Desde un punto de vista práctico, cuando conecta dos señales de audio a un altavoz, el resultado es que se pueden escuchar ambas señales de audio. Eso significa que se agregaron las dos ondas de voltaje, ¿correcto?
Sin embargo, cuando conecta dos baterías en paralelo, el voltaje resultante no es la suma de ambas baterías, es más como el promedio.
Todo esto es de observaciones del mundo real. No sé si se supone que estos dos casos son conceptualmente iguales.
¿Por qué el voltaje se comporta de manera diferente en estos dos casos?
La salida es siempre el promedio ponderado (superposición) de las entradas.
Considere el siguiente circuito en el que dos fuentes de voltaje están conectadas a la misma carga.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Sean V1 y V2 fuentes de CC, entonces por el teorema de superposición,
Asumió que R1,R2 = RL.
Si V1 y V2 son fuentes de señal de CA monótonas, entonces podemos escribir, y . Entonces,
caso 1: entonces,
Aquí ambas fuentes generan el mismo tono cuando se conectan a un altavoz (carga). Luego, la salida es el mismo tono con amplitud de salida = superposición (promedio ponderado) de las dos señales de entrada.
caso2: entonces,
Aquí ambas fuentes generan un tono diferente cuando se conectan a un altavoz (carga). Cuando ambos están conectados juntos, la señal de salida tendrá ambos tonos ( y ) dado por la expresión (3). Por lo tanto, ambos tonos se pueden escuchar en la salida.
Si V1 y V2 son señales de audio, tendrán muchos componentes de frecuencia (dados por la transformada de Fourier). Cuando se conecta al mismo altavoz, la salida también contendrá todas estas frecuencias y, por lo tanto, se pueden escuchar ambas señales de audio.
Primero las malas noticias. No hay absolutamente ninguna diferencia entre los cálculos realizados cuando se unen dos baterías y cuando se mezclan dos señales de audio. Ambos son un promedio ponderado basado en las impedancias en el circuito.
Entonces, ¿qué pasa con las señales de audio? Bueno, como en todo lo relacionado con el audio, comenzaremos con ondas sinusoidales puras.
Si tomamos dos ondas sinusoidales con la misma amplitud, frecuencia y fase y las mezclamos, obtenemos una onda sinusoidal idéntica a la salida. Esto no es... una revelación tan emocionante, ni debería serlo.
Si tomamos dos ondas sinusoidales con la misma frecuencia y fase pero amplitudes diferentes, el resultado es un promedio ponderado de las dos ondas de entrada. Entonces terminamos con una onda sinusoidal con una amplitud diferente (o ninguna señal, si las amplitudes fueran de la misma magnitud pero con polaridades opuestas).
Ahora tomamos dos ondas sinusoidales con diferentes frecuencias y las mezclamos. El resultado... ya no es una onda sinusoidal. Pero una cosa sigue siendo cierta: el voltaje de la onda resultante en cualquier punto dado es el promedio ponderado de los voltajes de las ondas de entrada en el mismo punto. Esto sigue siendo cierto si mezclamos tres ondas sinusoidales. Diez ondas sinusoidales. Un centenar. Mil. Cien mil.
Entonces, la gran pregunta es ¿por qué suena como las dos ondas de audio originales mezcladas en lugar de una gran masa de sonido? Esa es una pregunta para Biology.SE, pero el spoiler es que la cóclea realiza una transformada de Fourier de las ondas de presión entrantes, y la corteza auditiva primaria convierte los resultados de la transformada en "audición". TL; DR: escuchamos frecuencias, no impulsos.
A veces se conectan baterías en paralelo para aumentar la salida de corriente, pero no es una buena idea si tiene dos baterías de diferente voltaje. A menos que sean exactamente del mismo voltaje, y a menudo incluso los del mismo tipo no lo son debido a la descarga, uno cargará al otro. Esto no solo puede ser peligroso si las baterías no están diseñadas para recargarse, sino que es posible que el voltaje que mida no coincida con ninguno de los voltajes nominales de las dos baterías.
Si conecta dos líneas de señal al mismo altavoz, tiene razón: escucha ambas señales. Sin embargo, se aplica el mismo principio; cada vez que una de sus señales de audio tiene un voltaje más alto (es decir, es 'más fuerte') que la otra (por ejemplo, podría tener voces en un canal y guitarra + batería en el otro), el más alto impulsará la corriente a través del otro . Esta 'diafonía cruzada' conduce a la distorsión. Los mezcladores, que están diseñados para agregar señales de audio de la manera que imaginas, de forma lineal, resuelven este problema mediante el uso de amplificadores operacionales: utilizan una conexión a tierra virtual en el punto donde se encuentran las señales, de modo que ninguna corriente quiera fluir a través del otra línea de señal, por lo que se minimiza la distorsión.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Tienes que distinguir diferentes casos al agregar voltajes.
1) Las señales son CC: la suma es la suma algebraica de todos los voltajes (p. ej., U₁ = 5 V, U₂ = 3 V: Usum = 5 V + 3 V = 8 V. (Eventualmente se promedia cuando corresponde, es decir, 8/2 = 4)
2) Las señales son ondas sinusoidales puras con exactamente las mismas frecuencias y no existe cambio de fase entre ellas. La suma es la suma algebraica de todos los voltajes (Ver 1, DC) (Eventualmente promediado cuando corresponda)
3) La señal son ondas sinusoidales con exactamente la misma frecuencia, pero existe un cambio de fase de φ grados entre ellas. En ese caso, la regla del coseno ajustada por ángulo se aplica a ambos voltajes. (Ej. U₁ = 5V, u₂ = 3V, φ=30⁰: Usum = √(U1² + U2² + 2*U1*U2*cosφ) = 25 + 9 + 2*5*3.cos(30) = 7.7V ( Eventualmente promediado cuando corresponda)
4) Las señales son ondas sinusoidales con diferentes frecuencias o son de naturaleza no sinusoidal: La suma es la raíz cuadrada de las sumas al cuadrado (valor RMS): Usum = √(U1² + U2²) = √(5² + 3²) = 5,83 V
Estrictamente hablando, es incorrecto conectar fuentes de voltaje en paralelo y fuentes de corriente en serie ya que aparecerá un conflicto entre ellos (cada uno de ellos intentará imponer su "valor deseado" en la salida común). Sin embargo, estas conexiones incorrectas son muy utilizadas en electrónica. Por ejemplo, en una etapa diferencial con carga dinámica, se pueden ver ambos casos: un conflicto de voltaje y un conflicto de corriente .
En la práctica, las fuentes de voltaje siempre tienen resistencias internas, o agregamos deliberadamente resistencias externas en serie con ellas. Así obtenemos el extremadamente útil circuito de un verano resistivo con entradas ponderadas ... que ilustra maravillosamente el principio de superposición. He creado muchas historias sobre este humilde circuito pasivo y sus implementaciones de amplificadores operacionales que pueden ser útiles para usted:
Caminando a lo largo de la película resistiva : una interpretación elegante del experimento de Ohm del siglo XVIII
Verano de voltaje paralelo : una historia de Wikilibros sobre el verano resistivo
Verano de voltaje a voltaje : una historia animada de Flash sobre el circuito ubicuo
Mi forma favorita de presentar este circuito es mediante el diagrama de voltaje (la distribución de los voltajes locales a lo largo de las resistencias).
Ignacio Vázquez-Abrams
Liberarse
jason pyeron