Como calcular impedância: 10 passos (com imagens)

Olá caro leitor, irei expandir a série sobre AmpOps, nosso querido amplificador operacional.

A ideia agora é abordar um pouco mais sobre o componente real, deixando um pouco de lado (quando possível) as idealizações mais comuns, afinal, como dizem por aí, “na prática a teoria é outra!”.

Neste artigo abordarei sobre a impedância de entrada (resistência de entrada) nas  configurações mais comuns: Amplificador não inversor e amplificador inversor.

Por que a teoria nem sempre “bate” com a prática?

Como um pequeno prólogo, por que será que a teoria nem sempre bate com a prática (às vezes desviam bastante) e nem mesmo com nossos queridos simuladores? Bom, quando resolvemos uma equação no caderno ou simulamos um circuito utilizamos equações para modelar o comportamento de um dado componente.

Principalmente na forma “braçal” costumamos utilizar as versões mais simplificadas, tornando possível solucionar o problema.

Quando partimos para um simulador, seu modelo matemático (um SPICE, por exemplo) tende a reunir muito mais informações e características do que nossas resoluções no papel e, por isso, tendem a ser mais exatas.

Mas mesmo assim, em muitos casos, elas desviam do resultado prático e isso se dá principalmente porque por mais complexos que nossos modelos sejam, não conseguem reproduzir todas as variáveis associadas, desde físicas diretamente relacionadas ao componente até variáveis ambientais, ou seja, todo modelo possui suas limitações.

Amplificador Operacional Ideal

Como vimos no primeiro artigo o AmpOp ideal possui algumas características ideais:

  • Impedância de entrada é infinita;
  • impedância de saída é nula;
  • Seu ganho de tensão em malha aberta (open loop gain) é infinito;
  • Não existe diferença de potencial nas duas entradas (em malha fechada);
  • Banda de sinal infinita.

Muito bonito, mas na prática tudo isso é impossível de ser alcançado. Felizmente o avanço tecnológico permitiu que as características avançassem tanto que um OpAmp simples tem características muito próximas das desejáveis, tornando possível utilizar as fórmulas tradicionais abordadas na série de artigos sem que tenhamos grandes erros.

Amplificador Operacional Real

Talvez neste ponto você se pergunte: “Então por que nos preocuparmos com fórmulas mais complexas?”. Dois motivos que posso citar:

  • 1 – Curiosidade: sim, isso mesmo, talvez apenas para ampliar seus horizontes e conhecimento;
  • 2 – Necessidades/problemas em um projeto: Talvez você precise conhecer melhor a interação entre um AmpOp e um transdutor aplicado em sua entrada, ou entender por que mesmo com aqueles resistores de 0,1% seu ganho ficou um pouco fora do desejado.

Impedância de entrada – Configuração Não Inversora

Vamos considerar o circuito de um amplificador não inversor na análise, e para o exemplo utilizaremos sua versão com ganho unitário, ou um buffer. Achei interessante essa escolha por ser o caso mais extremo e também por forçar um pouco mais nossa cabeça mentalizando dois resistores “virtuais”.

Lembre-se que o buffer segue a mesma equação que um amplificador não inversor, mas consideramos o resistor de feedback com um valor muito baixo e o resistor de ganho (RG, ou R1, depende da notação) com um valor extremamente alto. Na prática nós tradicionalmente damos um curto entre a saída do AmpOp e a entrada inversora, omitindo o outro resistor.

 Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (1)

Nossa análise terá como base o seguinte circuito:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)Figura 1 – Amplificador Não-Inversor

A tensão diferencial na entrada do AmpOp pode ser descrita por:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (2)

Como:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (3)
Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (4)

Ao estudarmos um pouco mais sobre a realimentação negativa (negative feedback) utilizada na maioria das configurações, iremos nos deparar com o parâmetro ?. Este parâmetro nos indica o percentual de sinal que volta para a entrada inversora.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (5)
Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (6)

Isolando vin na equação (4) temos:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (7)

Sabendo que a tensão de feedback é resultado do divisor de tensão aplicado à saída do AmpOp:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (8)

