Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Marcelo Nicoletti Franchin / Banca: Paulo Sergio da Silva / Banca: José Guilherme Magalini Santos Decanini / Banca: Mário Anderson de Oliveira / Resumo: Os diafragmas piezelétricos são componentes eletrônicos de baixo custo utilizados em diversas aplicações. Seu uso mais comum é como transdutor de áudio e, nesse tipo de aplicação, é mais comumente conhecido como buzzer. Nos últimos anos, a utilização desses componentes em estudos científicos avançados tem aumentado bastante, e uma das áreas que tem merecido destaque é a dos sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural - Structural Health Monitoring (SHM) - baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves minimamente invasivos à estrutura monitorada. Portanto, tomando como base o crescente interesse por esses componentes, é proposto neste estudo um circuito eletromecânico equivalente básico que relacione as propriedades elétricas dos diafragmas piezelétricos com as propriedades mecânicas da estrutura monitorada por meio da impedância elétrica. Essa relação é baseada no efeito piezelétrico, que proporciona um acoplamento eletromecânico com a estrutura monitorada e, portanto, permite avaliar as condições mecânicas da estrutura a partir das propriedades elétricas do transdutor. A estrutura utilizada no estudo foi uma barra de alumínio com dimensões de 500 mm x 38,10 mm x 3,18 mm, tipicamente utilizada em laboratórios, e diafragmas com espessuras da ordem de uma fração de milímetro. Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Piezoelectric diaphragms are inexpensive electronic components used in a variety of applications. Its most common use is as an audio transducer and, in this type of application, it is commonly known as "buzzer". In recent years, the use of these components in advanced scientific studies has increased significantly, and one of the areas that has received special mention is the Structural Health Monitoring (SHM) systems based on electromechanical impedance (EMI). This type of application has received special attention because it is based on the use of small and lightweight piezoelectric transducers minimally invasive to the monitored structure. Therefore, based on the growing interest in these components, a basic equivalent electromechanical circuit is proposed in this study that relates the electrical properties of the piezoelectric diaphragms to the mechanical properties of the monitored structure through the electrical impedance. This relationship is based on the piezoelectric effect, which provides an electromechanical coupling with the monitored structure and, therefore, allows to evaluate the mechanical conditions of the structure from the electrical properties of the transducer. The structure used in the study was an aluminum bar with dimensions of 500 mm x 38.10 mm x 3.18 mm, typically used in laboratories, and diaphragms with thicknesses of the order of a fraction of millimeter. Under these conditions, the main vibration mode can be considered in the longitudinal ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O objetivo deste trabalho foi investigar as dificuldades encontradas pelos alunos na aprendizagem de circuitos elétricos em regime de corrente alternada (CA). Especificamente investigamos: i) dificuldades de aprendizagem em relação aos conceitos de reatância e impedância presentes em circuitos RLC de CA; ii) a contribuição da visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor e a tensão da fonte de CA na compreensão dos processos físicos envolvidos nesses elementos do circuitos e iii) a contribuição da análise da tensão nos elementos presentes em circuitos elétricos (resistivos, RC, RL e RLC) em tempo real através da placa Arduino para o entendimento do comportamento desses em regime de corrente contínua e alternada. Para tanto foi desenvolvido, amparado na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, um material didático constituído por: i) um aparato experimental que, por meio de uma placa Arduino conectada a um computador, fornece gráficos em tempo real do comportamento da tensão em função do tempo nos diferentes tipos de circuitos trabalhados; ii) questionários online, para a determinação do conhecimento prévio dos alunos, cujas respostas serviram para o professor orientar a sua exposição em aula, à semelhança do que ocorre na estratégia de “Ensino sob Medida” (EsM) e iii) e guias de atividades para que os alunos, trabalhando em aula em pequenos grupos com a metodologia “Predizer, Interagir e Explicar” (P.I.E.), explorassem os circuitos elétricos que construíam com a placa Arduino. O equipamento experimental foi utilizado pelo professor em pequenas demonstrações e, especialmente, pelos alunos em todas as atividades realizadas em pequenos grupos, na etapa Interagir do P.I.E. Foram realizados dois estudos: o primeiro, do tipo piloto e duração de 9h, com alunos do curso de licenciatura em Física da UNIPAMPA teve o objetivo de testar e melhor material didático