הצעה לפתרון מלא — חשמל ואלקטרוניקה לטכנאים
בחינת גמר · אביב תש"ף 2020 · 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 תש"ף 2020. 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 — שיטת זרמי החוגים בשלושה חוגים
נתונים: E = 24 V · R₁ = 20 Ω · R₂ = 20 Ω · R₃ = 40 Ω · R₄ = 20 Ω · R₅ = 20 Ω · R₆ = 40 Ω
💡
מבנה המעגל: מלבן חיצוני שבתוכו שתי מחיצות. המחיצה האנכית האמצעית מכילה את R₃ למעלה ואת R₅ למטה, ונקודת המפגש ביניהן היא הצומת B. המחיצה האופקית האמצעית מכילה את R₁ ואת המקור E, והיא מחברת את הצומת A שעל הקו השמאלי אל B. שלושת החוגים מסומנים באיור בכיוון השעון: חוג 1 למעלה-משמאל, חוג 2 למטה-משמאל, וחוג 3 מימין.
⚠️
קוטביות המקור: באיור, קוטבו החיובי של E פונה שמאלה — אל צד R₁ ואל הנקודה A. לכן במעבר מ-A ל-B נכנסים אל הקוטב החיובי ויוצאים מן השלילי, והפוטנציאל יורד ב-24 V.
סעיף א1 — מערכת המשוואות

בשיטת זרמי החוגים כותבים לכל חוג משוואת מתחים. נגד שמשותף לשני חוגים מופיע בסימן שלילי, מפני ששני החוגים עוברים בו בכיוונים מנוגדים.

חוג 1 — הנגדים שלו הם R₂, R₃ ו-R₁, והוא חולק את R₃ עם חוג 3 ואת R₁ עם חוג 2:

I₁(R₂ + R₃ + R₁) - I₂·R₁ - I₃·R₃ = E

חוג 2 — הנגדים שלו הם R₁, R₅ ו-R₆, והוא חולק את R₁ עם חוג 1 ואת R₅ עם חוג 3. הוא עובר במקור מן הקוטב החיובי אל השלילי, ולכן כא"מ נכנס בסימן שלילי:

-I₁·R₁ + I₂(R₁ + R₅ + R₆) - I₃·R₅ = -E

חוג 3 — הנגדים שלו הם R₃, R₄ ו-R₅, ואין בו מקור כלל:

-I₁·R₃ - I₂·R₅ + I₃(R₃ + R₄ + R₅) = 0
סעיף א2 — שלושת זרמי החוגים

נציב את הערכים ונחלק כל משוואה ב-20:

80I₁ - 20I₂ - 40I₃ = 24 → 4I₁ - I₂ - 2I₃ = 1.2
-20I₁ + 80I₂ - 20I₃ = -24 → -I₁ + 4I₂ - I₃ = -1.2
-40I₁ - 20I₂ + 80I₃ = 0 → -2I₁ - I₂ + 4I₃ = 0

נפתור את המערכת. חיבור המשוואה הראשונה עם השנייה מבטל איברים ומוביל במהירות לתוצאה:

I₁ = 0.3 A ; I₂ = -0.2 A ; I₃ = 0.1 A

הסימן השלילי של I₂ מלמד שזרם החוג השני זורם בפועל נגד כיוון השעון, בניגוד לחץ שסומן באיור.

אימות — נציב את שלושת הזרמים בכל אחת מן המשוואות:

4(0.3) - (-0.2) - 2(0.1) = 1.2 + 0.2 - 0.2 = 1.2 ✓
-(0.3) + 4(-0.2) - (0.1) = -0.3 - 0.8 - 0.1 = -1.2 ✓
-2(0.3) - (-0.2) + 4(0.1) = -0.6 + 0.2 + 0.4 = 0 ✓
סעיף ב — הזרם דרך R₃

הנגד R₃ משותף לחוג 1 ולחוג 3, ולכן הזרם בו הוא הפרש שני זרמי החוגים:

I(R₃) = I₁ - I₃ = 0.3 - 0.1
I(R₃) = 0.2 A כלפי מטה, אל הצומת B
סעיף ג — המתח בין A ל-B

נלך מ-A אל B דרך המחיצה האמצעית. הזרם בה הוא הפרש זרמי החוגים 2 ו-1:

I(A→B) = I₂ - I₁ = -0.2 - 0.3 = -0.5 A
UAB = I(A→B) · R₁ + E = (-0.5) × 20 + 24 = -10 + 24
UAB = 14 V (הנקודה A גבוהה מ-B)

אימות במאזן הספקים: ששת הנגדים בולעים יחד 12 W, והמקור היחיד במעגל מוסר בדיוק 12 W ✓

🧪סימולציה בתוך הדף— שלושת זרמי החוגים
שלוש המשוואות נפתרות בכל הזזה. שימו לב ש-I₂ יוצא שלילי — סימן שהחוג האמצעי זורם הפוך להנחה, וזה בסדר גמור כל עוד עקביים.▶ סימולטור זרמי החוגים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושת זרמי החוגים.
שאלה 2 — אותו זרם בשתי שיטות
נתונים: E = 20 V · IS = 2 A · R₁ = 12 Ω · R₂ = 8 Ω
💡
מבנה המעגל: שלושה ענפים מקבילים בין הפס העליון לפס התחתון. משמאל המקור E בטור עם R₁, באמצע R₂ לבדו, ומימין מקור הזרם IS שחיציו כלפי מעלה. השאלה מבקשת את אותו זרם בשתי שיטות שונות — וזו הזדמנות לוודא את התשובה בעצמנו.
סעיף א — שיטת ההרכבה

שלב ראשון — רק מקור המתח פועל. מקור זרם שאינו פועל מוחלף בנתק, ולכן הענף הימני נמחק. נשארת לולאה פשוטה של R₁ ו-R₂ בטור:

I′(R₂) = ER₁ + R₂ = 2012 + 8 = 1 A כלפי מטה

שלב שני — רק מקור הזרם פועל. מקור מתח שאינו פועל מוחלף בקצר, ולכן R₁ נמתח בין שני הפסים ומופיע במקביל ל-R₂. שני האמפרים מתחלקים ביניהם ביחס הפוך להתנגדויות:

I″(R₂) = IS · R₁R₁ + R₂ = 2 × 1220 = 1.2 A כלפי מטה

שתי התרומות זורמות באותו כיוון, ולכן הן נאספות בחיבור:

I(R₂) = 1 + 1.2
I(R₂) = 2.2 A כלפי מטה
סעיף ב — שיטת מתחי הצמתים

נסמן ב-V את מתח הפס העליון מעל הפס התחתון, ונכתוב את חוק הזרמים בצומת העליון:

20 - V12 + 2 = V8
כפל ב-24: 2(20 - V) + 48 = 3V → 40 - 2V + 48 = 3V
5V = 88 → V = 17.6 V
I(R₂) = 17.68 = 2.2 A ✓
I(R₂) = 2.2 A — אותה תשובה בדיוק
💡
איזו שיטה עדיפה כאן? מתחי הצמתים — מפני שיש רק צומת אחד לא ידוע, ומשוואה אחת מספיקה. ההרכבה דורשת שני מעגלים נפרדים ושתי חלוקות זרם, אך היא מלמדת משהו שהמשוואה מסתירה: כמעט מחצית הזרם ב-R₂ מגיעה ממקור המתח, והשאר ממקור הזרם. השאלה ביקשה את שתיהן בדיוק כדי שהתוצאות יאמתו זו את זו.
🧪סימולציה בתוך הדף— שתי ההרכבות והסכום שלהן
העמודה הראשונה היא תרומת מקור המתח לבדו, השנייה תרומת מקור הזרם, והשלישית סכומן — שהוא בדיוק מה ששיטת הצמתים נותנת. שנו כל פרמטר ובדקו שהשוויון נשמר.▶ סימולטור שיטת ההרכבה
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שתי ההרכבות והסכום שלהן.
שאלה 3 — שלושה ענפים מקביליים בזרם חילופין
נתונים: u(t) = 6√2·sin(1000t) V · R₁ = R₂ = 60 Ω · L₁ = L₂ = 30 mH · C₁ = C₂ = 50 µF
💡
מבנה המעגל: שלושה ענפים מקבילים על המקור. בענף הראשון שני נגדים במקביל זה לזה, בשני שני סלילים בטור, ובשלישי שני קבלים בטור. שימו לב להבדל — הנגדים במקביל והשאר בטור, וזו בדיוק הנקודה שנועדה להכשיל.
סעיף א — שלושת הרכיבים השקולים

המשרעת היא ‏6√2, ולכן הערך היעיל של המקור הוא 6 V, והתדר הזוויתי הוא 1000 רדיאן לשנייה.

