בחינת גמר · אביב תשע"ט 2019 · שאלון 733001 · שאלות 1–10
✦ בנוי על ידי פהד גאנם ✦
💡
על המסמך: הצעה לפתרון מלא לשאלון 733001 — חשמל ואלקטרוניקה לטכנאים, מגמת הנדסת חשמל, בקרה ואנרגייה (כיתה י"ג), אביב תשע"ט 2019. בשאלון עשר שאלות, והנבחן עונה על חמש בלבד — שתיים לפחות מן הפרק הראשון. נוסח השאלות הוא של משרד החינוך; הפתרונות נכתבו במלואם ואומתו נומרית על ידי פהד גאנם.
פרק ראשון — תורת החשמל · שאלות 1–4
שאלה 1 — שלושה מקורות מתח ומקור זרם
נתונים: E₁ = 6 V · E₂ = 12 V · E₃ = 8 V · IS = 2 A · R₁ = 10 Ω · R₂ = 12 Ω · R₃ = 6 Ω
💡
מבנה המעגל: הנקודה C מוארקת. על הקו האמצעי יושבים שלושה צמתים — A, B ו-C — ובין A ל-B יושב המקור E₂ לבדו, ובין B ל-C יושב E₃ לבדו. מן A יוצא ענף עליון ובו מפסק, R₁ ו-E₁ עד C. מן B יורד R₂ אל הפס התחתון D, ומן C יורד R₃ אל אותו פס. מקור הזרם מזרים 2 A מן הפס התחתון אל A.
⚠️
המפתח לכל השאלה: שני מקורות המתח שעל הקו האמצעי יושבים בלי נגד בטור. מקור מתח אידאלי מקבע את הפרש הפוטנציאלים בין קצותיו ללא תלות בזרם — ולכן מתחי הצמתים A ו-B ידועים מיד, בלי אף משוואה. הקוטב החיובי של שלושת המקורות מסומן באיור לצד שמאל.
סעיף א — המתח בין A ל-C
נתחיל מן הצומת המוארק ונטפס שמאלה. במעבר מ-B ל-C יוצאים מן הקוטב החיובי של E₃, ולכן הפוטנציאל יורד ב-8 V:
VB - 8 = VC = 0 → VB = 8 V
ובאותו אופן, במעבר מ-A ל-B יורד הפוטנציאל ב-12 V:
VA - 12 = VB = 8 → VA = 20 V
UAC = 20 V
סעיף ב — הזרם דרך R₁
נלך מ-A אל C דרך הענף העליון: מפל על R₁, ואחריו ירידה של 6 V על המקור E₁ — שגם קוטבו החיובי פונה שמאלה:
VA - I(R₁)·R₁ - E₁ = VC
20 - 10 · I(R₁) - 6 = 0 → 10 · I(R₁) = 14
I(R₁) = 1.4 A מ-A ל-C
סעיף ג — ההספק המתפתח על R₂
כדי למצוא את הזרם ב-R₂ דרוש מתח הפס התחתון. נכתוב בו את חוק הזרמים: שני הנגדים מזרימים אליו, ומקור הזרם מוציא ממנו 2 A:
VB - VDR₂ + VC - VDR₃ = IS
8 - VD12 + 0 - VD6 = 2
כפל ב-12: 8 - VD - 2VD = 24 → 3VD = -16
VD = -5.33 V
I(R₂) = 8 - (-5.33)12 = 13.3312 = 1.11 A
P(R₂) = I2 · R₂ = 1.112 × 12 = 1.235 × 12
P(R₂) = 14.8 W
אימות בחוק הזרמים: הזרם דרך R₃ הוא 0.89 A, וסכום שני הזרמים הוא 1.11 + 0.89 = 2 A — בדיוק מה שמקור הזרם מושך ✓
סעיף ד — האם הזרם ב-R₂ ישתנה כשהמפסק ייפתח
לא — הזרם ב-R₂ נשאר 1.11 A בדיוק
הנימוק. הזרם ב-R₂ נקבע על ידי שני מתחים בלבד: מתח הצומת B ומתח הפס התחתון D. נבדוק מה קורה לכל אחד מהם כשהמפסק נפתח:
הצומת B — מתחו נקבע כולו על ידי המקור E₃ ביחס לאדמה, והמקור הזה אינו נוגע כלל בענף העליון. 8 V לפני ו-8 V אחרי.
הפס D — המשוואה שממנה חושב מתחו מכילה רק את R₂, את R₃ ואת מקור הזרם. הענף העליון אינו מופיע בה כלל, ולכן גם היא לא זזה.
💡
מה כן משתנה: לפני פתיחת המפסק התחלקו שני האמפרים של מקור הזרם בין הענף העליון לבין המקור E₂; אחריה כל שני האמפרים זורמים דרך E₂. הזרם בענף העליון יורד מ-1.4 A לאפס — אבל אף אחד מן המתחים במעגל אינו זז, ולכן שאר הזרמים נשארים כשהיו. זו התכונה המיוחדת של מקורות אידאליים בלי נגד בטור.
🧪סימולציה בתוך הדף— שלושת המקורות, הצומת D ומקור הזרם
שני מקורות המתח מקבעים את A ואת B, אבל הצומת D חופשי — ומקור הזרם מושך אותו אל מתחת לאפס. הקטינו את מקור הזרם וראו את V(D) עולה בחזרה.▶ סימולטור מתחי הצמתים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושת המקורות, הצומת D ומקור הזרם.
מבנה המעגל: זהו גשר וויטסטון. שני מחלקי מתח מוזנים במקביל מאותו מקור: העליון הוא R₁ ו-R₃ עם הנקודה A ביניהם, והתחתון הוא R₂ ו-R₄ עם הנקודה B ביניהם. בין A ל-B יושבים RL ומפסק — האלכסון של הגשר.
סעיף א — המתח בין A ל-B כשהמפסק פתוח
כשהמפסק פתוח אין זרם באלכסון, ולכן כל מחלק עובד לבדו ואינו מועמס:
VA = E · R₁R₁ + R₃ = 40 × 2060 = 13.33 V
VB = E · R₂R₂ + R₄ = 40 × 3080 = 15 V
UAB = VA - VB = 13.33 - 15
UAB = -1.67 V (הנקודה B גבוהה מ-A)
סעיף ב1 — ערך הנגד RL להספק מרבי
לפי משפט ההספק המרבי, עומס מקבל הספק מרבי כאשר התנגדותו שווה להתנגדות הפנימית של המקור השקול. נמצא את התנגדות תבנין הנראית מן ההדקים A ו-B, כשמקור המתח מקוצר:
בקיצור המקור נמתחים שני הפינים החיצוניים זה על זה. אז R₁ מופיע במקביל ל-R₃, R₂ במקביל ל-R₄, ושתי הקבוצות בטור:
מתח תבנין הוא המתח שמדדנו בסעיף א׳ כשהמפסק היה פתוח. בהתאמה מלאה נופלת מחציתו על העומס:
Pmax = Uth24 · Rth = 1.6724 × 32.08 = 2.78128.3
Pmax = 21.6 mW
💡
מדוע ההספק כה זעום: הגשר כמעט מאוזן — הפרש המתחים באלכסון הוא פחות משני וולט, בעוד שהמקור מספק 40 V. גשר מדידה בנוי בדיוק כך: הוא אינו נועד למסור הספק אלא למדוד סטייה קטנה מאיזון, וככל שהוא מדויק יותר כך ההספק באלכסון קטן יותר.
סעיף ג — ערך R₂ שיאפס את הזרם באלכסון
הזרם באלכסון מתאפס כאשר שתי הנקודות נמצאות באותו פוטנציאל — כלומר כששני המחלקים מחלקים באותו יחס. זהו תנאי איזון הגשר:
R₁R₁ + R₃ = R₂R₂ + R₄ → 2060 = R₂R₂ + 50
R₂ + 50 = 3R₂ → 2R₂ = 50
R₂ = 25 Ω
בדיקה: עם R₂ = 25 Ω מתקבל VB = 40 × 25 ÷ 75 = 13.33 V — בדיוק כמו VA, והאלכסון מת ✓
💡
התנאי בצורתו המוכרת: אפשר לכתוב את אותו תנאי גם כמכפלת אלכסונים: מכפלת R₁ ב-R₄ שווה למכפלת R₂ ב-R₃. כאן שתי המכפלות יוצאות 1000 ✓ זו הצורה שכדאי לזכור, מפני שהיא אינה תלויה כלל במתח המקור ולא בהתנגדות האלכסון — וזה מה שהופך את הגשר לכלי מדידה מדויק.