desenvolvido; já o segundo, um estudo de caso exploratório com alunos da Física (Bacharelado e Licenciatura) da UFRGS matriculados na disciplina de Eletrônica básica, com duração de 6 horas, teve o objetivo de responder às questões propostas na pesquisa. Em ambos os estudos todos os alunos já haviam cursado a disciplina de Física III, Eletromagnetismo, tendo os conhecimentos básicos necessários para a aprendizagem dos conceitos de impedância e reatância. Os resultados da nossa análise qualitativa mostram que os estudantes eram capazes de argumentar sobre a diferença de fase entre a tensão nos elementos constituintes do circuito RLC de CA, inclusive dois meses após o término das atividades. De modo geral, para os aprendizes o capacitor/indutor não é um agente capaz de restringir a corrente elétrica em um circuito de CA, assim como ignoram a contribuição do resistor para a impedância. Os resultados apontam que a visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor seja um agente facilitador da aprendizagem dos processos físicos envolvidos nesses elementos, bem como auxiliam no entendimento e argumentação sobre a fase existente entre os componentes do circuito RLC de CA. A principal contribuição da análise através da placa Arduino foi seu rápido feedback e fácil manuseio, que aliado à metodologia adotada auxiliaram no entendimento das questões propostas aos alunos. Entretanto, salientamos que os resultados são preliminares e que mais esforços deverão ser envidados para subsidiar as conclusões da presente pesquisa. / The purpose of this study is to investigate the difficulties related to the learning of basic concepts of alternating current circuits. In particular, we investigated: i) learning difficulties associated with the concepts of reactance and impedance in RLC circuits (AC); ii) the contribution of real-time graphical visualization of phase’s difference between the voltage on the capacitor/inductor and on the AC source to understand the physical processes involved in the electric elements the circuits and iii) the contribution of a real-time voltage analysis using an Arduino board to compare the behavior of electrical elements in a circuit whether with direct or alternating current source. To answer our research questions a didactical material was developed based on Ausubel's Meaningful Learning Theory and it consists of: i) an experimental setup (Arduino board connected to a computer); ii) online questionnaires to detect the student’s misconceptions and iii) student’s activity guides using the "Predict, Interact and Explain" methodology to explore electrical circuits mounted on a protoboard. The experimental equipment was used by the teacher in short demonstrations, and by the students while developing experimental activities in small groups. A pilot study was conducted with undergraduate Physics students to test and improve the developed instructional material. This study was conducted at the Federal University of Pampa (UNIPAMPA-Brazil) and lasted 9 hours. Then an exploratory case study to answer the research questions was conducted with undergraduate physics majors at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS-Brazil) enrolled in a basic electronics course. This study lasted 6 hours. In both studies, all students had the basic knowledge needed for learning the concepts of impedance and reactance. The qualitative results show that students were able to argue on the phase difference between the voltages on the elements of the AC RLC circuit, even two months after the end of the activities. In general, the apprentices considered that the capacitor/inductor does not restrict the electric current in an AC circuit, as well as ignore the resistor's contribution to the impedance. The results suggest that the real-time graphical visualization of the voltage on the capacitor/inductor helps the students to understand the physical processes involved in these elements and, specifically, to understand the phase’s difference between the components of the AC RLC circuit. The main contribution of the Arduino board is related to its quick feedback and easy handling. This, combined with the didactical methodology we used, helped to foster students’ understanding. However, our results are preliminary and more efforts should be made to support the conclusions of this research.