Teoría eléctrica del sistema de audio para automóviles:cableado de cargas en serie y en paralelo

Continuaremos con nuestra introducción a los conceptos básicos de la teoría eléctrica del audio del automóvil hablando sobre el cableado de cargas en serie y en paralelo. Comprender las características de cada opción de cableado y cómo se relaciona con la entrega de energía y el consumo de corriente es crucial para elegir los altavoces adecuados para su sistema de sonido. Todos los minoristas acreditados de accesorios móviles conocen de memoria los conceptos básicos del cableado en serie y en paralelo y pueden ayudarlo a obtener la combinación adecuada de altavoces o subwoofers para garantizar un rendimiento óptimo de su sistema de sonido.

Revisión del circuito eléctrico

En este punto, debe estar familiarizado con el concepto básico de cableado de una carga a una fuente de alimentación. En nuestros automóviles, esto podría ser algo tan simple como enchufar un cargador de teléfono USB en la consola central o hacer que su instalador integre un amplificador en el sistema eléctrico de su vehículo.

El más básico de los circuitos eléctricos tiene una sola fuente de alimentación y una sola carga. Los dos dispositivos están conectados entre sí con el terminal positivo de la fuente conectado al terminal positivo de la carga y de igual manera para los terminales negativos. La corriente fluye desde la fuente de alimentación, a través de la carga y de vuelta al terminal opuesto de la fuente.

Cargas de Cableado en Paralelo

Cualquier dispositivo que conectemos al sistema eléctrico de nuestros automóviles y camiones se considera conectado en paralelo con otras cargas. Todas las conexiones positivas van a la misma fuente de electricidad, y las conexiones a tierra están todas conectadas efectivamente a la misma terminal de la batería.

La primera y más importante característica de las cargas conectadas en paralelo es que el voltaje en todas esas cargas es igual.

Saber esto facilita el cálculo de la corriente a través de cada carga usando la ecuación I =V ÷ R. También podemos calcular la potencia disipada por cada carga usando la ecuación P =V^2 ÷ R.

En el diagrama anterior, vemos dos cargas conectadas a una fuente de alimentación común de 12 voltios. La carga 1 tiene una resistencia de 20 ohmios y la carga 2 tiene una resistencia de 15 ohmios. Usando las ecuaciones anteriores, podemos calcular que 0,6 amperios de corriente fluyen a través de la carga de 20 ohmios y 0,8 amperios fluyen a través de la rama de 15 ohmios. Asimismo, la rama de 20 ohmios disipa 7,2 vatios de energía y la rama de 15 ohmios disipa 9,6 vatios.

La fuente de alimentación debe proporcionar un total de 1,4 amperios de corriente al circuito.

Cálculo de la resistencia de cargas en paralelo

Una parte importante de la comprensión de las cargas paralelas y cómo afectan la potencia extraída del suministro es la comprensión necesaria de cómo calcular la resistencia neta de múltiples cargas en paralelo.

La fórmula para calcular la resistencia total de varias cargas conectadas en paralelo es 1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 y así sucesivamente, hasta que haya incluido todas las cargas.

Para nuestras cargas de 15 y 20 ohmios en el ejemplo, las matemáticas serían:1/Rt =1/20 + 1/15, o 1/Rt =0,05 + 0,06667. Esto da como resultado 1/Rt =0,11667, lo que da como resultado 8,571 ohmios.

Hay algunos atajos que puede tomar para calcular la resistencia cuando se usan varias cargas del mismo valor. Mira el siguiente circuito:

En este circuito, las cuatro cargas son de 8 ohmios. Podemos hacer los cálculos y ver que la resistencia neta es de 2 ohmios. Donde todas las cargas en el circuito son iguales, simplemente podemos dividir la resistencia de cada una por el número de cargas.

Entonces, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 =8 ÷ 4 =2

Recuerde, esto solo funciona cuando todas las resistencias de carga son idénticas.