Voltando à equação mais básica do AmpOp, sabemos que sua saída depende basicamente do seu ganho em malha aberta e da tensão diferencial entre seus terminais.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens) (9)

Substituindo (9) em (8) obtemos:

(10)(11)

Pela lei de Ohm podemos deduzir que a tensão que surge na impedância de entrada tem relação direta com a impedância de entrada em malha aberta e a corrente na entrada:

(12)

Aplicando (12) em (11) temos que:

  • (13)
  • (14)
  • (15)

Note que a impedância de entrada efetiva para a configuração não-inversora depende da impedância de entrada em malha aberta e principalmente do ganho em malha aberta aliado ao parâmetro ?.

Vamos considerar o circuito a seguir no qual a impedância de entrada em malha aberta é 200k?, com ganho de malha aberta de 10k. O amplificador está conectado a uma fonte simulando um sensor com elevada impedância de saída.

Note que apliquei um resistor entre as entradas diferenciais para simular a impedância de entrada e que montei o mesmo circuito utilizando um AmpOp e também seu modelo expandido baseado em uma fonte de tensão controlada por tensão (princípio de boa parte dos amplificadores).

Figura 2 – Amplificador Não-Inversor (buffer), circuito de exemplo

Se considerarmos nossa fonte de sinal, a mesma está em série com sua impedância de saída e com a impedância de entrada do AmpOp, formando um divisor resistivo. Realizando um cálculo de divisor de tensão resistivo veremos que apenas “199,94uV” ficarão na impedância de entrada do AmpOp e como seu ganho é unitário podemos esperar este valor na saída, correto?

Felizmente não, é aqui que o efeito do ganho de malha aberta aliado com o feedback negativo faz sua mágica. Utilizando a equação (15) chegaremos a um valor aproximado de 2G?.

(16)

Escolhi uma elevada impedância de saída para a fonte de sinal justamente para testar este comportamento. Se realizarmos o mesmo calculo de divisor resistivo considerando a impedância efetiva, veremos que 2/3 da tensão irá ficar na mesma, ou seja, “666,67mV”. Como temos um buffer (ganho unitário), temos este valor na saída do mesmo, como pode ser visto na figura abaixo.

Figura 3 – Amplificador Não-Inversor (buffer), circuito de exemplo (com medições)

Agora um ponto interessante, olhe a tensão sobre a impedância de entrada. Algo estranho? Não são os 2/3's disponíveis na saída e também vai contra uma das regras de ouro que diz que não existe diferença de potencial nas entradas. Deixarei este último ponto para um próximo artigo.

Mas é interessante notarmos que a impedância física não se altera, todo este efeito é decorrente da realimentação negativa e do elevado ganho de malha aberta.

Aproveite esta simulação (roda apenas no Chrome) e manipule os valores das impedâncias e ganho para verificar o comportamento de acordo com a equação.

Impedância de entrada – Configuração Inversora

A análise de parte do circuito (expandido) a seguir:

Figura 4 – Amplificador Inversor

Aplicando a lei de Kirchhoff das tensões podemos analisar a malha que engloba desde a fonte de sinal até a saída do AmpOp.

(17)

Como:

(18)
(19)

Neste ponto sabemos que a tensão na entrada não-inversora é zero, pois está ligada ao GND. Através de análise de malhas podemos deduzir qual a tensão na entrada inversora e, com isso, relacionar grande parte dos termos com a corrente de entrada. Isso é importante para um próximo passo.

  1. (20)
  2. (21)
  3. (22)

Isolando vin e iin:

  • (23)
  • (24)
  • (25)

Considerando que o ganho de malha aberta é bastante elevado, podemos ignorar os dois primeiros termos visto que o resultado das divisões tender a ser muito menor que o valor de RG.

Resta apenas o último termo, que também pode ser simplificado para apenas RG, ou seja, iríamos chegar na fórmula mais simplificada.

Mas este modelo pode oferecer um melhor resultado, principalmente para cálculo do ganho mais aproximado se você estiver utilizando resistores com boa tolerância.

Veja o exemplo a seguir, um amplificador inversor com ganho de malha aberta de “1k” (para tornar a mudança mais visível) conectado a uma fonte com impedância de saída de “10k?”.

Aplicando os valores na equação obteremos uma impedância de entrada efetiva de aproximadamente “10,009k?”. Aplicando este valor na fórmula do amplificador inversor teremos como resultado na saída “-0,499V” (lembre-se que para a equação o divisor será a soma da impedância efetiva com a impedância de saída da fonte).

Leia também:  Como calcular a idade de um cachorro: 10 passos
(26)

O resultado da simulação é apresentado a seguir.

Figura 5 – Amplificador Inversor, circuito de exemplo (com medições)

Como podemos verificar os resultados das aproximações mais tradicionais são mais que suficientes para a maioria das aplicações, mas é interessante saber como obter valores mais próximos do real.

Caro leitor, chegamos ao final deste artigo. Qualquer dúvida ou sugestão utilize o campo de comentários. Até o próximo artigo.

Corrente de Curto Circuito: Saiba Calcular

Você já deve ter ouvido falar da corrente de curto circuito, mas, você considera esse cálculo em suas instalações? Se não considera, deveria.

Se você é um profissional atento já deve ter reparado que nos mini-disjuntores e disjuntores existe uma classificação de uma grandeza elétrica representada por Icn ou Icc, certo?

O que é o Icn dos disjuntores? Quando eu preciso me atentar com este valor? Porquê a maioria dos eletricistas acabam errando ao escolher um disjuntor somente considerando o valor de corrente nominal?

Neste material você encontrará as respostas para estas perguntas e principalmente, entenderá de uma vez por todas a importância destes valores de Icn.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

O que é a corrente de curto circuito?

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

  • Bom, Icn na verdade é o valor de corrente de curto circuito que o disjuntor suporta.
  • Exemplo didático para entendimento:
  • Um curto circuito é caracterizado quando fechamos um circuito e a resistência tende a ser zero, isso significa que:
  • Icc = V / 0
  • Se a tensão for 220V teremos:
  • Icc = 220 / 0 = ∞A
  • Isso significa que em um curto circuito a corrente elétrica tende a ser infinita, mas na teoria isso funciona, na prática teremos um elemento limitador, o transformador.
  • Analisando um sistema de distribuição, podemos constatar que a fonte geradora da energia elétrica será o limitador da corrente gerada no sistema:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Sendo assim, o transformador será o ponto de referência para determinarmos a corrente de curto circuito, iremos considerar 3 formas de realizar o cálculo desta grandeza elétrica. 

Está empolgado para descobrir como calcular? Está pronto para descobrir que provavelmente você errou em alguns momentos que dimensionou disjuntores? Então continue lendo este artigo que você vai gostar do que vai ver.

3 Métodos Efetivos para calcular a corrente de curto circuito

Pensando no seu dia a dia como profissional, iremos colocar aqui 3 formas de realizar o levantamento destas informações (Corrente de Curto Circuito), são elas:

  1. Utilizando a referência da tabela do Guia Eletricidade Moderna
  2. Fator multiplicativo
  3. Cálculo de corrente de curto circuito

Método 1 – Tabela Eletricidade Moderna

Quando você não possui acesso às informações do transformador, nossa primeira sugestão é você seguir a tabela da eletricidade moderna da NBR5410, veja:

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Nesta tabela podemos observar que, conhecendo a potência do transformador e também a tensão elétrica do secundário podemos determinar a corrente de curto circuito.

Exemplo:

Se temos uma instalação elétrica que está sendo alimentada por um transformador de 50KVA com tensão no secundário de 220/127V e você não possui mais detalhes deste transformador, utilizando a tabela anterior teremos:(http://docente.ifrn.edu.br/odailsoncavalcante/disciplinas/instalacoes-eletricas-de-bt-i/instalacoes-eletricas-de-bt-i-parte-3)

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Segundo a tabela, o valor de corrente de curto circuito será:

Icn = 2,5kA

Método 2 – Fator Multiplicativo

Ainda podemos presumir a corrente de curto circuito quando tivermos somente a corrente nominal do transformador, por exemplo:

  • No transformador do exemplo acima, sua Corrente Nominal (In) é de 131,2A para tensão de linha de 220V, então:
  1. Para calcular a corrente presumida de curto circuito teremos simplesmente que multiplicar este valor por 20, veja:
  2. Icn = In x 20
  3. Icn = 131,2 x 20
  4. Icn = 2.624 A
  5. Icn = 2,6kA

Método 3 – Cálculo de Corrente de Curto Circuito

  • Agora, se você conhece todos os dados do seu transformador, você pode fazer o cálculo exatamente correto que será assim:
  • Icn = In/Z
  • Onde:
  • Icn = Corrente de curto circuito
  • In = Corrente nominal
  • Z = Impedância 
  • Logo:
  • Em nosso exemplo temos os seguintes dados para tensão de secundário de 220V
  • Icn = In/Z
  • Icn = 131,2/0,029
  • Icn = 4.524A
  • Icn = 4,5kA

Conclusão:

  1. Mas afinal, onde e quando você irá precisar destas informações?
  2. Entenda que no momento em que você escolhe um disjuntor, conhecer o Icn dele é importante para para que a integridade do disjuntor seja protegida no momento em que ele for submetido a uma corrente de curto circuito.

  3. Por exemplo, este disjuntor de Icn 3kA não seria o ideal para nossa aplicação do exemplo, já que o cálculo mostrou para nós que a corrente Icn será de 4,5kA

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Logo, consideramos que para aplicação do nosso exemplo, teríamos que escolher um disjuntor, por exemplo, de 6kA como este da imagem a seguir.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Isso fará com que o disjuntor proteja o circuito e não danifique em função de uma falta na instalação.

Onde encontrar os dados do transformador

  • Quando eu falo sobre este tema é inevitável a seguinte pergunta:
  • “Ok Everton, entendi, mas onde eu vou conseguir os dados do transformador”
  • Em casos de aplicações onde o transformador é acessível (subestação, cubículo blindado, etc), normalmente as informações estarão no prontuário da instalação ou senão, no próprio local onde está instalado o transformador

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Se você não tiver acesso ao transformador e precisar destes dados (por exemplo transformador da concessionária de energia), você pode conseguir estes dados com a própria concessionária através dos canais de relacionamento.

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Um presente para levar no seu celular

Como você deve imaginar, eu vim te trazer um presente. Que é o conteúdo desse artigo de uma forma mais detalhada ainda.

Eu desenvolvi um ebook com as 3 maneiras para calcular a corrente de curto circuito, e esse ebook é totalmente GRATUITO. Está disponível para você aqui mesmo. Basta clicar na imagem abaixo e você vai ser direcionado para a página de download.

Ele foi feito pensando em você profissional. Não perca a chance de ter esse material sempre a mão. Clique na imagem abaixo e faça o seu download agora mesmo, e assim avance mais alguns passos na sua carreira ao dominar esse conhecimento que a maioria dos eletricistas ignoram.

Amplificadores, Caixas Acústicas e uma tal de impedância – Parte 2

No artigo anterior, tratamos da teoria envolvendo os fatores citados acima. Neste, vamos tentar colocar tais conhecimentos em práticas.

Prática de ligação (associação) entre caixas acústicas

Primeiro, é importante citar que alto-falantes disponíveis no mercado são quase sempre de 4 Ohms (mais usados em sistemas automotivos) ou de 8 Ohms (mais usados em sistemas de P.A.).

Falantes de 6 Ohms são pouco comuns, e quando encontrados são em sistemas domésticos. Também existem alguns raros falantes de PA de 16 Ohms (alguns drivers).

Por isso, nossos cálculos sempre vão considerar ou valores de 4 Ohms ou de 8 Ohms, mas é exatamente o mesmo princípio para qualquer outra impedância.

A teoria que estudamos referentes às associações de resistores (ou alto-falantes ou mesmo caixas acústicas) pode parecer chata e até complicada, mas tudo é muito mais fácil que parece. Vamos primeiro “pegar leve”, apresentando alguns exemplos bem simples.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Sempre é necessário estarmos atentos às ligações entre os falantes. No exemplo acima, os positivos estão interligados entre si, assim como os negativos. Isso mostra uma associação paralela. Neste caso, temos:

  • Req = R/ n (onde “n” = número de falantes)
  • – se tivermos dois alto-falantes (ou caixas acústicas) de 8 Ohms, temos uma impedância final de 4 Ohms. Req = 8/ 2 = 4
  • – se tivermos dois falantes de 4 Ohms, temos uma impedância final de 2 Ohms. Req = 4/2 = 2
  • – se tivermos um falante de 8 Ohm associado com um falante de 4 Ohms, teremos que fazer aquela conta chata:
  • 1/Req = 1/R1 + 1/R2
  • 1/Req = 1/8 + 1/4
  • 1/Req = 1/8 + 2/8
  • 1/Req = 3/8
  • Req = 8/3 = 2,6 Ohm
Leia também:  Como apresentar pessoas: 11 passos (com imagens)

Note que, ao fazermos esta associação entre um falante de 8 Ohms e um de 4 Ohms, só poderemos usá-la com amplificadores com impedância mínima de 2 Ohms. Lembrando que a maioria dos amplificadores disponíveis no mercado é de 4 Ohms de impedância mínima.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Neste exemplo, observe como o negativo do primeiro alto-falante é interligado ao segundo alto-falante. Nesta situação, temos uma ligação em série. Neste caso, temos:

Req = R1 + R2

Logo, se tivermos dois alto-falantes (ou caixas) de 4 Ohms, teremos uma impedância final de 8 Ohms (Req = 4+4). Se forem duas caixas de 8 Ohms, teremos uma impedância final de 16 Ohms. E se for uma caixa com 4 Ohms e outra com de 8 Ohms, teremos 12 Ohms ao final.

Note que as associações produzem impedâncias de grande valor, bem acima do mínimo especificado pela maioria dos amplificadores (4 Ohms ou 2 Ohms) do mercado.

Agora vamos “pegar pesado” com dois exemplos que misturam associações em série e paralelo. Repare na figura abaixo:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

O exemplo acima mostra um conjunto de 4 alto-falantes (ou caixas acústicas, tanto faz), cada um (ou cada caixa) de 8 Ohms. Para obtermos a impedância equivalente (ou impedância final) do sistema, temos que fazer os cálculos.  Há alguns passos a seguir:

– repare as linhas verticais de falantes. Há dois falantes seguidos, onde o negativo de um liga-se ao positivo de outro. Estamos diante de uma associação em série, onde as impedâncias serão somadas. Temos então: 8 Ohms + 8 Ohms = 16 Ohms.

  1. – agora, onde há os dois falantes em série, devemos “enxergar” apenas um único falante, de 16 Ohms. Observando agora na horizontal, podemos dizer que “existem” dois falantes de 16 Ohms em paralelo (note que os positivos estão interligados entre si, assim como os negativos), e então podemos aplicar a fórmula:
  2. Req  = R/ n
  3. Req = 16 / 2Req = 8 Ohms.

O segredo é “usar a imaginação” e ir fazendo aos poucos. Fora isso, é conta de somar e dividir (às vezes tem que mexer com fração, mas não estamos na escola e podemos usar calculadoras à vontade).

Outro exemplo, bem mais complicado:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

– se observarmos no sentido horizontal, existem dois conjuntos com 4 alto-falantes cada. Repare na forma de interligações entre eles: os positivos estão todos interligados. Os negativos também estão todos interligados. Estamos diante de uma associação em paralelo! Na fórmula:

  • Req = R / n
  • Req = 8 / 4
  • Req = 2 Ohms.

Assim, cada conjunto horizontal de 4 falantes, interligados entre si em paralelo, tem impedância final de 2 Ohms por conjunto. Mas precisamos notar que são dois conjuntos de 4 falantes, interligados entre si.

– se observamos no sentido vertical, existem dois conjuntos de 2 Ohms cada interligados entre si. Reparem como o negativo do primeiro conjunto é que vai alimentar o positivo do segundo conjunto de caixas. Ora, isso é uma ligação em série, então as impedâncias dos conjuntos devem ser somadas. 2 Ohms + 2 Ohms = 4 Ohms.

Ao final, o amplificador (que só enxerga impedância resultante) recebe uma carga de 4 Ohms. Temos 8 alto-falantes (ou caixas acústicas) e 4 Ohms de impedância.

  1. Por outro lado, se cada conjunto de 4 falantes fosse ligado ao outro através de uma ligação em paralelo, teríamos 1 Ohm, que é um valor baixo demais para a grande maioria dos amplificadores, o que os levariam a trabalhar fora das especificações da maioria dos amplificadores disponíveis no comércio (e com grande possibilidade de danos).
  2. Disso podemos tirar diversas conclusões importantíssimas:
  3. 1) A primeira (e mais óbvia) é que, através de diversas associações, podemos calcular a impedância resultante de forma que tenhamos o melhor aproveitamento da potência do amplificador (onde a impedância resultante do sistema de caixas seja próxima ou igual à impedância mínima do amplificador), permitindo assim um bom “casamento” de impedâncias.

2) Apesar de ser possível trabalhar com um número ímpar de falantes/caixas, o mais normal é trabalharmos com números pares, baseados em potências de 2 (2, 4, 8, 16, 32, etc). Isso facilita os cálculos, e as impedâncias finais serão sempre números inteiros.

3) Mesmo sistemas com grande número de falantes, como 32 ou 64, podem ser associados de forma a se ter um resultado compatível com 2, 4 ou 8 Ohms, os valores mais facilmente encontrados como impedância mínima de amplificadores. Ou seja, sabendo fazer estes cálculos, podemos montar o sistema de sonorização de um pequeno shopping, supermercado, loja, etc.

4) Nos exemplos citados acima, considerando todos os falantes de mesma impedância, a potência será dividida igualmente por todos os falantes (já que a corrente elétrica é a mesma e as impedâncias também). Ou seja, eles vão “falar” igual, terão o mesmo volume, o que é uma coisa sempre desejada. Note que isso não depende do tipo de associação, depende é da impedância de cada falante/caixa.

5) Por outro lado, se interligarmos falantes de impedâncias diferentes, como 4 Ohms e 8 Ohms, eles vão “falar” diferente. A corrente elétrica é constante, mas a impedância não.  Teremos mais volume no falante com 4 Ohms que no falante de 8 Ohms. Apesar de às vezes querermos isso, quase sempre é algo indesejado. Um bom motivo para sempre trabalharmos com falantes e caixas acústicas iguais! 

5) Em um local onde já existe um sistema de caixas, podemos descobrir qual a impedância final desse sistema medindo com um multímetro diretamente nos terminais que são ligados aos amplificadores.

Não saberemos qual o tipo de ligação nem as impedâncias de cada caixa, mas o que mais nos importa é saber o quanto o amplificador “enxerga”, que deve ser um valor igual ou maior que o mínimo suportado.

Qual a melhor ligação: série ou em paralelo?

Essa pergunta é importante. Teoricamente, não existe uma ligação melhor que a outra, já que ambas são úteis dependendo do caso. Entretanto, na prática, a ligação em paralelo é muito mais comum que a ligação em série. Por causa dos cabos!

A maioria das caixas possui, no seu painel de conexão, duas ou mais entradas, e praticamente sempre em paralelo. Reparem:

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)
Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Através dessas conexões, podemos levar um único cabo do amplificador até a primeira caixa, e através de outro cabo interligamos a primeira caixa com a segunda. Isso é muito comum em sonorização ao vivo.

Imaginem uma sonorização feita com duas caixas, ambas distantes do amplificador, a primeira a 15 metros de distância e a segunda a 30 metros.

Para interligá-las, podemos ter 1 cabo de 15 metros (para a primeira caixa) e outro cabo de 30 metros (para a segunda caixa), fazendo a associação no amplificador. Por outro lado, podemos ter apenas dois cabos de 15 metros.

Um cabo vai até a primeira caixa e o segundo cabo interliga a primeira caixa com a segunda, em paralelo (através da conexão existente na própria caixa). Economizamos cabos e tempo.