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:12:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338180.pdf: 5030005 bytes, checksum: da06be5e1485c9be8a514fd4f86d22b7 (MD5) Previous issue date: 2015 / A presente tese versa sobre os efeitos do material dielétrico na operação de Superfícies Seletivas em Frequência (FSS). Em particular, apresenta o modelo obtido a partir de simulações numéricas usando o software Ansys-HFSS e do ajuste de curvas para a permissividade efetiva do dielétrico em superfícies seletivas em frequência. O modelo numérico está baseado na permissividade e na espessura do dielétrico usado como suporte dos elementos da FSS, assim como também do período e de um fator dependente da geometria da FSS. O modelo é desenvolvido para a FSS do tipo loop quadrado e é usado adicionalmente para estudar os efeitos do dielétrico na largura de banda da FSS. Simulações usando o método do circuito equivalente (MCE) que incluem o modelo proposto mostram acurácia aceitável e baixo custo computacional, comparado com as simulações feitas com o Ansys-HFSS. Análises do modelo proposto permitem definir duas novas variáveis que caracterizam o comportamento da permissividade efetiva do dielétrico: constante de estabilização ae e espessura de estabilização test. Perdas ôhmicas e dielétricas nos elementos metálicos e no dielétrico, respectivamente são incluídas no método do circuito equivalente com o intuito de avaliar seus efeitos no desempenho da FSS. O método de otimização estocástico baseado em enxame de partículas (PSO - Particle Swarm Optimization Method) foi usado para sintetizar FSS do tipo loop quadrado através do método do circuito equivalente com requerimentos específicos na frequência de ressonância e na largura de banda. É notável o baixo custo computacional e a acurácia aceitável obtidos com a abordagem proposta. / Abstract : This thesis deals with dielectric effects in FSS operation. In particular, it presents a model, obtained through numerical simulation with Ansys-HFSS and curve fitting, for the dielectric effective permittivity of frequency selective surfaces (FSS). The numerical model is based on the permittivity and thickness of the dielectric layer supporting the FSS elements, as well as on the period and a factor dependent on the FSS geometry. The model is developed for square loop FSS and is also used to study the dielectric effects on the bandwidth of the square loop FSS. Simulations results using the equivalent Circuit Method (ECM) shows acceptable accuracy and low computational cost, compared with Ansys-HFSS commercial simulator. Analysis of the proposed model allows defining new variables that characterize the effective permittivity behavior: stabilization constant ae and stabilization thickness test. Dielectric and ohmic losses in metallic elements and dielectric are include in the ECM to evaluate its effects on the performance of the FSS. Particle Swarm Optimization Method (PSO) was used to synthesize a square loop FSS via the equivalent circuit method with a specific resonant frequency and bandwidth requirement. It is remarkable the low computational cost and acceptable accuracy obtained with the proposed approach.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000423038-Texto+Completo-0.pdf: 1137752 bytes, checksum: c77d0b01a9586f77c4f36bda9e52dd2c (MD5) Previous issue date: 2010 / This master’s thesis presents a robust control strategy for tracking sinusoidal reference signals with a zero error and the rejection of harmonic components in steady state for a 5kVA single phase uninterruptible power supply (UPS). To this end, multiple resonant compensators are applied to control the UPS subject to nonlinear loads, where the controllers are tuned in the fundamental frequency and in the most important harmonic components of the load current. The control parameters design is formulated in terms of linear matrix inequalities (LMI) considering load variations and disturbances. The proposed design conditions ensure the robust stability of the control system and incorporate performance specifications to obtain a good tradeoff between the transient response (D-stability) and disturbance attenuation (H∞). To evaluate the performance of the proposed control strategy, several practical experiments are carried out considering linear and nonlinear loads in accordance to the IEC-62040-3 standard, where the control system has obtained a nice performance in terms of transient response and harmonic rejection. / Esta dissertação apresenta uma estratégia de controle robusto para seguimento de referência senoidal com erro nulo e rejeição de componentes harmônicos em regime permanente, para uma fonte ininterrupta de energia (UPS – Uninterruptable Power Supply) monofásica de 5kVA. Com este objetivo, empregam-se múltiplos compensadores ressonantes os quais são sintonizados na freqüência fundamental e nas componentes harmônicas mais importantes presentes em cargas não lineares. A formalização do projeto dos ganhos dos compensadores ressonantes baseia-se na formulação por desigualdades matriciais lineares (LMI – Linear Matrix Inequalities) considerando variações de carga linear e distúrbios. As condições de projeto utilizadas nesta dissertação garantem a estabilidade robusta do sistema de controle e incorpora requisitos de desempenho transitório (D-estabilidade) e rejeição de distúrbios (norma H∞). Para avaliar o comportamento da técnica de controle proposta, realizam-se vários experimentos em laboratório considerando cargas lineares e não lineares de acordo com a norma IEC-62040-3, onde verifica-se o bom comportamento do sistema de controle em termos de resposta transitória, regulação, e rejeição de harmônicos.

