para a mesma fonte de eletricidade e as conexões de aterramento são todas efetivamente conectadas ao mesmo terminal da bateria.
A primeira e mais importante característica das cargas conectadas em paralelo é que a tensão em todas essas cargas é igual.
Sabendo disso, fica 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 =V^2 ÷ R.
No diagrama acima, vemos duas cargas conectadas a uma fonte de alimentação comum de 12 volts. A carga 1 tem uma resistência de 20 ohms e a carga 2 tem uma 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 alimentação precisa fornecer um total de 1,4 amperes de corrente ao circuito.
Cálculo da resistência de cargas em paralelo
Uma parte importante da compreensão das cargas paralelas e como elas afetam a energia extraída da fonte é a compreensão necessária de como calcular a resistência líquida de várias cargas em paralelo.
A fórmula para calcular a resistência total de múltiplas cargas conectadas em paralelo é 1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 e assim por diante, até incluir 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 funciona para 1/Rt =0,11667, que funciona para 8,571 ohms.
Existem alguns atalhos que você pode usar para calcular a resistência quando várias cargas do mesmo valor são usadas. Observe o circuito a seguir:
Neste circuito, todas as quatro cargas são de 8 ohms. Podemos fazer as contas e ver que a resistência líquida é de 2 ohms. Onde todas as cargas no circuito são iguais, podemos simplesmente dividir a resistência de cada uma pelo número de cargas.
Então, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 =8 ÷ 4 =2
Lembre-se de que isso só funciona quando todas as resistências de carga são idênticas.
Cargas de fiação em série
A segunda opção em termos de conectar cargas juntas é conectá-las em série. O esquema abaixo mostra duas cargas conectadas 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 nas cargas depende da corrente total que flui no circuito no valor da resistência de carga individual.
Outra característica dos 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 sucessivamente até que todas as cargas sejam consideradas. Para o nosso exemplo com os resistores de 15 e 20 ohms, a resistência total em um circuito em série seria de 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 em cada carga, podemos multiplicar a corrente pela resistência para cada valor da equação V =I x R. A tensão em R1 é 6,857 volts e a tensão em R2 é 5,143 volts. Não por coincidência, a soma dessas duas tensões é igual à nossa tensão de alimentação de 12 V.
Em aplicações automotivas, o problema com a fiação de cargas em série é que a potência total fornecida ao circuito depende da resistência de cada componente do circuito. Isso torna muito difícil prever resultados para cargas dinâmicas. Onde ocasionalmente conectamos cargas em série é quando conectamos subwoofers a um amplificador ou nas raras ocasiões em que estamos usando componentes de crossover passivos com um alto-falante.
Fiação paralela em série para subwoofers
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 amplificador, ele deve ter uma impedância nominal de 4 ohms. Dependendo da marca do subwoofer que você está olhando, você pode ter um subwoofer de bobina de voz única de 4 ohms disponível, uma configuração dupla de 2 ohms ou uma configuração dupla de 8 ohms.
Se você escolher um woofer duplo de 2 ohms, as bobinas de voz precisarão ser conectadas em série antes que as conexões positivas e negativas sejam conectadas ao amplificador. Se você usar o sub duplo de 8 ohms, as bobinas precisam ser conectadas em paralelo.
E se quisermos conectar vários subwoofers a um único canal de amplificador? Nesse caso, a impedância da rede ainda precisa ser de 4 ohms. Você pode usar um par de subs de bobina única de 2 ohms ou um par de subs duplos de 4 ohms. O par de subs de 2 ohms seria conectado em série e depois no amplificador. Os subs duplos de 4 ohms teriam suas bobinas de voz individuais conectadas em série, então os dois subwoofers seriam conectados em paralelo ao amplificador.
Você notará que trocamos a fonte de alimentação neste diagrama para uma fonte CA. Você pode pensar nisso como seu amplificador. Não queríamos que ninguém nos denunciasse por sugerir que você conectasse seus subwoofers à sua bateria.
Você pode continuar conectando vários subwoofers em séries simultâneas e cargas paralelas até ficar sem espaço no tronco, desde que os resultados líquidos mantenham o amplificador satisfeito com uma carga de 4 ohms.
Escolha os subwoofers certos para seu amplificador
Compreender os fundamentos da fiação em série e paralela é fundamental para garantir que você obtenha a combinação certa de subwoofer para seu amplificador ou o amplificador certo para sua escolha de subwoofers. Seu revendedor local especializado em eletrônicos móveis pode ajudar a garantir que você obtenha a solução certa para seu aplicativo e instalá-lo para que soe bem. No próximo artigo de teoria elétrica de áudio automotivo, apresentaremos o conceito de corrente alternada.
