Circuito RC com Carga


Novo problema

Considere agora:

Ou seja, temos um resistor de carga RL em paralelo com o capacitor.

 

1. O que muda?

Note: Muda tanto o ganho em regime permanente quanto a constante de tempo.

O capacitor continua ligado ao terra, mas agora ele não está sozinho: existe RL também conectado ao nó de saída.

A resistência vista pelo capacitor é:

Rp=R∥RL

portanto:

Rp=R⋅RLR+RL

e a constante de tempo passa a ser:

τ=(R∥RL)C

Mas há uma segunda consequência importante: em DC, o capacitor se comporta como circuito aberto. Portanto sobra simplesmente um divisor resistivo:

Assim:

Vout(∞)=VinRLR+RL

Portanto uma carga menor (mais baixa resistência), o que reduz a tensão final.

 

2. Função transferência completa

Podemos deduzir a função transferêncoa via impedâncias.

A impedância do capacitor é:

ZC=1sC

Como C está em paralelo com RL:

Zp=RL∥1sC

Logo:

Zp=RL1sCRL+1sC

Multiplicando numerador e denominador por sC:

Zp=RL1+sRLC

Agora temos simplesmente um divisor de tensão:

Vout=Vin(ZpR+Zp)

Assim:

H(s)=RL1+sRLCR+RL1+sRLC

Multiplicando numerador e denominador por 1+sRLC:

H(s)=RLR(1+sRLC)+RL

Expandindo:

H(s)=RLR+RL+sRRLC

Assim a nova função transferência fica:

H(s)=RLR+RL+sRRLC

Podemos colocar na forma padrão:

H(s)=(RLR+RL)1+s(RRLCR+RL)

Como:

R∥RL=RRLR+RL

temos:

H(s)=(RLR+RL)11+s(R∥RL)C

Essa expressão é significativa.

porque separa claramente duas coisas:

 

3. Comparando com o circuito SEM carga

Se:

RL→∞

então:

R∥RL→R

e então:

RLR+RL→1

Portanto:

H(s)→11+sRC

que é exatamente a mesma função do nosso circuito RC original (lembrar em: Obtendo função transferência do circuito).

IMPORTANTE: Notamos que o circuito RC ideal que analisamos inicialmente pressupunha uma carga infinita, ou seja, que nada estava consumindo corrente da saída.

 

4. Variando a Carga (com valores)

Considere fixos: R=1kΩ, C=1μF, e uma entrada de: Vin=5V.

Caso 1: Sem carga significativa

Suponha:

RL=1MΩ (num equipamento de medição "decente", RL> 20 MΩ )

Então:

R∥RL≈999Ω

e:

τ≈999μs

A tensão final será:

Vout(∞)=5(1M1k+1M)

aproximadamente:

Vout≈4,995V

Praticamente os 5 V.

Caso 2: RL=10kΩ

Agora:

R∥RL=1k∥10k

Rp≈909Ω

Logo:

τ≈909μs

Mas a tensão final será:

Vout(∞)=5(10k1k+10k)

Vout(∞)≈4,545V

Caso 3: RL=1kΩ

Agora RL=R, formando um divisor de tensão à nível DC no circuito.

R∥RL=500Ω

portanto:

τ=500μs

e:

Vout(∞)=51k1k+1k

Vout(∞)=2,5V

 

Conclusão final: O valor de RL importa!

 

5. Resposta ao Degrau

Para um degrau:

Vin(t)=V0⋅u(t)

temos (genericamente):

H(s)=K1+sτ

onde:

K=RLR+RL

e:

τ=(R∥RL)C

assim:

Vout(s)=(K1+sτ)(V0s)

e a resposta (genérica) será:

Vout(t)=K⋅V0(1−e−t/τ)

ou especificamente:

Vout(t)=V0(RLR+RL)[1−e−t/((R∥RL)C)]

Isso permite mostrar duas mudanças simultâneas:

  1. a tensão final diminui;
  2. a constante de tempo também diminui.

Ou seja, a carga resistiva não apenas reduz o ganho — ela também modifica a dinâmica do sistema.

 

6. Simulando Degrau no Octave

Podemos simular o comportamento do circuito para os 3 valores de carga que estamos considerando:

RL=[1MΩ,10KΩ,1KΩ]

e ver o que acontece.

O gráfico gerado mostra claramente as três situações:

circuito_RC_cargas.png

 

7. Simulando entrada senoidal

Podemos fazer exatamente o mesmo teste com uma senoide.

E aqui lsim() torna este teste interessante.

Por exemplo:

Vin=5sin⁡(2π100t)

ou seja, colocando uma senoide de 100 Hz na entrada do circuito:

Deve ter sido gerado um gráfico como:

circuito_RC_cargas_seno.png

Note a combinação de:

8. O que muda com o acréscimo de buffer isolador?

Modelo ideal:

“Vamos medir Vout.”

O que accontece:

Questão:

— “O que acontece se o instrumento conectado à saída tiver uma resistência de entrada finita e eventualmente baixa?”

A resposta é: o instrumento vira RL.

Foi comprovado anteriormente que:

RL↓⇒Vout↓

e também:

RL↓⇒τ↓

E se intercalamos um "buffer isolador" entre a saída do circuito RC e nosso instrumento?

Obs.: um "buffer isolador" é um circuito com amplificador operacional na configuração não inversora, ganho unitário, que atua como um simples "seguidor de tensão", mas com uma característica muito desejável neste caso: impedância de entrada muito alta (>100MΩ≈∞).

Símbolo do Amplificador Operacional e pastilha de exemplo: uA 741:

amp_op_741.png

Para saber mais sobre Amp.Op.:

No nosso caso nosso circuito RC ficará como:

O op-amp ideal possui:

Rin→∞

e:

Rout→0

Portanto ele praticamente impede que a carga do segundo estágio (o próprio instrumento medidor) seja refletida sobre o primeiro.

Note: Se abrem novas possibilidades de análise/modelagem com base no simples circuito RC inicial:

Análise
Circuito RC
Carga Resistiva
Função
Transferência
Alterada
Circuitos RC
Cascateados
Circuitos RC
cascateados
com Buffer
Cascata de Sistemas

Fernando Passold, em 12/08/2026