בחינת גמר · אביב תשפ"ו 2026 · 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 תשפ"ו 2026. בשאלון שלושה פרקים ובהם עשר שאלות, והנבחן עונה על חמש בלבד: לפחות אחת מן הפרק הראשון, לפחות אחת מן הפרק השני ואחת בלבד מן הפרק השלישי. נוסח השאלות הוא של משרד החינוך; הפתרונות נכתבו במלואם ואומתו נומרית על ידי פהד גאנם.
פרק ראשון — תורת החשמל · שאלות 1–4
שאלה 1 — זרמי חוגים: מקור זרם ושלושה מקורות מתח
נתונים: R₁ = 10 Ω · R₂ = 4 Ω · R₃ = 12 Ω · R₄ = 3 Ω · R₅ = 5 Ω · I = 2 A · E₂ = 16 V · E₃ = 30 V · E₄ = 12 V
💡
קריאת המעגל: שלושת החוגים מסומנים באיור בכיוון השעון. מקור הזרם יושב בענף השמאלי לבדו, ולכן הוא קובע את זרם החוג הראשון ואין צורך לכתוב עבורו משוואה: I₁ = 2 A. הנגד R₁ נמצא בטור עם מקור זרם אידאלי, ולכן אינו משפיע על אף אחד מן הזרמים.
סעיף א — הזרם דרך R₅
נכתוב משוואת מתחים לחוג השני ולחוג השלישי. הנגד R₂ משותף לחוג הראשון ולשני, והנגד R₅ משותף לשני ולשלישי — ובשניהם החוגים עוברים בכיוונים מנוגדים, ולכן האיבר המשותף נכנס בסימן שלילי:
-I₁·R₂ + I₂·(R₂ + R₃ + R₅) - I₃·R₅ = -E₃ - E₂
-I₂·R₅ + I₃·(R₄ + R₅) = -E₄
נציב את הנתונים. שימו לב לאיבר הראשון: הוא נושא את R₂ = 4 Ω — הנגד המשותף לחוג הראשון ולשני — ולא את R₁:
-2 · 4 + I₂·(4 + 12 + 5) - I₃ · 5 = -30 - 16
21·I₂ - 5·I₃ = -46 + 8 = -38
-5·I₂ + 8·I₃ = -12
נחלץ את I₂ מן המשוואה השנייה ונציב בראשונה:
I₂ = 8·I₃ + 125
21 · 8·I₃ + 125 - 5·I₃ = -38
168·I₃ + 252 - 25·I₃ = -190 → 143·I₃ = -442
I₂ = -2.55 A ; I₃ = -3.09 A
הסימן השלילי בשני הזרמים מלמד ששניהם זורמים בפועל בכיוון ההפוך לזה שסומן באיור. הנגד R₅ משותף לשני החוגים, ולכן הזרם דרכו הוא הפרש זרמי החוגים:
I(R₅) = I₂ - I₃ = -2.55 - (-3.09) = 0.55 A
I(R₅) = 0.55 A — מ-B ל-C
אימות עצמאי בשיטת מתחי הצמתים: אם נקבע VC = 0, מתקבל VA = 2.18 V ו-VB = 2.73 V. הנקודה B גבוהה מ-C, ולכן הזרם ב-R₅ אכן זורם מ-B ל-C, וגודלו הוא המתח 2.73 V מחולק בהתנגדות 5 Ω — כלומר 0.55 A ✓
סעיף ב — המתח UAB
נלך מ-A ל-B דרך הענף הימני, הכולל את R₃ ואת המקור E₃. הזרם בענף זה הוא I₂:
הנגד R₄ נמצא בחוג השלישי בלבד, ולכן הזרם דרכו הוא I₃ במלואו:
P(R₄) = I₃2 · R₄ = 3.092 × 3 = 9.55 × 3
P(R₄) = 28.7 W
🧪סימולציה בתוך הדף— שני זרמי החוגים והזרם המשותף
שני החוגים נפתרים מחדש בכל הזזה. שימו לב שהזרם ב-R₅ הוא הפרש בין שני זרמי החוגים, ולכן די בשינוי קטן ב-E₄ כדי להפוך את כיוונו.▶ סימולטור זרמי החוגים המלא
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שני זרמי החוגים והזרם המשותף.
שאלה 2 — מעגל מגנטי עם שני סלילים
נתונים: μr = 700 · N(AB) = 500 · N(CD) = 800 · ℓ = 0.5 m · A = 1 · 10-4 m2 · I(AB) = 2 A
סעיף א — כיוון הזרם בסליל AB
השטף באיור מסומן בכיוון אחד סביב הליבה. לפי כלל יד ימין — כאשר האצבעות מתעקלות בכיוון הזרם בליפופים, האגודל מצביע בכיוון השטף בתוך הליבה — הזרם המייצר את השטף המסומן זורם בסליל מ-A ל-B.
