Théorie électrique de l'audio automobile – Charges de câblage en série et en parallèle
Nous poursuivrons notre introduction aux bases de la théorie électrique de l'audio automobile en parlant des charges de câblage en série et en parallèle. Comprendre les caractéristiques de chaque option de câblage et son lien avec la fourniture d'énergie et la consommation de courant est crucial pour choisir les bons haut-parleurs pour votre système audio. Tous les détaillants d'accessoires mobiles réputés connaissent par cœur les bases du câblage en série et en parallèle et peuvent vous aider à obtenir la bonne combinaison d'enceintes ou de subwoofers pour garantir des performances optimales de votre système audio.
Examen du circuit électrique
À ce stade, vous devez être familiarisé avec le concept de base du câblage d'une charge à une source d'alimentation. Dans nos voitures, cela peut être quelque chose d'aussi simple que de brancher un chargeur de téléphone USB dans la console centrale ou de demander à votre installateur d'intégrer un amplificateur dans le système électrique de votre véhicule.
Le plus basique des circuits électriques a une seule source d'alimentation et une seule charge. Les deux appareils sont connectés ensemble avec la borne positive de la source reliée à la borne positive de la charge et de même pour les bornes négatives. Le courant circule de la source d'alimentation, à travers la charge et retourne à la borne opposée de la source.
Câblage des charges en parallèle
Tout appareil que nous connectons au système électrique de nos voitures et camions est considéré comme étant connecté en parallèle avec d'autres charges. Les connexions positives vont toutes à la même source d'électricité et les connexions à la terre sont toutes effectivement connectées à la même borne de la batterie.
La première et la plus importante caractéristique des charges câblées en parallèle est que la tension entre toutes ces charges est égale.
Sachant cela, il est facile de calculer le courant à travers chaque charge en utilisant l'équation I =V ÷ R. Nous pouvons également calculer la puissance dissipée par chaque charge en utilisant l'équation P =V^2 ÷ R.
Dans le schéma ci-dessus, nous voyons deux charges connectées à une source d'alimentation commune de 12 volts. La charge 1 a une résistance de 20 ohms et la charge 2 a une résistance de 15 ohms. En utilisant les équations ci-dessus, nous pouvons calculer que 0,6 A de courant circule à travers la charge de 20 ohms et 0,8 A à travers la branche de 15 ohms. De même, la branche 20 ohms dissipe 7,2 watts d'énergie et la branche 15 ohms dissipe 9,6 watts.
La source d'alimentation doit fournir un total de 1,4 A de courant au circuit.
Calcul de la résistance des charges en parallèle
Une partie importante de la compréhension des charges parallèles et de la façon dont elles affectent la puissance tirée de l'alimentation est une compréhension requise de la façon de calculer la résistance nette de plusieurs charges en parallèle.
La formule pour calculer la résistance totale de plusieurs charges câblées en parallèle est 1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous ayez inclus toutes les charges.
Pour nos charges de 15 et 20 ohms dans l'exemple, le calcul serait :1/Rt =1/20 + 1/15, ou 1/Rt =0,05 + 0,06667. Cela équivaut à 1/Rt =0,11667 qui équivaut à 8,571 ohms.
Il existe quelques raccourcis que vous pouvez utiliser pour calculer la résistance lorsque plusieurs charges de même valeur sont utilisées. Regardez le circuit suivant :
Dans ce circuit, les quatre charges sont de 8 ohms. Nous pouvons faire le calcul et voir que la résistance nette est de 2 ohms. Lorsque toutes les charges du circuit sont identiques, nous pouvons simplement diviser la résistance de chacune par le nombre de charges.
Donc, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 =8 ÷ 4 =2
N'oubliez pas que cela ne fonctionne que lorsque toutes les résistances de charge sont identiques.
Charges de câblage en série
La deuxième option en termes de câblage des charges ensemble consiste à les câbler en série. Le schéma ci-dessous montre deux charges câblées en série avec une source de tension.