O objetivo deste trabalho foi investigar as dificuldades encontradas pelos alunos na aprendizagem de circuitos elétricos em regime de corrente alternada (CA). Especificamente investigamos: i) dificuldades de aprendizagem em relação aos conceitos de reatância e impedância presentes em circuitos RLC de CA; ii) a contribuição da visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor e a tensão da fonte de CA na compreensão dos processos físicos envolvidos nesses elementos do circuitos e iii) a contribuição da análise da tensão nos elementos presentes em circuitos elétricos (resistivos, RC, RL e RLC) em tempo real através da placa Arduino para o entendimento do comportamento desses em regime de corrente contínua e alternada. Para tanto foi desenvolvido, amparado na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, um material didático constituído por: i) um aparato experimental que, por meio de uma placa Arduino conectada a um computador, fornece gráficos em tempo real do comportamento da tensão em função do tempo nos diferentes tipos de circuitos trabalhados; ii) questionários online, para a determinação do conhecimento prévio dos alunos, cujas respostas serviram para o professor orientar a sua exposição em aula, à semelhança do que ocorre na estratégia de “Ensino sob Medida” (EsM) e iii) e guias de atividades para que os alunos, trabalhando em aula em pequenos grupos com a metodologia “Predizer, Interagir e Explicar” (P.I.E.), explorassem os circuitos elétricos que construíam com a placa Arduino. O equipamento experimental foi utilizado pelo professor em pequenas demonstrações e, especialmente, pelos alunos em todas as atividades realizadas em pequenos grupos, na etapa Interagir do P.I.E. Foram realizados dois estudos: o primeiro, do tipo piloto e duração de 9h, com alunos do curso de licenciatura em Física da UNIPAMPA teve o objetivo de testar e melhor material didático desenvolvido; já o segundo, um estudo de caso exploratório com alunos da Física (Bacharelado e Licenciatura) da UFRGS matriculados na disciplina de Eletrônica básica, com duração de 6 horas, teve o objetivo de responder às questões propostas na pesquisa. Em ambos os estudos todos os alunos já haviam cursado a disciplina de Física III, Eletromagnetismo, tendo os conhecimentos básicos necessários para a aprendizagem dos conceitos de impedância e reatância. Os resultados da nossa análise qualitativa mostram que os estudantes eram capazes de argumentar sobre a diferença de fase entre a tensão nos elementos constituintes do circuito RLC de CA, inclusive dois meses após o término das atividades. De modo geral, para os aprendizes o capacitor/indutor não é um agente capaz de restringir a corrente elétrica em um circuito de CA, assim como ignoram a contribuição do resistor para a impedância. Os resultados apontam que a visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor seja um agente facilitador da aprendizagem dos processos físicos envolvidos nesses elementos, bem como auxiliam no entendimento e argumentação sobre a fase existente entre os componentes do circuito RLC de CA. A principal contribuição da análise através da placa Arduino foi seu rápido feedback e fácil manuseio, que aliado à metodologia adotada auxiliaram no entendimento das questões propostas aos alunos. Entretanto, salientamos que os resultados são preliminares e que mais esforços deverão ser envidados para subsidiar as conclusões da presente pesquisa. / The purpose of this study is to investigate the difficulties related to the learning of basic concepts of alternating current circuits. In particular, we investigated: i) learning difficulties associated with the concepts of reactance and impedance in RLC circuits (AC); ii) the contribution of real-time graphical visualization of phase’s difference between the voltage on the capacitor/inductor and on the AC source to understand the physical processes involved in the electric elements the circuits and iii) the contribution of a real-time voltage analysis using an Arduino board to compare the behavior of electrical elements in a circuit whether with direct or alternating current source. To answer our research questions a didactical material was developed based on Ausubel's Meaningful Learning Theory and it consists of: i) an experimental setup (Arduino board connected to a computer); ii) online questionnaires to detect the student’s misconceptions and iii) student’s activity guides using the "Predict, Interact and Explain" methodology to explore electrical circuits mounted on a protoboard. The experimental equipment was used by the teacher in short demonstrations, and by the students while developing experimental activities in small groups. A pilot study was conducted with undergraduate Physics students to test and improve the developed instructional material. This study was conducted at the Federal University of Pampa (UNIPAMPA-Brazil) and lasted 9 hours. Then an exploratory case study to answer the research questions was conducted with undergraduate physics majors at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS-Brazil) enrolled in a basic electronics course. This study lasted 6 hours. In both studies, all students had the basic knowledge needed for learning the concepts of impedance and reactance. The qualitative results show that students were able to argue on the phase difference between the voltages on the elements of the AC RLC circuit, even two months after the end of the activities. In general, the apprentices considered that the capacitor/inductor does not restrict the electric current in an AC circuit, as well as ignore the resistor's contribution to the impedance. The results suggest that the real-time graphical visualization of the voltage on the capacitor/inductor helps the students to understand the physical processes involved in these elements and, specifically, to understand the phase’s difference between the components of the AC RLC circuit. The main contribution of the Arduino board is related to its quick feedback and easy handling. This, combined with the didactical methodology we used, helped to foster students’ understanding. However, our results are preliminary and more efforts should be made to support the conclusions of this research.