R = R₁ · R₂R₁ + R₂ = 60 × 60120 = 30 Ω
L = L₁ + L₂ = 30 + 30 = 60 mH
C = C₁ · C₂C₁ + C₂ = 50 × 50100 = 25 µF
R = 30 Ω ; L = 60 mH ; C = 25 µF

ומכאן שתי העכבות:

XL = ωL = 1000 × 0.06 = 60 Ω
XC = 1ωC = 11000 × 25 · 10-6 = 40 Ω
סעיף ב — שלושת זרמי הענפים

על שלושת הענפים מונח אותו מתח, ולכן כל זרם מתקבל בחלוקה ישירה. נבחר את מתח המקור כציר הייחוס:

IR = 6∠0°30 = 0.2∠0° A = 0.2 A
IL = 6∠0°j60 = 0.1∠-90° A = -j0.1 A
IC = 6∠0°-j40 = 0.15∠90° A = +j0.15 A
IR = 0.2 A ; IL = 0.1∠-90° A ; IC = 0.15∠90° A
💡
שימו לב לסימנים: זרם הסליל מפגר אחרי המתח ב-90° ולכן הוא שלילי-מדומה, וזרם הקבל מקדים ב-90° ולכן חיובי-מדומה. שני הזרמים האלה מנוגדים זה לזה בדיוק, ולכן הם מחסירים זה מזה — וזה מה שיקבע את אופי המעגל.
סעיף ג — הזרם הכולל

חוק הזרמים בצומת העליון, בהצגה המלבנית:

I = IR + IL + IC = 0.2 + j(-0.1 + 0.15) = 0.2 + j0.05
|I| = √(0.22 + 0.052) = 0.206 A ; φ = arctan 0.050.2 = 14.04°
I = 0.206∠14.04° A

הזווית חיובית — הזרם הכולל מקדים את המתח, ולכן המעגל קיבולי. הקבל גבר על הסליל, אף שעכבתו קטנה יותר: במעגל מקבילי, העכבה הקטנה היא זו שמושכת את הזרם הגדול.

סעיף ד — העכבה השקולה
Z = UI = 6∠0°0.206∠14.04°
Z = 29.1∠-14.04° Ω = 28.24 - j7.06 Ω

אימות בדרך המוליכויות, שהיא הדרך הטבעית למעגל מקבילי:

Y = 130 + 1j60 + 1-j40 = 0.0333 + j0.00833 S
|Y| = 0.03436 S → |Z| = 10.03436 = 29.1 Ω ✓
🧪סימולציה בתוך הדף— שלושת זרמי הענפים והסכום הווקטורי
הזרם ההשראותי והקיבולי מנוגדים בדיוק, ולכן הם מבטלים זה את זה חלקית. הזיזו את התדר עד שהם שווים בגודלם — שם המעגל נעשה אוהמי טהור, וזהו תהודה מקבילית.▶ מעבדת התהודה
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושת זרמי הענפים והסכום הווקטורי.
שאלה 4 — עומס תלת-מופעי בחיבור משולש, ומעבר לכוכב
נתונים: UL = 400 V · f = 50 Hz · Z = 16 + j12 Ω בכל מופע
סעיף א — הזרם המופעי והזרם הקווי

בחיבור משולש כל עכבה מחוברת בין שני קווים, ולכן המתח עליה הוא המתח הקווי המלא:

|Z| = √(162 + 122) = √400 = 20 Ω ; φ = arctan 1216 = 36.87°
Iph = UL|Z| = 40020 = 20 A
IL = √3 · Iph = 1.732 × 20 = 34.64 A
Iph = 20 A ; IL = 34.64 A
סעיף ב — מקדם ההספק
cos φ = R|Z| = 1620 = 0.8 מפגר — עומס השראי
סעיף ג — שלושת ההספקים ומשולש ההספקים
P = 3 · Iph2 · R = 3 × 400 × 16 = 19200 W
Q = 3 · Iph2 · X = 3 × 400 × 12 = 14400 var
S = 3 · UL · Iph = 3 × 400 × 20 = 24000 VA
P = 19.2 kW ; Q = 14.4 kvar ; S = 24 kVA