Cargas de Cableado en Serie

La segunda opción en términos de cablear cargas juntas es cablearlas en serie. El siguiente esquema muestra dos cargas conectadas en serie con una fuente de voltaje.

En un circuito en serie, la corriente a través de todas las cargas es la misma. La caída de voltaje a través de las cargas depende de la corriente total que fluye en el circuito al valor de la resistencia de carga individual.

Otra característica de los circuitos en serie que los hace muy fáciles de trabajar es que la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las cargas. La ecuación es Rt =R1 + R2 + R3 y así sucesivamente hasta considerar todas las cargas. Para nuestro ejemplo con las resistencias de 15 y 20 ohmios, la resistencia total en un circuito en serie sería de 35 ohmios. La corriente a través del circuito se calcula utilizando la ecuación I =V ÷ R, que sería 12 ÷ 35, o 0,343 amperios para este circuito.

Para calcular el voltaje en cada carga, podemos multiplicar la corriente por la resistencia para cada valor de la ecuación V =I x R. El voltaje en R1 es de 6,857 voltios y el voltaje en R2 es de 5,143 voltios. No es coincidencia que la suma de estos dos voltajes sea igual a nuestro voltaje de suministro de 12 V.

En aplicaciones automotrices, el problema con el cableado de cargas en serie es que la potencia total suministrada al circuito depende de la resistencia de cada componente en el circuito. Esto hace que la predicción de resultados para cargas dinámicas sea muy difícil. Donde ocasionalmente conectamos cargas en serie es cuando conectamos subwoofers a un amplificador o en raras ocasiones cuando usamos componentes de cruce pasivos con un altavoz.

Cableado Serie-Paralelo para Subwoofers

Usemos el ejemplo de un amplificador diseñado para producir su potencia nominal en una carga de 4 ohmios. Si queremos conectar un solo subwoofer al amplificador, este debe tener una impedancia nominal de 4 ohmios. Dependiendo de la marca de subwoofer que esté buscando, es posible que tenga disponible un subwoofer de 4 ohmios con una sola bobina móvil, una configuración dual de 2 ohmios o una configuración dual de 8 ohmios.

Si elige un woofer dual de 2 ohmios, las bobinas de voz deberán conectarse en serie antes de conectar las conexiones positiva y negativa al amplificador. Si usa el subwoofer doble de 8 ohmios, las bobinas deben conectarse en paralelo.

¿Qué pasa si queremos conectar múltiples subwoofers a un solo canal de amplificador? En este caso, la impedancia neta aún debe ser de 4 ohmios. Puede usar un par de subwoofers de 2 ohmios de una sola bobina de voz o un par de subwoofers duales de 4 ohmios. El par de subwoofers de 2 ohmios se conectaría en serie y luego al amplificador. Los subwoofers duales de 4 ohmios tendrían sus bobinas de voz individuales conectadas en serie, luego los dos subwoofers se conectarían en paralelo al amplificador.

Notará que cambiamos la fuente de alimentación en este diagrama a una fuente de CA. Puedes pensar en eso como tu amplificador. No queríamos que nadie nos llamara por sugerir que conectara sus subwoofers a su batería.

Puede continuar conectando múltiples subwoofers en series simultáneas y cargas paralelas hasta que se quede sin espacio en el maletero, siempre que los resultados netos mantengan el amplificador satisfecho con una carga de 4 ohmios.

Elija los subwoofers adecuados para su amplificador

Comprender los conceptos básicos del cableado en serie y paralelo es fundamental para garantizar que obtenga la combinación correcta de subwoofer para su amplificador, o el amplificador adecuado para su elección de subwoofers. Su minorista local especializado en electrónica móvil puede ayudarlo a asegurarse de obtener la solución adecuada para su aplicación e instalarla para que suene excelente. En el próximo artículo de teoría eléctrica de car audio, presentaremos el concepto de corriente alterna.