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-31T15:36:45Z No. of bitstreams: 1 2014_AlexYuzoMoroguma.pdf: 1600794 bytes, checksum: ab86f2dd5113052e628c14e73aca6d39 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-19T10:54:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_AlexYuzoMoroguma.pdf: 1600794 bytes, checksum: ab86f2dd5113052e628c14e73aca6d39 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-19T10:54:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_AlexYuzoMoroguma.pdf: 1600794 bytes, checksum: ab86f2dd5113052e628c14e73aca6d39 (MD5) / Neste projeto foram desenvolvidos e simulados circuitos `a base de nano tubos de carbono(CNT) de efeito de campo (FET). Esses circuitos tiveram como propósito analisar a viabilidade da substituição da tecnologia CMOS pela tecnologia CNTFET para o padrão Bluetooth em 2,4 GHz . As simulações dos circuitos foram realizadas com um modelo compacto para CNTFETs, denominado TCAM. Os elementos passivos dos circuitos foram selecionados da biblioteca da tecnologia CMOS 0,35 μm. A plataforma profissional Cadence, que possui um módulo destinado a simulações chamado de Spectre, foi utilizada para o projeto e para a simulação dos circuitos.Para a realização desse estudo, foram projetados os principais componentes/blocos do padrão Bluetooth: o amplificador fonte comum, o oscilador LC tanque e o misturador Célula de Gilbert. Para cada circuito projetado, os seguintes parâmetros característicos do CNTFET foram analisados: i) densidade de tubos, ii) número de dedos em paralelo,iii) porcentagem de nano tubos metálicos e iv) largura da porta. O impacto da presença de nano tubos metálicos no canal dos CNTFETs, que degrada o sinal e limita o uso dessa tecnologia no desempenho de circuitos analógicos, foi estudado com maior detalhe. Pode-se concluir que a complexidade do circuito está diretamente relacionada à tolerância a presença de nano tubos metálicos.A influência do layout do CNTFET multi-tubos e multi-dedos na performance do circuito pode ser demonstrada mais claramente pelo amplificador fonte comum. A largura da porta altera o número de tubos paralelos que conectam a fonte com o dreno e portanto, muda o ponto de operação DC. O aumento do número de dedos do transistor e benéfico para desempenho AC em altas freqüências, pois a impedância da porta é reduzida. Os parâmetros do layout e da tecnologia precisam ser selecionados com cuidado para o sucesso de projetos de circuitos mais complexos. A parte ativa do oscilador investigada gera uma resistência negativa, na qual e essencial para manter um sinal não atenuado. O número de dedos do transistor mostrou ser o parâmetro essencial para obter a magnitude requerida da resistência negativa. Para o projeto do misturado, todos os parâmetros tiveram que ser otimizados para atingir o ganho necessário para funcionamento. Depois da otimização dos parâmetros, todos os componentes Bluetooth aqui investigados puderam ser projetados com sucesso empregando a plataforma da tecnologia CNTFET. No entanto, os circuitos complexos requerem uma tecnologia CNTFET quase-ideal e não disponível atualmente. Uma possível solução a este problema seria odesing de novas arquiteturas dos circuitos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This project presents the development and simulation of integrated circuits based oncarbon nanotube (CNT) field-effect transistors (FETs). These circuits were aimed toanalyze the feasibility of replacing CMOS by CNTFET technology for devices fulfillingthe Bluetooth standard at 2.4 GHz. The circuit simulations were performed witha compact model for CNTFETs, called TCAM. The passive circuit elements wereselected from the CMOS 0.35 μm library. The professional platform Cadence, whichhas a simulation module called Spectre, was used for circuit design and simulation.To perform this study, we designed some Bluetooth standard main components/blocks:a common-source amplifier, an LC tank oscillator and a Gilbert cell mixer. For eachdesigned circuit, the following CNTFET parameters were analyzed: density of tubes,number of fingers in parallel, the percentage of metallic nanotubes and gate width. Itcan be concluded that the complexity of the circuit is directly related to the toleranceto the presence of metallic nanotubes.The influence of the layout of a multi-tube multi-finger CNTFET on circuit performancecould be most clearly demonstrated for the common-source amplifier. The gatewidth alters the number of parallel tubes connecting source and drain and thereforeshifts the DC bias point. An increasing number of transistor fingers is beneficial forthe high frequency AC performance since the gate impedance is reduced.The layout and technology parameters had to be chosen with care for the successfuldesign of more complex circuits. The active part of the investigated oscillator createsa negative resistance which is essential for maintaining a non-attenuated signal. Thenumber of transistor fingers proved to be the essential parameter to obtain the requiredmagnitude of the negative resistance. For the mixer design all parameters had to beoptimised to achieve the necessary gain.After parameter optimisation, all Bluetooth components investigated here could be designed successfully employing a CNTFET technology platform. However, complexcircuits require a quasi-ideal CNTFET technology not available today. A possibleresort would be the invention of new system architectures.