אימות: המשולש חייב להיסגר, והנוסחה הקווית חייבת לתת את אותו הספק מדומה:

√(19.22 + 14.42) = √(368.6 + 207.4) = √576 = 24 kVA ✓
√3 · UL · IL = 1.732 × 400 × 34.64 = 24000 VA ✓

במשולש ההספקים: הניצב האופקי הוא P = 19.2 kW, הניצב האנכי הוא Q = 14.4 kvar כלפי מעלה, והיתר הוא S = 24 kVA. זהו משולש 3-4-5 מוכפל, ולכן כל צלעותיו יוצאות מספרים עגולים.

סעיף ד — אותו עומס בחיבור כוכב

בכוכב כל עכבה מקבלת את המתח המופעי — קטן פי שורש שלוש — ולכן הזרם בה קטן פי שורש שלוש:

Iph(Y) = 400 ÷ √320 = 23120 = 11.55 A
P(Y) = 3 × 11.552 × 16 = 3 × 133.3 × 16
P(Y) = 6400 W = 6.4 kW — שליש מן המשולש
💡
הכלל שכדאי לזכור בעל פה: אותו עומס, אותה רשת — במשולש ההספק גדול פי שלושה מאשר בכוכב. זו הסיבה שמנוע גדול מותנע בכוכב, שבו זרם ההתנעה קטן פי שלושה, ורק כשהוא מגיע למהירות מלאה הוא עובר למשולש.
🧪סימולציה בתוך הדף— משולש ההספקים והמעבר למשולש או לכוכב
החליפו בין החיבורים וראו את שלושת ההספקים משתנים פי שלושה. הקריאה האחרונה מציגה תמיד את החלופה השנייה — כך אפשר להשוות בלי להחליף.▶ מעבדת המערכת התלת-מופעית
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — משולש ההספקים והמעבר למשולש או לכוכב.
פרק שני — אלקטרוניקה א׳ · שאלות 5–8
שאלה 5 — בקרת הספק בטיריסטור
נתונים: RL = 100 Ω · Vin = 220 V יעיל · f = 50 Hz · דופקי הצתה בזוויות 45° ו-225°
💡
מבנה המעגל: טיריסטור (SCR) בטור עם העומס על רשת החילופין. בניגוד לטריאק, הטיריסטור מוליך בכיוון אחד בלבד — מן האנודה אל הקתודה — ולכן זוהי בקרת חצי גל.
⚠️
הדופק בזווית 225° הוא דופק סרק. בזווית הזאת נמצאים באמצע חצי המחזור השלילי, האנודה שלילית ביחס לקתודה, והטיריסטור חסום בכל מקרה — הצתה לא תפעיל אותו. רק דופקי ה-45° עושים משהו, ולכן זווית ההצתה האפקטיבית היא α = 45° והבקרה היא חצי-גלית.
סעיף א — צורות הגלים

המתח על העומס הוא אפס לאורך כל חצי המחזור השלילי, ואפס גם מתחילת חצי המחזור החיובי ועד רגע ההצתה. מרגע ההצתה ועד חציית האפס הוא עוקב אחרי מתח הרשת. התוצאה: פעימה חיובית אחת בכל מחזור, שראשיתה קטומה.

המתח על הטיריסטור הוא ההשלמה: הוא נושא את מלוא מתח הרשת כשהרכיב חסום — הן בחצי המחזור השלילי כולו והן בתחילת החיובי — ונופל לאפס רק בזמן ההולכה. סכום שני המתחים בכל רגע שווה תמיד למתח הרשת.

