O que é o Efeito de Carga e como ele afeta os circuitos eletrônicos?
Uma aplicação muito comum de circuitos eletrônicos é a medição de sinais, seja através de um simples multímetro, ou seja por meio de complexos sensores industriais. Contudo, nestes circuitos, o Efeito de Carga pode prejudicar muito o seu funcionamento. Neste artigo vamos entender o que é o efeito de carga, como e porquê ele afeta os circuitos eletrônicos e como evitá-lo.
1 - O que é o efeito de carga?
O Efeito de carga é uma mudança do valor da tensão em um ponto de um circuito, provocada pela conexão de um equipamento ou dispositivo naquele ponto. Comumente, isto ocorre quando a corrente consumida pelo equipamento é suficiente para desestruturar o funcionamento do circuito original.
Para entender melhor esta situação, vamos representar um circuito eletrônico qualquer pelo seu equivalente Thevenin e o equipamento, pela sua impedância de entrada, como ilustra a Figura abaixo.
Sem a presença do equipamento, a tensão Vo é igual à tensão de Thevenin (Vth). Contudo, quando o equipamento é ligado, ele funciona como uma carga para o circuito eletrônico original. Ele interage com a impedância de Thevenin e forma um divisor de tensão. Com isso, Vo passa a ser:
Ou seja, caso a impedância de entrada do equipamento seja da mesma ordem da impedância de Thevenin do circuito eletrônico, a tensão naquele ponto do circuito é reduzida.
1.1. - Onde o efeito de carga é importante?
Este problema é especialmente importante quando o equipamento em questão é um circuito de medição, como um multímetro ou um sensor. Isto porque, o propósito desses dispositivos é conhecer a tensão em uma parte de um circuito, mas se a mera presença do equipamento altera a tensão do circuito, isto vai fazer com que o resultado da medição seja errado.
Outra situação onde o efeito de carga é problemático é em fontes de alimentação, reguladores de tensão ou amplificadores. Nesses circuitos, desejamos que a tensão de saída da fonte seja sempre constante. No entanto, se a conexão de uma carga à fonte provocar um efeito de carga, ou seja, alterar a tensão de saída da fonte, isto vai prejudicar o funcionamento da própria carga.
2 - Como evitar o efeito de carga
Para evitar a ocorrência de efeito de carga em circuitos eletrônicos, temos que tentar anular o divisor de tensão formado pela impedância de Thevenin do circuito e a impedância de entrada do equipamento a ele ligado. Então, como podemos anular esses divisor?
2.1. - Aumentando a Impedância de Entrada do Equipamento
Uma forma de anular o divisor de tensão é escolher, ou projetar, o equipamento de carga com uma impedância de entrada muito elevada (idealmente infinita). Assim, o ganho do divisor (Zin/(Zin+Zth)) será igual a 1 (um). Essa solução é especialmente útil em equipamentos de medição, pois interferir nas características do circuito, muitas vezes, não é possível. Para alcançar esta condição, os equipamentos de medição utilizam resistências de alto valor, amplificadores de instrumentação ou circuitos integrados de impedância de alta como elementos de entrada.
2.2. - Reduzindo a impedância de saída do circuito
Outra estratégia para anular a divisão de tensão e evitar o efeito de carga é projetar a impedância de saída do circuito eletrônico para um valor muito baixo (idealmente zero). Essa solução é uma alternativa para reguladores de tensão de fontes de alimentação, onde o equipamento de carga não pode ser modificado.
Normalmente, a redução da impedância de saída de um circuito com essa funcionalidade é atingida por meio do uso de realimentação e controle. Uma característica da realimentação de circuitos é exatamente reduzir a impedância de saída, o que ajuda a evitar o efeito de carga em fontes, regulares, amplificadores, entre outros circuitos.
Conclusão
O Efeito de Carga é um fenômeno que assombra circuitos eletrônicos, principalmente circuitos de medição, fontes de alimentação, reguladores e amplificadores. Provocando variações indesejadas na tensão de pontos do circuito, onde cargas são conectadas. Neste artigo discutimos como o efeito de carga ocorre e como podemos evitar a sua ocorrência, por meio da seleção ou projeto de elementos da carga e do circuito.
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