O objetivo deste trabalho foi investigar as dificuldades encontradas pelos alunos na aprendizagem de circuitos elétricos em regime de corrente alternada (CA). Especificamente investigamos: i) dificuldades de aprendizagem em relação aos conceitos de reatância e impedância presentes em circuitos RLC de CA; ii) a contribuição da visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor e a tensão da fonte de CA na compreensão dos processos físicos envolvidos nesses elementos do circuitos e iii) a contribuição da análise da tensão nos elementos presentes em circuitos elétricos (resistivos, RC, RL e RLC) em tempo real através da placa Arduino para o entendimento do comportamento desses em regime de corrente contínua e alternada. Para tanto foi desenvolvido, amparado na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, um material didático constituído por: i) um aparato experimental que, por meio de uma placa Arduino conectada a um computador, fornece gráficos em tempo real do comportamento da tensão em função do tempo nos diferentes tipos de circuitos trabalhados; ii) questionários online, para a determinação do conhecimento prévio dos alunos, cujas respostas serviram para o professor orientar a sua exposição em aula, à semelhança do que ocorre na estratégia de “Ensino sob Medida” (EsM) e iii) e guias de atividades para que os alunos, trabalhando em aula em pequenos grupos com a metodologia “Predizer, Interagir e Explicar” (P.I.E.), explorassem os circuitos elétricos que construíam com a placa Arduino. O equipamento experimental foi utilizado pelo professor em pequenas demonstrações e, especialmente, pelos alunos em todas as atividades realizadas em pequenos grupos, na etapa Interagir do P.I.E. Foram realizados dois estudos: o primeiro, do tipo piloto e duração de 9h, com alunos do curso de licenciatura em Física da UNIPAMPA teve o objetivo de testar e melhor material didático desenvolvido; já o segundo, um estudo de caso exploratório com alunos da Física (Bacharelado e Licenciatura) da UFRGS matriculados na disciplina de Eletrônica básica, com duração de 6 horas, teve o objetivo de responder às questões propostas na pesquisa. Em ambos os estudos todos os alunos já haviam cursado a disciplina de Física III, Eletromagnetismo, tendo os conhecimentos básicos necessários para a aprendizagem dos conceitos de impedância e reatância. Os resultados da nossa análise qualitativa mostram que os estudantes eram capazes de argumentar sobre a diferença de fase entre a tensão nos elementos constituintes do circuito RLC de CA, inclusive dois meses após o término das atividades. De modo geral, para os aprendizes o capacitor/indutor não é um agente capaz de restringir a corrente elétrica em um circuito de CA, assim como ignoram a contribuição do resistor para a impedância. Os resultados apontam que a visualização da diferença de fase entre a tensão no capacitor/indutor seja um agente facilitador da aprendizagem dos processos físicos envolvidos nesses elementos, bem como auxiliam no entendimento e argumentação sobre a fase existente entre os componentes do circuito RLC de CA. A principal contribuição da análise através da placa Arduino foi seu rápido feedback e fácil manuseio, que aliado à metodologia adotada auxiliaram no entendimento das questões propostas aos alunos. Entretanto, salientamos que os resultados são preliminares e que mais esforços deverão ser envidados para subsidiar as conclusões da presente pesquisa. / The purpose of this study is to investigate the difficulties related to the learning of basic concepts of alternating current circuits. In particular, we investigated: i) learning difficulties associated with the concepts of reactance and impedance in RLC circuits (AC); ii) the contribution of real-time graphical visualization of phase’s difference between the voltage on the capacitor/inductor and on the AC source to understand the physical processes involved in the electric elements the circuits and iii) the contribution of a real-time voltage analysis using an Arduino board to compare the behavior of electrical elements in a circuit whether with direct or alternating current source. To answer our research questions a didactical material was developed based on Ausubel's Meaningful Learning Theory and it consists of: i) an experimental setup (Arduino board connected to a computer); ii) online questionnaires to detect the student’s misconceptions and iii) student’s activity guides using the "Predict, Interact and Explain" methodology to explore electrical circuits mounted on a protoboard. The experimental equipment was used by the teacher in short demonstrations, and by the students while developing experimental activities in small groups. A pilot study was conducted with undergraduate