Электротеория автомобильной аудиосистемы — последовательное и параллельное подключение нагрузок

Мы продолжим знакомство с основами электрической теории автомобильной аудиосистемы, рассказав о последовательном и параллельном подключении нагрузок. Понимание характеристик каждого варианта проводки и того, как он влияет на подачу питания и потребляемый ток, имеет решающее значение при выборе правильных динамиков для вашей звуковой системы. Все авторитетные продавцы аксессуаров для мобильных устройств знают наизусть основы последовательного и параллельного подключения и могут помочь вам выбрать правильную комбинацию динамиков или сабвуферов, чтобы обеспечить оптимальную производительность вашей звуковой системы.

Обзор электрической цепи

К этому моменту вы должны быть знакомы с основной концепцией подключения нагрузки к источнику питания. В наших автомобилях это может быть что-то такое же простое, как подключение зарядного устройства USB для телефона к центральной консоли или установка усилителя в электрическую систему вашего автомобиля.

Самая основная из электрических цепей имеет один источник питания и одну нагрузку. Два устройства соединены вместе с положительной клеммой источника, подключенной к положительной клемме нагрузки, а также к отрицательным клеммам. Ток течет от источника питания, через нагрузку и обратно к противоположной клемме источника.

Параллельное подключение нагрузки

Любое устройство, которое мы подключаем к электрической системе наших легковых и грузовых автомобилей, считается подключенным параллельно с другими нагрузками. Все положительные соединения идут к одному и тому же источнику электричества, а все соединения заземления фактически подключены к одной и той же клемме аккумулятора.

Первая и наиболее важная характеристика параллельно соединенных нагрузок заключается в том, что напряжение на всех этих нагрузках одинаково.

Зная это, можно легко рассчитать ток через каждую нагрузку, используя уравнение I =V ÷ R. Мы также можем рассчитать мощность, рассеиваемую каждой нагрузкой, используя уравнение P =V^2 ÷ R.

На схеме выше мы видим две нагрузки, подключенные к общему 12-вольтовому источнику питания. Нагрузка 1 имеет сопротивление 20 Ом, а нагрузка 2 имеет сопротивление 15 Ом. Используя приведенные выше уравнения, мы можем рассчитать, что ток 0,6 А протекает через нагрузку 20 Ом, а ток 0,8 А проходит через ветвь 15 Ом. Аналогично, ответвление на 20 Ом рассеивает 7,2 Вт энергии, а ответвление на 15 Ом рассеивает 9,6 Вт.

Источник питания должен обеспечивать общий ток 1,4 А в цепи.

Расчет сопротивления параллельных нагрузок

Важной частью понимания параллельных нагрузок и того, как они влияют на мощность, потребляемую от источника, является необходимое понимание того, как рассчитать чистое сопротивление нескольких параллельных нагрузок.

Формула для расчета общего сопротивления нескольких подключенных параллельно нагрузок:1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 и так далее, пока не будут включены все нагрузки.

Для наших 15- и 20-омных нагрузок в примере математика будет следующей:1/Rt =1/20 + 1/15 или 1/Rt =0,05 + 0,06667. Получается 1/Rt =0,11667, что соответствует 8,571 Ом.

Есть несколько способов, которые вы можете использовать для расчета сопротивления при использовании нескольких нагрузок с одинаковым значением. Посмотрите на следующую схему:

В этой схеме все четыре нагрузки имеют сопротивление 8 Ом. Мы можем сделать математику и увидеть, что чистое сопротивление составляет 2 Ом. Если все нагрузки в цепи одинаковы, мы можем просто разделить сопротивление каждой на количество нагрузок.

Итак, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 =8 ÷ 4 =2

Помните, что это работает только тогда, когда все сопротивления нагрузки одинаковы.

Последовательное подключение нагрузок

Второй вариант с точки зрения соединения нагрузок вместе — это их последовательное соединение. На схеме ниже показаны две нагрузки, соединенные последовательно с источником напряжения.

В последовательной цепи ток через все нагрузки одинаков. Падение напряжения на нагрузке зависит от общего тока, протекающего в цепи, при значении сопротивления отдельной нагрузки.

Еще одна особенность последовательных цепей, упрощающая работу с ними, заключается в том, что общее сопротивление цепи равно сумме всех нагрузок. Уравнение Rt =R1 + R2 + R3 и так далее, пока не будут учтены все нагрузки. В нашем примере с резисторами 15 и 20 Ом общее сопротивление в последовательной цепи будет 35 Ом. Ток в цепи рассчитывается по уравнению I =V ÷ R, что будет равно 12 ÷ 35, или 0,343 ампера для этой цепи.

Чтобы рассчитать напряжение на каждой нагрузке, мы можем умножить ток на сопротивление для каждого значения из уравнения V =I x R. Напряжение на резисторе R1 составляет 6,857 вольт, а на резисторе R2 — 5,143 вольта. Не случайно сумма этих двух напряжений равна нашему напряжению питания 12 В.

In automotive applications, the problem with wiring loads in series is that the total power supplied to the circuit depends on the resistance of each component in the circuit. This makes predicting results for dynamic loads very difficult. Where we do occasionally wire loads in series is when we connect subwoofers to an amplifier or in the rare occasion we are using passive crossover components with a speaker.

Series-Parallel Wiring for Subwoofers

Let’s use the example of an amplifier designed to produce its rated power into a 4-ohm load. If we want to connect a single subwoofer to the amp, it should have a nominal impedance of 4 ohms. Depending on the brand of subwoofer you are looking at, you may have a single voice coil 4-ohm sub available, a dual 2-ohm configuration or a dual 8-ohm.

If you choose a dual 2-ohm woofer, the voice coils will need to be wired in series before the positive and negative connections are attached to the amplifier. If you use the dual 8-ohm sub, the coils need to be wired in parallel.

What if we want to wire multiple subwoofers to a single amplifier channel? In this case, the net impedance still needs to be 4 ohms. You can use a pair of single voice coil 2-ohm subs or a pair of dual 4-ohm subs. The pair of 2-ohm subs would be wired in series and then to the amp. The dual 4-ohm subs would have their individual voice coils wired in series, then the two subwoofers would be wired in parallel to the amplifier.

You will note that we switched the power source in this diagram to an AC source. You can think of that as your amplifier. We didn’t want anyone calling us out for suggesting that you connect your subwoofers to your battery.

You can continue wiring multiple subwoofers in simultaneous series and parallel loads until you run out of trunk space, so long as the net results keeps the amp happy with a 4-ohm load.

Choose the Right Subwoofers for Your Amplifier

Understanding the basics of series and parallel wiring is instrumental in ensuring you get the right subwoofer combination for your amplifier, or the right amplifier for your choice of subwoofers. Your local mobile electronics specialist retailer can help ensure you get the right solution for your application and install it so that it sounds great. In the next car audio electrical theory article, we will introduce the concept of alternating current.