🧪סימולציה בתוך הדף— עקומת ההספק על העומס שבאלכסון
הזיזו את R₂ אל 25 אוהם וראו את מתח הגשר מתאפס — ואיתו כל ההספק. זהו עקרון גשר המדידה: מאזנים עד שהמחוון מראה אפס.▶ מעבדת גשר וויטסטון
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — עקומת ההספק על העומס שבאלכסון.
מבנה המעגל: מן המקור יוצא ענף ראשי ובו R₁, ובו זורם i₁. הענף מגיע לצומת. משם יורד ענף ובו R₃ ו-XL בטור (הזרם i₂), ויוצא ענף שני ובו R₂ ו-XC בטור (הזרם i₃). שניהם נסגרים על הפס התחתון.
⚠️
המספר 45 הוא משרעת, לא ערך יעיל. פאזור נכתב תמיד בערך היעיל, ולכן קודם מחלקים בשורש שתיים: U = 31.82∠60° V.
סעיף א — העכבה השקולה
Z₂ = R₃ + jXL = 4 + j16 = 16.49∠75.96° Ω
Z₃ = R₂ - jXC = 16 - j4 = 16.49∠-14.04° Ω
💡
שימו לב למה שקרה כאן. לשתי העכבות בדיוק אותו גודל — 16.49 Ω — והזוויות שלהן רחוקות זו מזו בדיוק ב-90°. שני הענפים ניצבים זה לזה במישור המרוכב, ומכאן ואילך כל התוצאות ייצאו עגולות להפליא.
הניצב האופקי הוא P = 67.5 W, הניצב האנכי הוא Q = 33.75 var ומצויר כלפי מעלה מפני שהמעגל השראי, והיתר הוא S = 75.47 VA. הזווית שביניהם היא 26.57° — בדיוק זווית העכבה השקולה. מכיוון ש-Q הוא בדיוק מחצית מ-P, המשולש הזה הוא 1-2-√5.
🧪סימולציה בתוך הדף— שני זרמים שווים בגודלם וניצבים זה לזה
שתי העכבות שוות בגודלן והזוויות שלהן משלימות ל-90°, ולכן שני הזרמים יוצאים שווים וניצבים. בציור זה נראה מיד — שני חצים באותו אורך בזווית ישרה.▶ מעבדת המספרים המרוכבים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שני זרמים שווים בגודלם וניצבים זה לזה.
שאלה 4 — שני עומסים תלת-מופעיים במקביל
נתונים: UL = 400 V · f = 50 Hz · Z₁ = 4 Ω במשולש · Z₂ = 6 + j9 Ω בכוכב
💡
מבנה המעגל: שני צרכנים תלת-מופעיים סימטריים תלויים על אותה רשת. הראשון, Z₁, מחובר במשולש — שלוש עכבות המחוברות בין הקווים. השני, Z₂, מחובר בכוכב — שלוש עכבות היוצאות מן הקווים אל נקודה משותפת.
סעיף א1 — הזרמים הקוויים של כל צרכן
נבחר את המתח המופעי של הקו R כציר הייחוס:
Uph = 400√3 = 231∠0° V
הצרכן במשולש. הדרך הנוחה ביותר היא להמיר אותו לכוכב שקול, שבו כל עכבה קטנה פי שלושה — ואז שני הצרכנים מדוברים באותה שפה:
Z₁(Y) = Z₁3 = 43 = 1.33 Ω
I₁ = 231∠0°1.33 = 173.2∠0° A
הזווית אפס מפני ש-Z₁ נגד טהור, ולכן הזרם בו בפאזה עם המתח.
הקו מזין את שני הצרכנים, ולכן הזרם בו הוא הסכום הווקטורי של שני הזרמים. החיבור בהצגה מלבנית:
I₁ = 173.2 + j0 ; I₂ = 11.84 - j17.76
IR = 185.05 - j17.76
|IR| = √(185.052 + 17.762) = 185.9 A ; φ = -5.48°
IR = 185.9∠-5.48° A
⚠️
סכום שני הזרמים בערכם המספרי הוא 194.5 A, אבל הזרם בפועל הוא 185.9 A בלבד. הפרש של כמעט תשעה אמפרים נעלם — מפני שזרמי חילופין מתחברים וקטורית ולא אריתמטית. חיבור פשוט של גדלים הוא הטעות הנפוצה ביותר בשאלה כזאת.