Physics students to test and improve the developed instructional material. This study was conducted at the Federal University of Pampa (UNIPAMPA-Brazil) and lasted 9 hours. Then an exploratory case study to answer the research questions was conducted with undergraduate physics majors at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS-Brazil) enrolled in a basic electronics course. This study lasted 6 hours. In both studies, all students had the basic knowledge needed for learning the concepts of impedance and reactance. The qualitative results show that students were able to argue on the phase difference between the voltages on the elements of the AC RLC circuit, even two months after the end of the activities. In general, the apprentices considered that the capacitor/inductor does not restrict the electric current in an AC circuit, as well as ignore the resistor's contribution to the impedance. The results suggest that the real-time graphical visualization of the voltage on the capacitor/inductor helps the students to understand the physical processes involved in these elements and, specifically, to understand the phase’s difference between the components of the AC RLC circuit. The main contribution of the Arduino board is related to its quick feedback and easy handling. This, combined with the didactical methodology we used, helped to foster students’ understanding. However, our results are preliminary and more efforts should be made to support the conclusions of this research.

Orientador: Rui Fragassi Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:57:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coimbra_MaurodeLima_D.pdf: 15872067 bytes, checksum: 7f1014bf507ea74fcb3f45baac3f6ce9 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho visou estender os limites da utilização da técnica de feedforward para amplificadores de microondas, tipicamente para aplicações multi-oitavas. Neste sentido, mostrou-se a viabilidade da sua utilização em circuitos para redes faixa-larga (como as de TV-por-Cabo, por exemplo), como também, em sistemas de comunicações ópticas. Por completitude, o trabalho se inicia, após uma breve introdução, com uma revisão dos conceitos referentes às não-linearidades em amplificadores de potência. Apresenta, também, os métodos mais comuns de análise de circuitos não-lineares, comparando-os quanto às suas vantagens, restrições e condições de utilização. A isto corresponde o Capítulo 2, o Capítulo 3 apresenta os diversos métodos de linearização de amplificadores de microondas, novamente sob uma óptica comparativa. De especial interesse é a Seção 3.2, na qual se discute a técnica de Pré-Distorção em RF. A Sub-Seção 3.2.2 apresenta uma contribuição deste autor a esta técnica, contribuição esta que permitiu simplificar significativamente a sua implementação. As vantagens potenciais da técnica de feedforward ficam patentes, servindo de motivação para o capítulo que se segue. O Capítulo 4 faz uma revisão da técnicafeedforward, apontando, também, os efeitos do comportamento não-ideal dos diversos blocos constituintes deste tipo de sistema, sobre o comportamento total de um amplificador linearizado por esta técnica. No Capítulo 5 são discutidas as formas usuais de implementação desta técnica em amplificadores de microondas. A partir da análise feita destas implementações, propõem-se novas formas de implementação, de forma a não só estender-se o seu funcionamento para operação multi-oitavas, como também, para permitir que seus ajustes e sintonia sejam feitos totalmente por controles elétricos externos. Para tanto, é proposto um método de análise/simulação destes tipos de amplificadores, valendo-se simplesmente de simuladores para circuitos lineares. Por tudo isto, este capítulo é o principal deste trabalho. São utilizados, ou sugeridos, componentes e/ou elementos de circuitos não tão usuais, tendo-se considerado conveniente fazer uma breve descrição de suas caracteristicas principais. O Capítulo 6 descreve o protótipo de validação desenvolvido, bem como os resultados medidos em bancada. As conclusões finais, bem como sugestões para trabalhos futuros, são apresentadas no sétimo (e último) capítulo. O trabalho é complementado por três Anexos / Abstract: The basic aim of the present work was to extend the application limits of the feedforward technique to microwave amplifiers, mainly for multi-octave operation. It has been shown that it is possible to make use of feedforward linearization for broadband networks (such as CATV) and optical communication circuits as well. For the sake of completeness, this work begins, just after a brief introduction, with a review of the foundations of power amplifier nonlinearities. Also, the most usual non-linearity analysis methods