Estudamos neste trabalho a estrutura eletrônica de defeitos localizados em silício, responsáveis pela introdução de níveis profundos na faixa proibida do semicondutor. Utilizamos para tanto modelos de aglomerados moleculares dentro do formalismo do Espalhamento Múltiplo com aproximação local X para o potencial de troca (MS-X). Um tratamento adequado para os orbitais de superfície foi usado. Os defeitos estudados foram de dois tipos: defeitos simples (monovacância Si:V e oxigênio substitucional Si:O) e pares de defeitos vizinhos na rede (divacância Si : V IND 2) e par de átomos de fósforo Si: P IND 2). Os defeitos foram estudados em diferentes estados de carga (Si:O e Si : O POT -\', Si: P IND 2 e Si: P IND 2 POT + Si: V POT 0 IND 2, Si: V IND 2 POT + e Si: V POT IND 2) e no caso da divacância e do centro P IND 2 POT + foram incluídos efeitos de polarização de spin. Encontramos para todos os defeitos estudados indícios da ocorrência de efeitos Jahn-Teller. Incluímos análises das distorções dos primeiros vizinhos ao defeito nos sistemas Si: O POT , P IND 2 POT + e V POT IND 2. O modelo adotado mostrou-se capaz de descrever satisfatoriamente a estrutura eletrônica dos defeitos estudados, fornecendo resultados quantitativos que podem ser comparados diretamente com a experiência. / In this work we studied the electronic structure of deep-level defects in silicon. To do this we use molecular cluster models within the formalism of the Multiple Scattering method, in the local density functional approximation (X). The surface orbitals of the cluster are treated in a convenient way. The defects studied here were of two kinds: simple defects (single vacancy Si:V and oxygen substitutional Si:0), and pairs of defects occupying neighbouring sites in the lattice (divacancy Si :V2 and the pair of phosphoru- atoms Si :P2 ). The defects were studied in different charge states (Si:O and Si:O-, Si:P2 and Si:P+, Si:V20, SI:V2-) and for the divacancy and the center Si:P2+ the calculations were carried out to the spin-polarized limit. For all defects studied we found evidence as to the possible occurrence of Jahn-Teller effects. Analysis of nearest-neighbours distortions were included for the systems Si:O- , Si:V2+ and Si:V2-. The electronic structure of the defects studied here was satisfactorily described by the model we adopted, and quantitative results are given, that can be compared straightforwardly with experimental results.

Desenvolveu-se um processo para cálculo de faixas de energia aliando a aproximação de Células Unitárias Gigantes (LUC) e o método da Onda Plana Aumentada (APW) não muffin-tin. Os cálculos foram realizados para o diamante (2 átomos por célula) e silício (com 2 e 16 átomos por célula), usando a teoria de grupos para resolver o problema nos pontos de alta simetria da zona de Brillouin. Para o silício, com 16 átomos por célula primitiva, resultados satisfatórios foram obtidos a partir da utilização de 48 SAPWs na expansão da função de onda, o que representa um número bastante razoável neste tipo de cálculo. Nos estágios finais de desenvolvimento, o processo encontra-se em condições de ser aplicado no estudo de semi-condutores com impurezas (ou defeitos), sem a necessidade de grandes adaptações. / A procedure to calculate energy bands, using the Large Unit Cells approximation (LUC) by non muffin-tin Augmented Plane Waves (APW), was developed. The calculations were performed for the diamond (with 2 atoms in the primitive cell) and the silicon (with 2 and 16 atoms in the cell). The group theory was used on the high symmetry points of the Brillouin zone. With only 48 symmetrized APWs, good results were obtained for silicon with 16 atoms in the primitive cell. This is a reasonable basis set for this sort of calculations. This procedure may be readily applied to study semiconductors with impurities or defects.

Desenvolveu-se um processo para cálculo de faixas de energia aliando a aproximação de Células Unitárias Gigantes (LUC) e o método da Onda Plana Aumentada (APW) não muffin-tin. Os cálculos foram realizados para o diamante (2 átomos por célula) e silício (com 2 e 16 átomos por célula), usando a teoria de grupos para resolver o problema nos pontos de alta simetria da zona de Brillouin. Para o silício, com 16 átomos por célula primitiva, resultados satisfatórios foram obtidos a partir da utilização de 48 SAPWs na expansão da função de onda, o que representa um número bastante razoável neste tipo de cálculo. Nos estágios finais de desenvolvimento, o processo encontra-se em condições de ser aplicado no estudo de semi-condutores com impurezas (ou defeitos), sem a necessidade de grandes adaptações. / A procedure to calculate energy bands, using the Large Unit Cells approximation (LUC) by non muffin-tin Augmented Plane Waves (APW), was developed. The calculations were performed for the diamond (with 2 atoms in the primitive cell) and the silicon (with 2 and 16 atoms in the cell). The group theory was used on the high symmetry points of the Brillouin zone. With only 48 symmetrized APWs, good results were obtained for silicon with 16 atoms in the primitive cell. This is a reasonable basis set for this sort of calculations. This procedure may be readily applied to study semiconductors with impurities or defects.

Este estudo visa desenvolver um sistema portátil de radiocomunicação de radiação restrita, indicado para biotelemetria digital de curta distância aplicada ao Teste da Caminhada de Seis Minutos (TC6M) em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica ou hipertensão pulmonar. A saturação periférica da hemoglobina (SpO2) e a freqüência cardíaca (FC) são monitoradas em tempo real. É utilizada a banda destinada a aplicações médicas, industriais e científicas (ISM), com freqüência de portadora em 916MHz e potência de transmissão de 0,75mW. Este sistema foi projetado para operar através de um enlace half duplex e codificação Manchester NRZ incorporando um protocolo para correção de erros do tipo automatic repeat request error com utilização de um código CRC-16 para detecção de erros. A velocidade máxima de transmissão de dados é de 115.2 kbps. O sistema é constituído de três partes: unidade portátil (Master), unidade estacionária (Slave) e software de visualização em tempo real. A unidade portátil recebe do oxímetro os parâmetros de monitorização que são transmitidos via enlace de rádio-freqüência. A interface da unidade estacionária com o software é feita através da porta de comunicação serial padrão RS-232. Os testes de laboratório e de campo demonstraram que o sistema de biotelemetria é adequado a realizar o TC6M com precisão de SpO2 de ±3 dígitos (com ±1 desvio padrão) e FC de ±3% ambos com taxa de Frame Error Rate < 10-4 (0,01%), sem restrigir os movimentos do usuário durante o processo de monitorização.

Seja por motivos de saúde, estéticos ou de desempenho físico, cada vez mais há interesse em conhecer o próprio percentual de gordura corporal (%GC). Métodos cada vez menos invasivos e menos intrusivos vem sendo pesquisados para obter tal medida com o mínimo de desconforto para o paciente. Infelizmente, equipamentos de medição do %GC que apresentem operação simples, baixo custo e que possibilitem que o próprio paciente realize a medição não são encontrados no mercado nacional. O objetivo maior deste trabalho consiste, por isso, em propor um medidor com estas características. Para isso, verifica-se a possibilidade de utilizar um método com ultra-som de baixa freqüência para obter as espessuras de tecido adiposo subcutâneo e a partir disto, o %GC. Devido à elevada sensibilidade ao posicionamento do corpo de prova verificada, o que ocasiona total falta de repetibilidade das medidas, o uso de tal método é descartado. Como alternativa, propõe-se o uso do método de bioimpedância para o medidor. Os detalhes de projeto de tal equipamento são discutidos e um protótipo de suas partes críticas é implementado para mostrar sua viabilidade. A análise do protótipo construído demonstra que o equipamento devidamente acabado, quando operado em modo de bioimpedância total, apresentará precisão, exatidão, facilidade de operação e custo adequados ao uso proposto. Na operação em modo de bioimpedância segmental, todavia, a exatidão das medidas obtidas deixa a desejar, devido à provável inadequação das equações de predição usadas.