סעיף ב — המתח וההספק על העומס

נשתמש בנוסחת בקרת חצי הגל בעומס אומי, כפי שהיא מופיעה בנוסחאון:

VL = Vm2 · √( 1π (π - α + sin 2α2) )
Vm = 220 · √2 = 311.1 V ; α = 45° = 0.785 rad ; sin 90° = 1
VL = 311.12 · √( π - 0.785 + 0.5π ) = 155.6 × √0.909 = 155.6 × 0.9534
VL = 148.3 V
P(RL) = VL2RL = 148.32100 = 21993100
P(RL) = 220 W

אימות מן הגרף שבנוסחאון: היחס שבין מתח העומס למתח הרשת הוא 0.674 — ובגרף "בקרת הספק עבור חצי מחזור" זהו בדיוק הערך שמעל זווית ההצתה 45° ✓

💡
נקודת ייחוס שכדאי לזכור: בזווית הצתה אפס — כלומר בלי בקרה כלל — הטיריסטור מוליך חצי מחזור מלא, והיחס הוא 0.707 ולא 1. חצי גל מוסר תמיד רק מחצית מן ההספק, ובקרת הזווית מקצצת ממנו הלאה.
סעיף ג — זווית ההצתה להספק של 100 W

נעבוד אחורה — מן ההספק המבוקש אל המתח, ומן המתח אל היחס:

VL = √(P · RL) = √(100 × 100) = 100 V
VLVin = 100220 = 0.455

נכנסים עם היחס 0.455 אל גרף בקרת ההספק שבנוסחאון וקוראים ממנו את זווית ההצתה:

α ≈ 98°

בדיקה חוזרת בנוסחה: עבור 98° מתקבל 100.0 V ולכן 100.0 W בדיוק ✓ שימו לב שזווית זו כבר עברה את 90°, כלומר הטיריסטור מוצת אחרי שיא הגל — שם כל תוספת זווית מקצצת הרבה יותר הספק.

🧪סימולציה בתוך הדף— צורת הגל וההספק בכל זווית הצתה
החליפו לטריאק וראו את חצי המחזור השני חוזר וההספק מוכפל. הקריאה השלישית עובדת הפוך: היא מחפשת את הזווית שתיתן בדיוק את ההספק שביקשתם.▶ מעבדת אלקטרוניקת ההספק
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — צורת הגל וההספק בכל זווית הצתה.
שאלה 6 — טרנזיסטור כמתג לנורה
נתונים: VCC = 12 V · R = 100 Ω · β = 80 · VBE = 0.8 V · VCE(sat) = 0.5 V
💡
מבנה המעגל: הנורה יושבת בין המקור לבין הקולט, הפולט מוארק, ומפסק S בטור עם RB מזין את הבסיס. הטרנזיסטור אינו עובד כאן כמגבר אלא כמתג: או חסום לגמרי, או רווי לגמרי — ואף פעם באמצע.
סעיף א1 — מצב הטרנזיסטור כשהמפסק פתוח

מפסק פתוח פירושו שאין מסלול כלל אל הבסיס, ולכן זרם הבסיס הוא אפס. בלי זרם בסיס אין זרם קולט:

הטרנזיסטור נמצא בחיתוך (cut-off)
סעיף א2 — הזרם בנורה במצב זה
IC = β · IB = 80 × 0 = 0
I(נורה) = 0 — הנורה כבויה

על הטרנזיסטור נופל כל מתח ההזנה, ‏12 V, ועל הנורה לא נופל דבר.

סעיף ב — הזרם בנורה כשהמפסק סגור

ברוויה נופלים על הטרנזיסטור 0.5 V בלבד, וכל היתר נופל על הנורה:

IC = VCC - VCE(sat)R = 12 - 0.5100 = 11.5100
IC = 0.115 A = 115 mA
סעיף ג — הערך המרבי של הנגד RB

כדי שהטרנזיסטור יהיה רווי דרוש זרם בסיס גדול לפחות כמו זה שמפיק את זרם הקולט הזה:

IB(min) = ICβ = 11580 = 1.44 mA

על הלולאה שבין המקור לבסיס נופלים 0.8 V על המפגש, וכל היתר על RB:

RB(max) = VCC - VBEIB(min) = 12 - 0.81.44 · 10-3 = 11.21.44 · 10-3
RB(max) = 7.79 kΩ
⚠️
למה דווקא ערך מרבי: נגד גדול יותר יזרים פחות זרם בסיס, הטרנזיסטור ייצא מן הרוויה, מפל המתח עליו יגדל והנורה תאיר חלש. נגד קטן יותר רק יעמיק את הרוויה — וזה בטוח. בתכנון מעשי בוחרים בכוונה ערך קטן פי שניים או שלושה מן המרבי, כדי לא להסתמך על β מדויק שמשתנה מרכיב לרכיב ועם הטמפרטורה.
🧪סימולציה בתוך הדף— זרם הנורה כפונקציה של נגד הבסיס
הקו הירוק הוא זרם הרוויה — יותר מזה הנורה לא תקבל. הקו האדום הוא הנגד המרבי; כל נגד משמאלו מבטיח רוויה, וכל נגד מימינו משאיר את הנורה עמומה.▶ מרכז הטרנזיסטורים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — זרם הנורה כפונקציה של נגד הבסיס.
שאלה 7 — שלושה מגברי שרת ומגבר מסכם
נתונים: V₁ = 2 V · V₂ = 1 V · הזנה ±12 V · R₁ = 1 kΩ · R₂ = 2 kΩ · R₃ = 1 kΩ · R₄ = 1 kΩ · R₅ = 1 kΩ · R₆ = 2 kΩ · R₇ = 2 kΩ
⚠️
קוטביות המקור V₁ — כאן נופלים. באיור, קוטבו החיובי של V₁ מחובר לאדמה, ולכן ההדק שיוצא ממנו אל R₁ יושב על -2 V. המקור V₂ מצויר הפוך, עם הקוטב החיובי כלפי מעלה, ולכן הוא מזין את A₂ ב-+1 V. מי שמתעלם מן ההבדל מקבל את כל השאלה בסימן הפוך.
סעיף א — תפקידו של כל מגבר

A₁ — מגבר הופך. הכניסה החיובית מוארקת, האות מגיע דרך R₁ אל השלילית ו-R₂ הוא המשוב. הוא מגדיל את האות פי שניים והופך את סימנו.

A₂ — מגבר לא-הופך. האות מגיע ישירות אל הכניסה החיובית, ורשת R₃ ו-R₄ מחוברת אל השלילית. הוא מגדיל את האות ושומר על סימנו.

A₃ — מגבר מסכם הופך. שני אותות נכנסים אליו דרך R₅ ו-R₆ אל אותה כניסה שלילית, ו-R₇ הוא המשוב. הוא מחבר את שני האותות במשקלים שונים והופך את סימן הסכום.

סעיף ב — שני מתחי המוצא הראשונים
Vo1 = -R₂R₁ · V₁ = -21 × (-2) = +4 V
Vo2 = V₂ · (1 + R₄R₃) = 1 × (1 + 1) = +2 V
Vo1 = +4 V ; Vo2 = +2 V
סעיף ג — מתח המוצא

הכניסה השלילית של A₃ היא אדמה מדומה, ולכן כל אות מזרים דרך הנגד שלו זרם עצמאי, וסכום הזרמים עובר כולו דרך R₇:

Vout = -R₇ · ( Vo1R₅ + Vo2R₆ ) = -2 · ( 41 + 22 )
Vout = -2 × (4 + 1) = -2 × 5
Vout = -10 V

בדיקה חשובה: מתחי ההזנה הם ‎±12 V, והמוצא הגיע ל-‎-10 V — קרוב לגבול אך עדיין בתוכו, ולכן אין חיתוך. תוספת קטנה ב-V₁ הייתה מפילה את המעגל אל הרוויה.

סעיף ד — הערך והקוטביות של V₁ שיאפסו את המוצא

המוצא מתאפס כאשר סכום שני הזרמים בכניסה השלילית הוא אפס. מתח V₂ אינו משתנה, ולכן תרומתו נשארת קבועה:

Vo11 + 22 = 0 → Vo1 = -1 V
Vo1 = -2 · V₁ → V₁ = -1-2 = 0.5 V
V₁ = 0.5 V בקוטביות הפוכה מזו שבאיור

כלומר: במקום ‎-2 V צריך ‎+0.5 V. גם הגודל וגם הסימן משתנים — הקוטב החיובי חייב לפנות אל R₁ ולא אל האדמה.

🧪סימולציה בתוך הדף— ארבעת המתחים והמסכם שבסוף
המגבר האחרון מסכם את שני המוצאים במשקלים שונים. הקריאה הרביעית מחשבת אחורה: איזה V₁ יאפס את המוצא — זה בדיוק סעיף ד.▶ מעבדת מגברי השרת — מסכם הופך
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — ארבעת המתחים והמסכם שבסוף.
שאלה 8 — רשת מעבירת גבוהים, משווה ונורית
נתונים: E = 5 V · C = 10 µF · R = 500 kΩ · R₁ = 20 kΩ · R₂ = 30 kΩ · VLED = 1.5 V · ILED = 10 mA
💡
מבנה המעגל: שלושה חלקים בשרשרת. ראשון — מקור ומפסק. שני — רשת מעבירת גבוהים (קבל בטור, נגד מקביל למוצא), שמוצאה הוא הנקודה A. שלישי — משווה ללא משוב, שהכניסה החיובית שלו מחוברת ל-A והשלילית למתח הייחוס שבנקודה X. במוצא — נגד ונורית.
סעיף א — התנגדות הנגד RL

כשהמוצא גבוה הוא נמצא במתח ההזנה, ‏5 V. על הנורית נופל מפל קבוע וכל היתר נופל על הנגד:

V(RL) = 5 - 1.5 = 3.5 V
RL = 3.510 · 10-3
RL = 350 Ω
סעיף ב — המתחים כשהמפסק פתוח

מתח הייחוס נקבע במחלק המתח בין R₁ ל-R₂, והוא אינו תלוי כלל במפסק:

VX = 5 · R₂R₁ + R₂ = 5 × 3050 = 5 × 0.6
VX = 3 V

מתח המוצא. כשהמפסק פתוח אין אות במבוא, הקבל אינו טעון ועל הנגד R אין מפל — כלומר הנקודה A נמצאת באפס. הכניסה החיובית נמוכה מן השלילית, ולכן המשווה יושב ברוויה התחתונה:

Vo = 0 V — הנורית כבויה
סעיף ג — צורת המתחים אחרי סגירת המפסק

ברגע הסגירה קופץ המבוא מאפס ל-5 V. הקבל אינו מאפשר קפיצה במתח שעליו, ולכן כל הקפיצה עוברת מיד אל הנקודה A, ומשם היא דועכת בקבוע הזמן של הרשת:

τ = R · C = 500 · 103 × 10 · 10-6 = 5 sec
VA(t) = 5 · e-t/5 V

הגרפים. ‏VA קופץ ל-5 V ודועך מעריכית לעבר האפס. ‏Vo קופץ ל-5 V יחד איתו ונשאר שם כל עוד VA גדול מ-3 V; ברגע שהוא יורד מתחת ל-3 V המוצא צונח לאפס ונשאר שם. שני הגרפים מצוירים זה מתחת לזה על אותו ציר זמן, ועל ציר VA מסמנים את קו הסף 3 V.

סעיף ד — מתי תיכבה הנורית

הנורית נכבית ברגע שמתח הנקודה A משתווה למתח הייחוס:

5 · e-t/5 = 3 → e-t/5 = 0.6
t5 = ln 53 = 0.511 → t = 5 × 0.511
t = 2.55 sec
💡
מה המעגל הזה עושה בפועל: הוא הופך שינוי באות המבוא לדופק בעל אורך קבוע. כל עוד המבוא קבוע — גבוה או נמוך — הקבל חוסם והנורית כבויה; רק ברגע המעבר נדלקת הנורית לשתי שניות וחצי. זהו העיקרון של מעגל חד-יציב, והוא משמש בגלאי תנועה, בהתראות ובכל מקום שבו רוצים להגיב לאירוע ולא למצב.
🧪סימולציה בתוך הדף— הפריקה מול סף המשווה
הירוק הוא המתח על הנגד והאדום הוא הסף. הגדילו את R₂ וראו את הסף עולה והנורית נכבית מוקדם יותר; הגדילו את הקבל וראו את הזמן מתארך.▶ מעבדת מגברי השרת — משווה
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — הפריקה מול סף המשווה.
פרק שלישי — אנגלית טכנית · שאלות 9–10
שאלות 9–10 — אנגלית טכנית

שתי השאלות האחרונות נשענות על קטעי קריאה באנגלית: שאלה 9 עוסקת בהגנה על אספקת החשמל — מדוע היא נחוצה, מהי מערכת אל-פסק, מה תפקידה של יחידת המיתוג ומה ההבדל בין שני סוגי האל-פסק; ושאלה 10 בדירוג האטימות IP — מה הקוד מגדיר, מה מייצגות שתי הספרות, פענוח קוד נתון ורמת ההגנה המומלצת. 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.

🏠