סעיף ב — שלושת ההספקים של המקור
נחשב כל צרכן בנפרד ונסכם. ההספק הפעיל והריאקטיבי מתחברים כל אחד בנפרד — אלה כן מתחברים אריתמטית:
P₁ = 3 · UL2Z₁ = 3 × 1600004 = 120000 W ; Q₁ = 0
P₂ = 3 · I₂2 · 6 = 3 × 455.8 × 6 = 8205 W
Q₂ = 3 · I₂2 · 9 = 3 × 455.8 × 9 = 12308 var
P = 120000 + 8205 = 128205 W
Q = 0 + 12308 = 12308 var
S = √(P2 + Q2) = √(1.644·1010 + 1.515·108)
P = 128.2 kW ; Q = 12.31 kvar ; S = 128.8 kVA
אימות בנוסחה הקווית, שאינה עוברת דרך הצרכנים כלל:
S = √3 · UL · IR = 1.732 × 400 × 185.9 = 128800 VA ✓
סעיף ג — מה יקרה אם Z₁ תהפוך לקיבולית
הזרם בקו יקטן — מ-185.9 A ל-155.9 A
הנימוק. הצרכן בכוכב הוא השראותי, וזרמו נושא רכיב מדומה שלילי של -17.76 A. כל עוד Z₁ נגד טהור אין לה רכיב מדומה כלל, והרכיב השלילי הזה נשאר בזרם הקו. אם Z₁ תהפוך לקיבולית טהורה, זרמה יהיה 173.2∠+90° A — רכיב מדומה חיובי גדול — והוא יבלע את הרכיב השלילי של הכוכב ויוסיף עליו:
זהו בדיוק העיקרון של תיקון מקדם ההספק — הוספת קיבול מקבילי לעומס השראותי מקטינה את זרם הקו בלי לגעת בהספק הפעיל. כאן ההשפעה קיצונית מפני שהקיבול ענק, ולכן הזרם עבר את נקודת המינימום והתחיל לגדול שוב לכיוון הקיבולי. בתיקון מקדם הספק אמיתי בוחרים את הקיבול כך שייעצר בדיוק בתחתית.
🧪סימולציה בתוך הדף— שני הצרכנים והזרם בקו ההזנה
החליפו את אופי Z₁ לקיבולי וראו את הזרם בקו נופל מ-186 ל-156 אמפר בלי שההספק הממשי ישתנה — זה בדיוק מה שעושה תיקון מקדם ההספק.▶ מעבדת המערכת התלת-מופעית
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שני הצרכנים והזרם בקו ההזנה.
פרק שני — אלקטרוניקה א׳ · שאלות 5–8
שאלה 5 — בקרת הספק בטריאק בזווית 90°
נתונים: RL = 60 Ω · Vin = 220 V יעיל · f = 50 Hz
💡
מבנה המעגל: טריאק בטור עם העומס על רשת החילופין, ומערכת בקרה מזינה את השער. הטריאק מוליך בשני כיווני הזרם, ולכן מערכת הבקרה שולחת דופק בכל חצי מחזור — וזוהי בקרת גל שלם.
סעיף א — זווית ההצתה וצורות הגלים
מן הגרפים עולה שדופקי ההצתה מגיעים ברגעים 5, 15, 25 ו-35 מילישניות — כלומר בדיוק בשיאי הגל. מחזור שלם ברשת של 50 הרץ נמשך 20 msec וחצי מחזור נמשך 10 msec, שהם 180°:
α = 510 × 180° = 90°
המתח על העומס הוא אפס מתחילת כל חצי מחזור ועד השיא, ומן השיא ואילך הוא עוקב אחרי מתח הרשת עד חציית האפס. התוצאה: הרבע הראשון של כל חצי גל נמחק, והרבע השני נשאר — בשני הכיוונים.
המתח על הטריאק הוא ההשלמה המדויקת: הוא נושא את מלוא מתח הרשת ברבע הראשון ונופל לאפס ברבע השני. סכום שני המתחים בכל רגע שווה תמיד למתח הרשת.
סעיף ב — המתח היעיל על העומס
נשתמש בנוסחת בקרת הגל השלם בעומס אומי. בזווית של 90° הסינוס של הזווית הכפולה מתאפס, והנוסחה מתקצרת מאוד:
תוצאה שכדאי לזכור: הצתה בשיא הגל מותירה בדיוק מחצית מן ההספק. המתח יורד לפי שורש שתיים — 70.7 אחוזים — וההספק, שתלוי בריבוע המתח, יורד למחצית מדויקת. זו נקודת האמצע של כל בקרת הספק, וממנה נוח לאמוד כל זווית אחרת.