Por outro lado, se usássemos uma ligação em série nessas caixas, teríamos que levar o condutor positivo do amplificador até a primeira caixa, dela sairia um condutor negativo que seria ligado no positivo da segunda caixa, e desta sairia um condutor negativo em direção ao amplificador. Uma solução bem mais complicada!

Outra opção seria seguir com o cabo de 15m até a primeira caixa e com o cabo de 30 metros até a segunda caixa, deixando as ligações a serem feitas no amplificador (o positivo da primeira caixa no borne (+) do amplificador, o negativo da primeira caixa emendado com o positivo da segunda, o negativo da segunda caixa no borne (-) do amplificador). Isso faria com que o sinal percorresse 45 metros entre o negativo de uma caixa e o positivo da outra! Complicado, muito complicado…

Assim, o mais comum de encontrarmos nos eventos é termos associações em paralelo, simples e rápidas. Associações em série são mais utilizadas em sistemas fixos, onde ninguém mexa. No caso abaixo, por exemplo, seria facílimo implementar associação em série (caso necessário associar em série, claro), já que as caixas estão uma ao lado da outra e em local fixo.

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Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Há também um outro ponto importante a se considerar. Em uma associação em série, as ligações entre uma caixa e outra fazem parte do trajeto da energia.

Se alguma dessas ligações for interrompida (mal-contato, uma interrupção indevida, ou mesmo um falante que queima e pára de funcionar), todo o sistema de caixas pára de “falar”. O caminho da energia elétrica foi interrompido, então não há mais energia passando pelo circuito.

Já imaginaram, em um evento com alguns milhares de pessoas, toda uma série de caixas de som parar de tocar porque alguém passou junto das caixas e tropeçou nos fios, soltando-os?

Por outro lado, em um sistema em paralelo, se por algum motivo uma caixa parar, ainda existem outros caminhos por onde a energia poderá passar, e o sistema continuará tocando. Bem melhor, não? Inclusive, se uma caixa parar, a impedância que o amplificador “enxerga” subirá, o que não há problema (problema é ela descer abaixo do limite mínimo).

Tal fato nos permite inclusive trocar uma caixa que não esteja funcionando sem ter que parar todo o sistema. Isso pode ser muito útil em determinadas situações. Já sonorizamos um evento em local aberto com cerca de 16 caixas, e ao detectar uma com problema no driver, foi só tirá-la do lugar e substituir por outra, tudo isso no decorrer normal do evento.

Prática de Impedância em Caixas Ativas

Muitas caixas ativas (caixa de som com um amplificador integrado) apresentam dois valores de potência, um para 8 Ohms e outro para 4 Ohms. São modelos que apresentam saída para alimentar uma caixa externa, passiva.

Como Calcular Impedância: 10 Passos (com Imagens)

Especificação de potência de uma caixa ativa Cicltron Titanium T-700A

Isso acontece porque seu(s) amplificador(es) interno(s) tem impedância mínima de 4 Ohms, mas os falantes instalados na caixa são de 8 Ohms. Dessa forma, o(s) amplificador(es) só atinge(m) a potência máxima quando a caixa ativa está interligada com uma passiva, com os falantes em paralelo, perfazendo 4 Ohms.

Também já vimos o caso de uma única caixa ativa que alimenta outras 3 caixas passivas. Nada mais é que um amplificador de 2 Ohms de impedância mínima ligado a falantes de 8 Ohms.

Quando o sistema está completo (4 caixas de 8 Ohms: Req = 8/4 = 2 Ohms), o amplificador consegue fornecer toda a sua potência.

Por outro lado, se usarmos uma única caixa, o amplificador só fornecerá cerca de 1/4  da sua potência.

Caixas ativas que não alimentam passivas em geral têm seus falantes com impedância adequada para extrair o máximo de potência do amplificador interno.

Prática de Amplificadores e Impedâncias

Primeiro, uma coisa que ainda não falamos. A impedância mínima é estabelecida por canal. Em um amplificador com 2 Ohms de impedância mínima, isso quer dizer que cada canal aceita no mínimo 2 Ohms, mas não há problema algum se em um dos canais colocarmos 4 Ohms e no outro 2 Ohms. Problema é ter algum dos canais com menos do que o mínimo.