Dans un circuit en série, le courant traversant toutes les charges est le même. La chute de tension aux bornes des charges dépend du courant total circulant dans le circuit à la valeur de la résistance de charge individuelle.
Une autre caractéristique des circuits en série qui les rend très faciles à utiliser est que la résistance totale du circuit est égale à la somme de toutes les charges. L'équation est Rt =R1 + R2 + R3 et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les charges soient prises en compte. Pour notre exemple avec les résistances de 15 et 20 ohms, la résistance totale dans un circuit en série serait de 35 ohms. Le courant traversant le circuit est calculé à l'aide de l'équation I =V ÷ R, qui serait de 12 ÷ 35, soit 0,343 ampères pour ce circuit.
Pour calculer la tension aux bornes de chaque charge, nous pouvons multiplier le courant par la résistance pour chaque valeur de l'équation V =I x R. La tension aux bornes de R1 est de 6,857 volts et la tension aux bornes de R2 est de 5,143 volts. Ce n'est pas un hasard si la somme de ces deux tensions est égale à notre tension d'alimentation de 12 V.
Dans les applications automobiles, le problème avec les charges de câblage en série est que la puissance totale fournie au circuit dépend de la résistance de chaque composant du circuit. Cela rend la prévision des résultats pour les charges dynamiques très difficile. Là où nous filons occasionnellement des charges en série, c'est lorsque nous connectons des subwoofers à un amplificateur ou, dans les rares occasions, nous utilisons des composants passifs croisés avec un haut-parleur.
Câblage série-parallèle pour subwoofers
Prenons l'exemple d'un amplificateur conçu pour produire sa puissance nominale dans une charge de 4 ohms. Si nous voulons connecter un seul subwoofer à l'ampli, il doit avoir une impédance nominale de 4 ohms. Selon la marque de subwoofer que vous envisagez, vous pouvez disposer d'un subwoofer 4 ohms à bobine mobile unique, d'une configuration double 2 ohms ou d'un double 8 ohms.
Si vous choisissez un woofer double de 2 ohms, les bobines acoustiques devront être câblées en série avant que les connexions positives et négatives ne soient fixées à l'amplificateur. Si vous utilisez le double sous-marin de 8 ohms, les bobines doivent être câblées en parallèle.
Que se passe-t-il si nous voulons câbler plusieurs subwoofers sur un seul canal d'amplificateur ? Dans ce cas, l'impédance nette doit toujours être de 4 ohms. Vous pouvez utiliser une paire de sous-marins à bobine mobile simple de 2 ohms ou une paire de sous-marins doubles de 4 ohms. La paire de sous-marins de 2 ohms serait câblée en série, puis à l'ampli. Les doubles sous-marins de 4 ohms auraient leurs bobines acoustiques individuelles câblées en série, puis les deux subwoofers seraient câblés en parallèle à l'amplificateur.
Vous remarquerez que nous avons commuté la source d'alimentation dans ce schéma sur une source CA. Vous pouvez considérer cela comme votre amplificateur. Nous ne voulions pas que quelqu'un nous appelle pour nous suggérer de connecter vos subwoofers à votre batterie.
Vous pouvez continuer à câbler plusieurs subwoofers en charges simultanées en série et en parallèle jusqu'à ce que vous manquiez d'espace dans le coffre, tant que les résultats nets satisfont l'ampli avec une charge de 4 ohms.
Choisissez les bons subwoofers pour votre amplificateur
Comprendre les bases du câblage en série et en parallèle est essentiel pour vous assurer d'obtenir la bonne combinaison de subwoofers pour votre amplificateur, ou le bon amplificateur pour votre choix de subwoofers. Votre détaillant local spécialiste de l'électronique mobile peut vous aider à trouver la bonne solution pour votre application et à l'installer pour qu'elle sonne bien. Dans le prochain article sur la théorie électrique de l'audio de voiture, nous présenterons le concept de courant alternatif.