סעיף ג — ההספק על העומס
P(RL) = VL2RL = 155.6260 = 2420060
P(RL) = 403.3 W
בדיקה: ללא בקרה כלל היה העומס צורך 220² ÷ 60 = 806.7 W — בדיוק פי שניים, כפי שציפינו ✓
🧪סימולציה בתוך הדף— צורת הגל בזווית תשעים מעלות
בזווית תשעים מעלות בדיוק חצי מן ההספק מגיע לעומס — לא חצי מן המתח. הזיזו את ההשהיה וראו כמה לא-ליניארי הקשר בין הזווית להספק.▶ מעבדת אלקטרוניקת ההספק
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — צורת הגל בזווית תשעים מעלות.
מבנה המעגל: המעגל מחולק באיור לשלוש מסגרות מקווקוות. מסגרת I מכילה מגבר יחיד בלי אף נגד, מסגרת II מכילה מגבר עם נגד מבוא ונגד משוב, ומסגרת III מקבלת שני אותות דרך שני נגדים אל אותה כניסה.
סעיף א — תפקידו של כל מעגל
מעגל I — עוקב מתח (מגבר בידוד). המוצא מחובר ישירות אל הכניסה השלילית, בלי שום נגד, והאות נכנס אל החיובית. ההגבר הוא בדיוק אחד. תפקידו אינו להגביר אלא לבודד: הוא מציג למקור התנגדות אינסופית ולשלב הבא מקור אידאלי, ומונע מן השלב הבא להעמיס על המקור.
מעגל II — מגבר הופך. הכניסה החיובית מוארקת, האות מגיע דרך R₁ אל השלילית ונגד המשוב סוגר את הלולאה. הוא מגדיל את האות פי שניים והופך את סימנו.
מעגל III — מגבר מסכם הופך. שני אותות נכנסים דרך שני נגדים אל אותה כניסה שלילית, שהיא אדמה מדומה. כל אות מזרים זרם עצמאי, וסכום הזרמים עובר דרך נגד המשוב — ולכן המוצא הוא סכום משוקלל של שני האותות, בסימן הפוך.
סעיף ב — שלושת מתחי המוצא
Vo1 = V₁ = 3 V — עוקב מתח
Vo2 = -2R₁ · V₂ = -21 × 3 = -6 V
במגבר המסכם, שני הנגדים שווים (2 kΩ) ונגד המשוב כפול מהם (4 kΩ):
Vo = -4 · ( Vo12 + Vo22 ) = -4 · ( 32 + -62 )
Vo = -4 × (1.5 - 3) = -4 × (-1.5)
Vo1 = 3 V ; Vo2 = -6 V ; Vo = +6 V
💡
מה המעגל כולו עושה: מכיוון ששני נגדי המבוא שווים, המגבר המסכם למעשה מחשב את הסכום של שני האותות ומכפיל אותו בשניים, בסימן הפוך. וכיוון שהשלב השני כבר הפך את V₂, התוצאה הכוללת היא הפרש מוגבר בין שני מתחי המקור — מערכת שתפקידה למדוד הפרש בין שני חיישנים.
סעיף ג — הזרם בנגד המשוב של מעגל III
⚠️
הערה על סימון הנגדים: באיור מסומן R₄ פעמיים — גם נגד המשוב של מעגל II (2 kΩ) וגם נגד המשוב של מעגל III (4 kΩ). זו אי-דיוק בשאלון. הפתרון שלהלן מתייחס לנגד המשוב של מעגל III, שהוא הרלוונטי לשרשרת; הזרם בנגד המשוב של מעגל II הוא 3 mA.
הכניסה השלילית של המגבר המסכם היא אדמה מדומה. נחשב את שני זרמי המבוא ואת סכומם:
I(R₂) = Vo1 - 02 kΩ = 32 kΩ = 1.5 mA אל הצומת
I(R₃) = Vo2 - 02 kΩ = -62 kΩ = -3 mA מן הצומת
ΣI = 1.5 - 3 = -1.5 mA
הכניסה עצמה אינה בולעת זרם, ולכן החוסר הזה חייב להגיע מנגד המשוב:
I = 1.5 mA — מן המוצא אל הכניסה השלילית
אימות ישיר דרך נגד המשוב עצמו:
I = Vo - 04 kΩ = 64 kΩ = 1.5 mA ✓
🧪סימולציה בתוך הדף— שלושה תפקידים בשרשרת אחת
הראשון עוקב, השני הופך, והשלישי מסכם את שניהם. שימו לב שהמוצא יוצא חיובי אף שהמסכם הופך — מפני שסכום שני הכניסות שלו שלילי.▶ מעבדת מגברי השרת — מסכם הופך
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושה תפקידים בשרשרת אחת.
לולאת המבוא: על המפגש בסיס-פולט נופלים 0.6 V וכל היתר על RB:
IB = 15 - 0.6640 kΩ = 14.4640 kΩ = 22.5 µA
IC = β · IB = 100 × 22.5 µA = 2.25 mA
VCE = VCC - IC · RC = 15 - 2.25 × 4 = 15 - 9
IC = 2.25 mA ; VCE = 6 V
💡
בדיקת שפיות: נקודת העבודה יושבת על 6 V מתוך 15 — כ-40 אחוזים מתחום ההזנה, רחוק גם מן הרוויה וגם מן החיתוך. זו נקודת עבודה בריאה למגבר אותות קטנים.
סעיף ב — מעגל תמורה לאות חילופין
במעגל התמורה מקצרים את מקור ההזנה ואת שני הקבלים. מה שנשאר:
hie = 1 kΩ בין הבסיס לפולט
β · ib = 100 · ibמקור זרם מבוקר בקולט
RC ∥ RL = 4 ∥ 4 העומס האפקטיבי
קיצור מקור ההזנה מוריד את הקצה העליון של RC אל האדמה, ולכן הוא מופיע במקביל ל-RL. שני הנגדים שווים, ולכן העומס האפקטיבי הוא בדיוק מחצית:
Rac = 4 × 48 = 2 kΩ
סעיף ג — הגבר המתח
AV = -β · Rachie = -100 × 21
AV = -200
סימן המינוס מציין היפוך פאזה של 180° בין המבוא למוצא — תכונה קבועה של מגבר בפולט משותף.
סעיף ד — ההגבר בדציבלים
בהמרה לדציבלים לוקחים את גודל ההגבר בלבד; הסימן אינו עובר לסולם הלוגריתמי:
AV[dB] = 20 · log(|AV|) = 20 · log(200)
log 200 = 2.301 → 20 × 2.301
AV = 46 dB
💡
שתי נקודות ייחוס שמקצרות כל חישוב דציבלים: הכפלה פי עשרה היא 20 dB, והכפלה פי שניים היא 6 dB. מכאן 200 הוא 100 כפול 2, כלומר 40 + 6 = 46 dB — בלי מחשבון.
🧪סימולציה בתוך הדף— קו העומס וההגבר בדציבלים
הקריאה החמישית מתרגמת את ההגבר לדציבלים. שימו לב: הכפלת ההגבר מוסיפה שישה דציבלים בלבד — הסולם לוגריתמי, ולכן מספרים גדולים נראים בו צנועים.▶ מעבדת המגבר בפולט משותף
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — קו העומס וההגבר בדציבלים.
שאלה 8 — רשת מעבירת נמוכים ותגובתה לדופק
נתונים: R = 1 kΩ · C = 0.05 µF · דופק 6 V בין 50 ל-150 µsec
💡
מבנה המעגל: נגד בטור וקבל במקביל למוצא. בתדר אפס הקבל חוסם והאות עובר במלואו, ובתדר גבוה עכבתו שואפת לאפס והוא מקצר את המוצא — זוהי רשת מעבירת נמוכים. במישור הזמן היא נקראת מעגל מאנך, והמוצא הוא מתח הקבל, שאינו יכול לקפוץ.
סעיף א — צורת מתח המוצא
τ = R · C = 1 · 103 × 0.05 · 10-6 = 50 µsec
עד 50 µsec המבוא אפס והקבל ריק, ולכן המוצא אפס.
בין 50 ל-150 µsec המבוא הוא 6 V והקבל נטען לעברם בעקומה מעריכית. משך הדופק הוא 100 µsec, שהם בדיוק שני קבועי זמן — ולכן הקבל מספיק להגיע לכ-86 אחוזים ולא לגמרי אל 6 V.
אחרי 150 µsec המבוא חוזר לאפס, והקבל מתפרק דרך הנגד מן הערך שאליו הגיע.
⚠️
ההבדל מרשת מעבירת גבוהים: כאן המוצא אינו קופץ אף פעם — מתח על קבל משתנה תמיד ברציפות. הגרף הוא שתי עקומות מעריכיות רציפות, בלי אף קפיצה אנכית, וזה מה שמבדיל אותו מיד מגרף של מעגל גוזר.
סעיף ב1 — מתח המוצא ברגע 150 µsec
Vout(t) = 6 · (1 - e-(t-50)/50) V
Vout(150) = 6 · (1 - e-2) = 6 × (1 - 0.135)
Vout(150 µsec) = 5.19 V
סעיף ב2 — מתח המוצא ברגע 250 µsec
מרגע 150 µsec מתחיל הקבל להתפרק מן הערך 5.19 V לעבר האפס, וחלפו עוד 100 µsec — שוב שני קבועי זמן:
Vout(t) = 5.19 · e-(t-150)/50 V
Vout(250) = 5.19 · e-2 = 5.19 × 0.135
Vout(250 µsec) = 0.70 V
סעיף ג1 — מעגל שקול עם סליל
כדי לקבל אותו מוצא בדיוק ברשת נגד-סליל צריך שהרכיב שמופיע במקביל למוצא יתנהג כמו קבל — כלומר שעכבתו תקטן עם התדר. ברשת נגד-סליל התפקידים מתהפכים:
סליל בטור עם המבוא, ונגד במקביל למוצא
בתדר אפס הסליל הוא קצר והאות עובר במלואו אל הנגד; בתדר גבוה עכבתו גדלה והוא חוסם. זו בדיוק ההתנהגות של רשת מעבירת נמוכים, והמוצא נמדד על הנגד.
סעיף ג2 — ערך הנגד
שתי הרשתות ייתנו אותו גרף בדיוק אם ורק אם קבוע הזמן שלהן זהה. ברשת נגד-סליל קבוע הזמן הוא מנה ולא מכפלה:
τ = LR = 50 µsec → R = Lτ = 0.550 · 10-6
R = 10 kΩ
💡
שימו לב לכיוון ההשפעה ההפוך. ברשת נגד-קבל הגדלת הנגד מאיטה את התהליך, וברשת נגד-סליל היא מזרזת אותו. זו הסיבה שהנגד כאן יצא גדול פי עשרה מן המקורי — כדי לפצות על סליל גדול מאוד יחסית.
🧪סימולציה בתוך הדף— הטעינה בזמן הדופק והפריקה אחריו
הדופק נמשך שני קבועי זמן בדיוק, ולכן הקבל מספיק להגיע רק ל-86 אחוז. הגדילו את הקבל וראו את הפסגה יורדת — הרשת מחליקה את הדופק עד שכמעט לא נשאר ממנו דבר.▶ מעבדת רשתות RC
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — הטעינה בזמן הדופק והפריקה אחריו.
פרק שלישי — אנגלית טכנית · שאלות 9–10
שאלות 9–10 — אנגלית טכנית
שתי השאלות האחרונות נשענות על קטעי קריאה באנגלית: שאלה 9 עוסקת בבידוד חשמלי — כיצד מגנים על עובדים ברשת חיה, מדוע נגרמות תקלות בידוד, אילו סיכונים הן יוצרות ומה חווה אדם שהתחשמל; ושאלה 10 במדידה וניטור ברשת החשמל — תרומתן לאחזקה, מה המערכת צריכה להבטיח, כיצד היא תורמת לרציפות האספקה ואילו גורמים חיצוניים פוגעים בה. הנבחן עונה על אחת מהן בלבד.
💡
שלושה כללים שמזכים בניקוד המלא: עונים בעברית ולא באנגלית; מסתמכים רק על הכתוב בקטע ולא על ידע כללי; ולכל סעיף מציינים את מספרי השורות שעליהן מבוססת התשובה — סעיף בלי מספרי שורות מאבד ניקוד גם אם תוכנו נכון.
מכיוון שהתשובות נגזרות ישירות מנוסח הקטעים, אין כאן פתרון מספרי לצטט. עברו על הקטע, סמנו בו את השורות הרלוונטיות לכל סעיף, וכתבו תשובה קצרה ומדויקת המפנה אליהן.