are presented, their strong and weak points, and conditions of application, in Chapter 2. In Chapter 3, several linearization methods are discussed and compared. Special attention is paid to Section 3.2, where RF pre-distortion is discussed. Sub-Section 3.2.2 presents this author's contribution to that subject, that results in a simplification of the hardware involved. The potential of the feedforward technique arises, becoming itself a motivation for Chapter 4. The fourth Chapter presents a review of the feedforward technique, pointing out the effects (on the linearized amplifier performance) ofthe non-ideal behavior of each feedforward-system bullding block. Chapter 5 discusses the usual feedforward system concepts, for microwave amplifiers. Starting from this point, different ways of implementation are proposed, aiming at multioctave operation and a fully electrical controlled system. To make this possible, an analysis and simulation method has been proposed, using simply linear circuit simulation software. A design procedure is also presented. This chapter is the core of this thesis. Chapter 6 describes the validation prototype that is developed, together with the measured results. The final conclusions are given on the last chapter, Chapter 7. Three Annexes close the work / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T13:59:41Z No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T14:45:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:45:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) Previous issue date: 2006-08-09 / Esta dissertação apresenta estudos sobre um limitador eletrônico de corrente de curto-circuito (FCL – Fault Current Limiter) ressonante controlado por dispositivos semicondutores de potência. Inicialmente são discutidas a operação de duas topologias de circuitos ressonantes ideais como limitadores de corrente de curto-circuito. A análise desses circuitos é usada para derivar uma topologia alternativa para o limitador baseada da conexão de um circuito ressonante série e outro paralelo. Modelos digitais implementados no pacote de simulação SimPowerSystem/MATLAB são usados para investigar o desempenho do limitador proposto para proteger um sistema elétrico contra correntes de curto-circuito. Funções de transferência dos modelos linearizados dos limitadores são utilizados para identificar o efeito de cada elemento do FCL sobre sua estabilidade e resposta transitória. Os resultados obtidos são usados para modificar a topologia do FCL com objetivo melhorar sua resposta dinâmica. São investigados também sistemas para detecção de falhas e falsas falhas e também um sistema de sincronismo e disparo para os tiristores de potência robusto mediante variações de amplitude e freqüência. / This dissertation presents a study of a resonant fault current limiter (FCL) controlled by power semiconductor devices. Initially the operation of two ideal resonant circuit topologies as fault current limiter are discussed. The analysis of these circuits is used to derive an alternative topology to the fault current limiter based on the connection of a series and a parallel resonant circuit. Digital models are implemented in the SimPowerSystem/Matlab simulation package to investigate the performance of the proposed FCL to protect transmission and distribution electric networks against shortcircuit currents. Transferfunctions of the linear limiter models are used to identify the effect of each element of the FCL over its stability and its transient response. The developed analysis will be used to derive modifications in the FCL topology in such a way to improve their dynamic response. Systems for failures and false failures also are investigated as well as a synchronism and shot system for thyristors of robust power by means of amplitude and frequency variations.

Orientador : Mauro Sergio Miskulin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T05:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Milanez_DalgertiLelis_M.pdf: 3411964 bytes, checksum: 6de7080f3b65fdb40ab96ed873535f94 (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: A Ponte Assimétrica Semi-Controlada com controle de fase e com a inclusão de um filtro RC na entrada. é analisada quanto ao fator de potência e conteúdo de harmônicas das ondas de tensao e corrente. A simulação digital foi efetuada pelo metodo de Runge-Kutta de 4a. ordem o qual mostrou-se inadequado; e por um metodo analítico que serviu de base ao levantamento dos dados para a obtenção das formas de ondas e suas analises. Os resultados da simulação digital foram comparados com as medidas feitas em um prot5tipo com potência reduzida. Demonstra-se que o filtro apresenta viabilidade / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica