Teoria elettrica dell'autoradio:carichi di cablaggio in serie e in parallelo

Continueremo la nostra introduzione alle basi della teoria elettrica dell'autoradio parlando dei carichi di cablaggio in serie e in parallelo. Comprendere le caratteristiche di ciascuna opzione di cablaggio e come si collega all'erogazione di potenza e al consumo di corrente è fondamentale nella scelta degli altoparlanti giusti per il proprio sistema audio. Tutti i rinomati rivenditori di accessori per dispositivi mobili conoscono a memoria le basi del cablaggio in serie e parallelo e possono aiutarti a ottenere la giusta combinazione di altoparlanti o subwoofer per garantire prestazioni ottimali dal tuo sistema audio.

Revisione del circuito elettrico

A questo punto, dovresti avere familiarità con il concetto di base del cablaggio di un carico a una fonte di alimentazione. Nelle nostre auto, questo potrebbe essere qualcosa di semplice come collegare un caricabatterie USB per telefono alla console centrale o chiedere al tuo installatore di integrare un amplificatore nell'impianto elettrico del tuo veicolo.

Il più semplice dei circuiti elettrici ha un'unica fonte di alimentazione e un singolo carico. I due dispositivi sono collegati tra loro con il polo positivo della sorgente collegato al polo positivo del carico e analogamente per i terminali negativi. La corrente scorre dalla fonte di alimentazione, attraverso il carico e torna al terminale opposto della fonte.

Cablaggio di carichi in parallelo

Qualsiasi dispositivo che colleghiamo all'impianto elettrico delle nostre auto e camion è considerato cablato in parallelo con altri carichi. Le connessioni positive vanno tutte alla stessa fonte di elettricità e le connessioni di terra sono tutte effettivamente collegate allo stesso terminale della batteria.

La prima e più importante caratteristica dei carichi collegati in parallelo è che la tensione su tutti questi carichi è uguale.

Sapendo questo rende facile calcolare la corrente attraverso ogni carico usando l'equazione I =V ÷ R. Possiamo anche calcolare la potenza dissipata da ciascun carico usando l'equazione P =V^2 ÷ R.

Nel diagramma sopra, vediamo due carichi collegati a una comune fonte di alimentazione a 12 volt. Il carico 1 ha una resistenza di 20 ohm e il carico 2 ha una resistenza di 15 ohm. Usando le equazioni sopra, possiamo calcolare che 0,6 amp di corrente fluiscono attraverso il carico di 20 ohm e 0,8 amp attraversano il ramo di 15 ohm. Allo stesso modo, il ramo da 20 ohm dissipa 7,2 watt di energia e il ramo da 15 ohm dissipa 9,6 watt.

La fonte di alimentazione deve fornire un totale di 1,4 ampere di corrente al circuito.

Calcolo della resistenza dei carichi in parallelo

Una parte importante della comprensione dei carichi paralleli e del modo in cui influiscono sulla potenza assorbita dall'alimentazione è la comprensione necessaria di come calcolare la resistenza netta di più carichi in parallelo.

La formula per calcolare la resistenza totale di più carichi cablati in parallelo è 1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 e così via, fino ad aver incluso tutti i carichi.

Per i nostri carichi da 15 e 20 ohm nell'esempio, la matematica sarebbe:1/Rt =1/20 + 1/15, o 1/Rt =0,05 + 0,06667. Questo funziona a 1/Rt =0,11667 che funziona a 8,571 ohm.

Ci sono alcune scorciatoie che puoi utilizzare per calcolare la resistenza quando vengono utilizzati più carichi dello stesso valore. Guarda il seguente circuito:

In questo circuito, tutti e quattro i carichi sono 8 ohm. Possiamo fare i conti e vedere che la resistenza netta è di 2 ohm. Dove tutti i carichi nel circuito sono gli stessi, possiamo semplicemente dividere la resistenza di ciascuno per il numero di carichi.

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

Ricorda che funziona solo quando tutte le resistenze di carico sono identiche.

Cablaggio di carichi in serie

La seconda opzione in termini di cablaggio dei carichi insieme è quella di cablarli in serie. Lo schema seguente mostra due carichi collegati in serie con una sorgente di tensione.

In un circuito in serie, la corrente attraverso tutti i carichi è la stessa. La caduta di tensione ai capi dei carichi dipende dalla corrente totale che scorre nel circuito al valore della singola resistenza di carico.

Un'altra caratteristica dei circuiti in serie che li rende molto facili da lavorare è che la resistenza totale del circuito è uguale alla somma di tutti i carichi. L'equazione è Rt =R1 + R2 + R3 e così via fino a considerare tutti i carichi. Per il nostro esempio con i resistori da 15 e 20 ohm, la resistenza totale in un circuito in serie sarebbe di 35 ohm. La corrente attraverso il circuito viene calcolata utilizzando l'equazione I =V ÷ R, che sarebbe 12 ÷ 35 o 0,343 amp per questo circuito.

Per calcolare la tensione su ciascun carico, possiamo moltiplicare la corrente per la resistenza per ciascun valore dall'equazione V =I x R. La tensione su R1 è 6,857 volt e la tensione su R2 è 5,143 volt. Non a caso, la somma di queste due tensioni è uguale alla nostra tensione di alimentazione di 12 V.

Nelle applicazioni automobilistiche, il problema con il cablaggio dei carichi in serie è che la potenza totale fornita al circuito dipende dalla resistenza di ciascun componente del circuito. Ciò rende molto difficile prevedere i risultati per i carichi dinamici. Il punto in cui occasionalmente cabliamo i carichi in serie è quando colleghiamo i subwoofer a un amplificatore o nelle rare occasioni in cui utilizziamo componenti crossover passivi con un altoparlante.

Cablaggio in serie-parallelo per subwoofer

Utilizziamo l'esempio di un amplificatore progettato per produrre la sua potenza nominale in un carico di 4 ohm. Se vogliamo collegare un singolo subwoofer all'amplificatore, dovrebbe avere un'impedenza nominale di 4 ohm. A seconda della marca del subwoofer che stai guardando, potresti avere un subwoofer a bobina singola da 4 ohm disponibile, una configurazione doppia da 2 ohm o una doppia da 8 ohm.

Se scegli un doppio woofer da 2 ohm, le bobine vocali dovranno essere cablate in serie prima che le connessioni positive e negative siano collegate all'amplificatore. Se utilizzi il doppio sub da 8 ohm, le bobine devono essere cablate in parallelo.

E se volessimo collegare più subwoofer a un singolo canale dell'amplificatore? In questo caso, l'impedenza di rete deve essere ancora 4 ohm. È possibile utilizzare una coppia di subwoofer a bobina singola da 2 ohm o una coppia di subwoofer doppi da 4 ohm. La coppia di subwoofer da 2 ohm verrebbe collegata in serie e quindi all'amplificatore. I due subwoofer da 4 ohm avrebbero le loro bobine vocali individuali cablate in serie, quindi i due subwoofer sarebbero cablati in parallelo all'amplificatore.

Noterai che abbiamo commutato la fonte di alimentazione in questo diagramma su una fonte CA. Puoi pensarlo come il tuo amplificatore. Non volevamo che nessuno ci chiamasse per suggerirci di collegare i subwoofer alla batteria.

Puoi continuare a cablare più subwoofer in serie simultanea e carichi paralleli finché non esaurisci lo spazio nel bagagliaio, purché i risultati netti mantenga l'amplificatore soddisfatto con un carico di 4 ohm.

Scegli i subwoofer giusti per il tuo amplificatore

Comprendere le basi del cablaggio in serie e parallelo è fondamentale per garantire la giusta combinazione di subwoofer per il tuo amplificatore o l'amplificatore giusto per la tua scelta di subwoofer. Il tuo rivenditore specializzato in elettronica mobile locale può aiutarti a ottenere la soluzione giusta per la tua applicazione e installarla in modo che suoni alla grande. Nel prossimo articolo di teoria elettrica dell'autoradio, introdurremo il concetto di corrente alternata.