Este trabalho descreve o projeto e a implementação do protótipo de um instrumento para medida digital da potência ativa e reativa e dos valores RMS da corrente e tensão, visando a utilização em sistemas elétricos monofásicos com sinais distorcidos. O instrumento propõe-se a medir tais grandezas com precisão melhor que 0,05% do fundo de escala para sinais de entrada cujos espectros estejam compreendidos entre 1 e 20.000 Hz. Inicialmente, as definições das grandezas a serem medidas são estendidas para a situação em que os sinais não são senoidais (distorcidos). Em seqüência, são apresentadas a descrição e analise sucinta de algumas técnicas empregadas nas medidas destas grandezas, listando-se, ainda, as razões que levaram a adoção da abordagem digital com amostragem assíncrona dos sinais de tensão e corrente. Uma estrutura funcional baseada em técnicas de processamento digital de sinais é proposta, simulada e implementada, desenvolvendo-se, também, uma arquitetura eletrônica para a implementação do protótipo do instrumento. O resultado foi um instrumento de estrutura simples, robusto e de baixo custo. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos a partir da implementação efetuada, demonstrando que a precisão de 0,05% nas medidas do valor RMS é assegurada para toda a faixa desejada. Para as medidas de potência até 2 kHz foi obtida uma precisão de 0,05%. Acima dessa freqüência, os resultados não são conclusivos devido as incertezas dos'padrões disponíveis no momento dos ensaios. Pode-se afirmar, entretanto, que a precisão nessa faixa é melhor que 0,2%. / The purpose of this work is to describe the design and implementation of an instrument for the measurement of active and reactive power and RMS values of current and voltage signals based on digital signal processing techniques. The instrument is designed to have an accuracy better than 0,05% FS for distorted (nonsinusoidal) signals of current and voltage in the spectrum of 1 to 20000 Hz. First of all, the definition of power and RMS values for distorted signals are stated. Some techniques of power and RMS value measurement are listed and analysed. A technique based on assyncronous sampling of the current and voltage signals is suggested. A functional structure and a hardware architecture for carrying out the adopted technique is proposed, simulated and implemented. The result of this implementation is a robust instrument of simple structure and low cost. The results of the implemenatation are presented. For the measurements of the RMS value the accuracy is 0,05% FS over the range of frequencies of interest. The accuracy for power measurements is 0,05% FS up to 2 kHz. The results for frequencies greater than 2 kHz is not conclusive, because the uncertainties of the standards avaliable during the calibration process mask those results. It is possible to state that the accuracy of these measurements is better than 0,2%.