No projeto do amplificador, cada fabricante estabelece qual será a impedância mínima. No mercado profissional, a esmagadora maioria dos amplificadores suporta 4 Ohms (de pequeno a médio porte) ou 2 Ohms (de médio ou grande porte). Mas existem amplificadores específicos que tem impedância mínima de 8 Ohms, apesar de raros. Também existem alguns raros modelos que suportam 1 Ohm!

Existe uma importância nisso. Considerando que as caixas mais comuns utilizadas em sonorização ao vivo são de 8 Ohms e que o tipo de ligação mais utilizada é a paralela, então temos:

Impedância mínima do amplificador Quantidade de caixas por canal
8 Ohms   1
4 Ohms   2
2 Ohms   4
1 Ohm   8

Repare: podemos ter de 2 a até 16 caixas (no total, considerando 2 canais por amplificador) em nosso sistema de sonorização. A escolha de um sistema ou outro dependerá do uso a que se destina. Exemplos:

Os DJs que animam festas e eventos de pequeno porte, costumam usar 2 caixas full-range e dois subwoofers. Uma boa escolha de compra seria um único amplificador com 4 Ohms de impedância mínima:

– um canal alimenta as duas caixas full-range em paralelo, totalizando 4 Ohms– um canal alimenta os dois subwoofers em paralelo, totalizando 4 Ohms.

Ou seja, um único amplificador poderá dar conta de todo o evento (evidente que há outras considerações a fazer, como potência. Estamos simplificando). Mas se ele quiser usar mais caixas, além dessas 4, também precisará de outro amplificador para alimentá-las.

Por outro lado, se as caixas forem de 4 Ohms em vez de 8, ele precisará de 2 amplificadores, pois só poderá usar uma única caixa por canal.

Uma boa idéia para quem costuma sempre usar muitas caixas seria comprar um amplificador de 2 Ohms, que permite a ligação de até 8 caixas de 8 Ohms (4 caixas por canal). Mas seria uma péssima idéia ligar apenas uma caixa de 8 Ohms por canal, situação em que a potência do amplificador seria de cerca de 1/4 da sua capacidade máxima.

Para quem sempre só usa 2 caixas com um amplificador, uma boa solução é comprar um amplificador de 4 Ohms e caixas full-range também de 4 Ohms. Nesta condição, terá o máximo de potência do amplificador, quase o dobro do que obteria se usasse caixas de 8 Ohms. Entretanto, não poderia adicionar nenhuma caixa a este sistema, a não ser que o faça em série.

Já empresas de sonorização que fazem grandes eventos preferem comprar amplificadores de 2 Ohms ou mesmo 1 Ohm, já que na maioria das vezes utilizará uma grande quantidade de caixas. Fazendo isso, precisarão de uma menor quantidade de amplificadores para alimentar todas as caixas.

Com isso, queremos demonstrar que a impedância deve ser levada em consideração sempre, de acordo com o uso que se terá para o sistema de sonorização. E isso ANTES DA COMPRA.

O operador deve pensar antecipadamente na quantidade de caixas que serão necessárias para o local, e com isso pensar na melhor escolha de impedâncias, tanto das caixas quanto dos amplificadores, de forma a promover o melhor “casamento” possível.

Mais de uma vez vi operadores decepcionados por terem comprado caros amplificadores de 2 Ohms muito potentes, mas que “não fala nada”, ou “anêmico, nem parece que tem tantos mil Watts”! Na verdade, ao alimentar apenas 2 caixas de 8 Ohms, tais amplificadores não poderão nunca mostrar toda a sua potência.

Projeto, potência e impedância

Lá no artigo sobre teoria, comentamos que a potência de um amplificador segue uma relação de dobro/metade. Novamente:

Potência = (80V) ² / 1  (Ohm)  = 6400 / 1 = 6.400 WattsPotência = (80V) ² / 2  (Ohms)  = 6400 / 2 = 3.200 WattsPotência = (80V) ² / 4  (Ohms) = 6400 / 4 = 1.600 Watts

Potência = (80V) ² / 8  (Ohms)  = 6400 / 8 = 800 Watts

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