SALOMÃO, F. C. C. S. Propriedades elétricas de óxido de grafeno por microscopia de varredura. 2015. 74 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2016-10-04T20:40:45Z No. of bitstreams: 1 2015_tes_fccssalomao.pdf: 2245679 bytes, checksum: 541e217243b1e6f83eaeab66e3be652c (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2016-10-04T20:41:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tes_fccssalomao.pdf: 2245679 bytes, checksum: 541e217243b1e6f83eaeab66e3be652c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-04T20:41:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tes_fccssalomao.pdf: 2245679 bytes, checksum: 541e217243b1e6f83eaeab66e3be652c (MD5) Previous issue date: 2015 / Potential applications of nanomaterials such as graphene and its derivatives, in electronic devices led to a detailed study of their electronic properties. The graphene oxide also has been proposed for various applications, of which we highlight the applications in composite thin films with supercapacitors properties. However, many of the graphene oxide properties can vary from sample to sample, which poses as an important setback to technological application of this material. Furthermore, the characterization electric and dielectric properties on nanomaterials is also a challenging task, since most characterization techniques have been developed for films thicker than 200 nm, which is much thicker than the atomically thin layer of graphene oxide. In this work, we studied the electric and dielectric properties of graphene oxide flakes by scanning probe microscopy. We use electrostatic force microscopy (EFM) to estimate the surface charge density of a layer of graphene oxide, as well as the nature of these charges. We also use the Kelvin force microscopy (KPFM) to characterize transparent thin films based on graphene oxide and Cellulose Acetate. KPFM was also used to determine the surface potential of graphene oxide as a function of humidity. Finally, we have applied the capacitance gradient (dC/dz), which is obtained by measuring the second harmonic signal in EFM to calculate the dielectric constant of monolayer and few-layer graphene oxide. As the dielectric constant cannot be extracted directly from the measurements, we developed an analytical model to describe the electric signal (dC/dz) for the system and show that this model can be used to estimate the dielectric constant of monolayer and few-layer graphene oxide. / As potenciais aplicações de nanomateriais, como grafeno e seus derivados, em dispositivos eletrônicos motivou um estudo detalhado de suas propriedades eletrônicas. O Óxido Grafeno também têm sido proposto para várias aplicações, das quais podemos destacar a aplicação em compósitos de filmes finos que apresentem propriedades de supercapacitores. Entretanto, muitas das propriedades do óxido de grafeno podem variar de amostra para amostra, o que se apresenta como uma importante dificuldade para sua aplicação tecnológica. Além disso, a caracterização destas propriedades em nanomateriais também é uma tarefa desafiadora, uma vez que a maioria das técnicas de caracterização têm sido desenvolvidas para filmes com espessura acima de 200nm, a qual é muito mais espessa do que as camadas atomicamente finas do óxido de grafeno. Neste trabalho, estudamos as propriedades elétricas e dielétricas do óxido de grafeno por microscopia de varredura por sonda. Nós estimamos a densidade superficial de cargas do óxido de grafeno de uma camada, bem como a natureza destas cargas por microscopia de força eletrostática. Utilizamos a microscopia de força Kelvin (KPFM) para caracterizar filmes finos transparentes baseados em Óxido de Grafeno e Acetato de Celulose. Utilizamos também KPFM para determinar o potencial de superfície do óxido de grafeno em função da umidade do ar. Finalmente, utilizamos o gradiente da capacitância (dC/dz), que é obtido através do segundo harmônico em EFM, para calcular a constante dielétrica do óxido de grafeno de uma camada e algumas camadas. Como a constante dielétrica não pode ser extraída diretamente das medidas, nós desenvolvemos neste trabalho um modelo analítico para descrever o sinal elétrico de (dC/dz) e mostramos que o este pode ser utilizado para estimar a constante dielétrica do óxido de grafeno monocamada e de algumas camadas.

Este trabalho analisa aspectos de projeto e construção de um torquímetro girante para aplicações que exijam boa precisão, confiabilidade e monitoramento contínuo. Um condicionador de sinais é acoplado ao eixo girante, sendo alimentado por um transformador rotativo. A transmissão do sinal de torque, modulado em freqüência, da parte girante para a estática, é feita capacitivamente, sem a utilização de contatos elétricos. Um protótipo foi construído e testado, detalhes do seu projeto elétrico e mecânico são apresentados. / This work examines the design and manufacturing aspects of a rotating torquemeter for applications that requires good accuracy and continuous monitoring. A signal conditioner is attached to the rotating shaft, being energized by a rotary transformer. The transmission of the frequency modulated torque signal, from the rotating shaft to the stationary housing, is established in a contacless, capacitive, way. A prototype was constructed and tested, details of the electrical and mechanical designs are shown.

Seja por motivos de saúde, estéticos ou de desempenho físico, cada vez mais há interesse em conhecer o próprio percentual de gordura corporal (%GC). Métodos cada vez menos invasivos e menos intrusivos vem sendo pesquisados para obter tal medida com o mínimo de desconforto para o paciente. Infelizmente, equipamentos de medição do %GC que apresentem operação simples, baixo custo e que possibilitem que o próprio paciente realize a medição não são encontrados no mercado nacional. O objetivo maior deste trabalho consiste, por isso, em propor um medidor com estas características. Para isso, verifica-se a possibilidade de utilizar um método com ultra-som de baixa freqüência para obter as espessuras de tecido adiposo subcutâneo e a partir disto, o %GC. Devido à elevada sensibilidade ao posicionamento do corpo de prova verificada, o que ocasiona total falta de repetibilidade das medidas, o uso de tal método é descartado. Como alternativa, propõe-se o uso do método de bioimpedância para o medidor. Os detalhes de projeto de tal equipamento são discutidos e um protótipo de suas partes críticas é implementado para mostrar sua viabilidade. A análise do protótipo construído demonstra que o equipamento devidamente acabado, quando operado em modo de bioimpedância total, apresentará precisão, exatidão, facilidade de operação e custo adequados ao uso proposto. Na operação em modo de bioimpedância segmental, todavia, a exatidão das medidas obtidas deixa a desejar, devido à provável inadequação das equações de predição usadas.

SILVA, R. N. A. L. Inversor multinível híbrido simétrico trifásico de cinco níveis baseado nas topologias Half-Bridge/ANPC. 2013. 125 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-06-12T12:24:50Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_rnalsilva.pdf: 12777371 bytes, checksum: 6bb0b41a20466bdd13d10d7652a75df6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-06-12T16:56:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_rnalsilva.pdf: 12777371 bytes, checksum: 6bb0b41a20466bdd13d10d7652a75df6 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-12T16:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_rnalsilva.pdf: 12777371 bytes, checksum: 6bb0b41a20466bdd13d10d7652a75df6 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / This work presents a new topology of a hybrid five-level inverter, conceived from the halfbridge and active neutral point clamped structures, suitable for high-voltage, high-power applications. The possible commutation stages, the switching drive logic, the semiconductors stresses mathematical analysis, and the losses study are presented. Two modulation techniques were selected in order to allow low-frequency (60 Hz) switches operate together with high-frequency switches (1020 Hz), reducing the number of commutations and, consequently, the overall losses and the output voltage total harmonic distortion. In order to validate the proposal, it was developed a 7.5 kVA prototype and AC line output voltage of 380 V. The digital implementation from both modulation techniques on the chosen programmable logic device FPGA is also presented. The experimental results relative to the three-phase structure validate the proposed topology. The topology, operating with the modulation based on Sinusoidal In-Phase Disposition - PWM, presented a THD of 29.71%, and WTHD of 1.93%, while the one based on the Centered Space Vector - PWM presented a THD of 38.45%, and a WTHD of 7.21%. Besides, the overall efficiency is superior when compared to the Half-Bridge/NPC topology, as expected, due to the fact that losses on this structure are higher and misdistributed. / Este trabalho apresenta uma topologia de inversor multinível híbrido simétrico trifásico de cinco níveis, concebido a partir das estruturas meia ponte e inversor com grampeamento ativo do neutro, adequado para aplicações com alta tensão e alta potência. São apresentados os possíveis estados de comutação, lógica de acionamento, cálculo dos esforços nos semicondutores, assim como um estudo de perdas. Duas estratégias de modulação são selecionadas possibilitando a operação concomitante de metade dos interruptores em baixa frequência (60 Hz) e a outra em alta frequência (1020 Hz), reduzindo o número de comutações, consequentemente as perdas nos semicondutores e o conteúdo harmônico da tensão de saída. Para validar a proposta, foi desenvolvido um protótipo com potência de 7,5 kVA e tensão de saída eficaz de linha 380 V. Além disso, é apresentada a implementação de ambas as modulações no dispositivo lógico programável escolhido, FPGA. Os resultados experimentais da estrutura trifásica validam a topologia proposta. A estrutura, operando com a modulação baseada na PD-PWM, apresentou DHT de 29,71% e WTHD de 1,93%, enquanto que a baseada na CSV-PWM apresentou DHT de 38,45% e WTHD de 7,21%. Além disso, o rendimento da estrutura proposta é superior se comparado ao da topologia Half-Bridge/NPC, conforme esperado em função das perdas na estrutura Half-Bridge/NPC serem maiores e mal distribuídas.