הזרם בסליל AB זורם מ-A ל-B
סעיף ב — השטף המגנטי Φ
נחשב תחילה את ההתנגדות המגנטית של המסלול. היא תלויה באורך המסלול, בשטח החתך ובחדירות החומר:
Rm = ℓμ₀ · μr · A = 0.54π · 10-7 × 700 × 1 · 10-4
Rm = 5.684 · 106 A/Wb
הכוח המניע המגנטי שמייצר הסליל AB הוא מכפלת מספר הכריכות בזרם, והשטף הוא היחס בינו לבין ההתנגדות המגנטית:
Fm = N(AB) · I(AB) = 500 × 2 = 1000 At
Φ = FmRm = 10005.684 · 106 = 1.76 · 10-4 Wb
Φ = 0.176 mWb
סעיף ג — הזרם בסליל CD לאיפוס השטף
כדי שהשטף בליבה יתאפס, על הכוח המניע המגנטי של הסליל CD להיות שווה בגודלו ומנוגד בכיוונו לזה של הסליל AB:
N(AB) · I(AB) = N(CD) · I(CD)
500 × 2 = 800 × I(CD)
I(CD) = 1.25 A — מ-C ל-D
💡
מדוע דווקא מ-C ל-D: שני הסלילים יושבים על שוקיים נגדיות של הליבה. לפי צורת הליפוף באיור, זרם הזורם מ-C ל-D מייצר שטף המקיף את הליבה בכיוון ההפוך לזה שמייצר הזרם מ-A ל-B — ולכן שני הכוחות המגנטיים מבטלים זה את זה. הגודל 1.25 A נובע ישירות מיחס הכריכות: פי 1.6 יותר כריכות מחייבות פי 1.6 פחות זרם.
🧪סימולציה בתוך הדף— השטף כפונקציה של זרם הסליל
הקו הכחול הוא השטף שנוצר, והנקודה הכתומה היא נקודת העבודה. הקטינו את המוליכות היחסית או האריכו את המסלול וראו את המיאון גדל והשטף נופל. הקו האדום הוא רוויית הברזל — בערכי השאלון הליבה כבר מעליה.▶ מעבדת המגנטיות
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — השטף כפונקציה של זרם הסליל.
קריאת הקוטביות — כאן נופלים: באיור שני המקורות מצוירים באותו כיוון בדיוק, והקוטב החיובי של שניהם פונה כלפי מעלה אל הנקודה A. לכן שני מקורות הזרם השקולים פועלים באותו כיוון וזרמיהם מתחברים. חיסור במקום חיבור כאן משנה את כל תוצאות השאלה.
סעיף א1 — המרה למקורות זרם ומעגל התמורה
מקור מתח בטור עם נגד שקול למקור זרם במקביל לאותו נגד. עוצמת מקור הזרם היא מתח המקור חלקי הנגד:
IS1 = E₁R₁ = 205 = 4 A
IS2 = E₂R₂ = 4020 = 2 A
מעגל התמורה: שני מקורות הזרם מזרימים באותו כיוון, ושלושת הנגדים R₁, R₂ ו-R₃ מחוברים כולם במקביל בין A ל-B.
סעיף א2 — המתח UAB וקוטביותו
IT = IS1 + IS2 = 4 + 2 = 6 A
RT = 11⁄5 + 1⁄20 + 1⁄12 = 10.3333 = 3 Ω
UAB = IT · RT = 6 × 3
UAB = 18 V — הנקודה A חיובית ביחס ל-B
סעיף ב — ההספק על העומס RL
נחזור למקור מתח שקול: מקור של 18 V בטור עם 3 Ω. העומס מתחבר בין A ל-B, ולכן הוא בטור עם ההתנגדות הפנימית:
1. עומס של 9 Ω:
I(RL1) = UABRT + RL1 = 183 + 9 = 1.5 A
P(RL1) = I2 · RL1 = 1.52 × 9
P(RL1) = 20.25 W
2. עומס של 15 Ω:
I(RL2) = 183 + 15 = 1 A
P(RL2) = 12 × 15
P(RL2) = 15 W
סעיף ג — ההתנגדות להספק מרבי
ההספק על העומס מרבי כאשר התנגדותו שווה להתנגדות הפנימית של המקור השקול — זהו תנאי התאמת העכבות:
RL = RT = 3 Ω
I = 183 + 3 = 3 A
Pmax = 32 × 3 = 27 W
אפשר להגיע לאותה תוצאה גם ישירות מן הנוסחה של ההספק המרבי:
Pmax = UAB24 · RT = 1824 × 3 = 32412 = 27 W ✓
RL = 3 Ω ; Pmax = 27 W
🧪סימולציה בתוך הדף— עקומת ההספק על העומס
השיא בעקומה יושב בדיוק במקום שבו העומס שווה להתנגדות הפנימית, והנקודה הירוקה מסמנת אותו. גררו את מחוון העומס לשני הצדדים וראו שההספק נופל בשניהם — גם בעומס גדול מדי וגם בקטן מדי.▶ מעבדת תבנין והספק מרבי
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — עקומת ההספק על העומס.
הקבל C₁ הוא שקובע את אופי המעגל כאן. הקטינו את הריאקטנס שלו וראו את הזווית של Z(AB) נעשית שלילית יותר — ואת פאזור הזרם הכולל מקדים יותר את המתח.▶ מעבדת המספרים המרוכבים והפאזורים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושת הזרמים והעכבה השקולה.
פרק שני — אלקטרוניקה א׳ ומערכות ספרתיות · שאלות 5–8
שני כללי היסוד: במגבר שרת אידאלי עם משוב שלילי אין זרם הנכנס אל הכניסות, ומתחי שתי הכניסות שווים זה לזה (קצר מדומה). כל הפתרון נשען על שני הכללים האלה בלבד.
סעיף א — המתח בנקודה C
הנגדים R₃ ו-R₄ מהווים מחלק מתח על המקור של 3V, ואין זרם הנכנס אל כניסת המגבר:
VC = 3 × R₄R₃ + R₄ = 3 × 4 · 1036 · 103
VC = 2 V
סעיף ב — הזרם דרך R₁ וכיוונו
הנקודה C מחוברת לכניסה החיובית של המגבר הראשון, ולכן לפי הקצר המדומה גם הכניסה השלילית, הנקודה B, נמצאת באותו מתח. הנקודה A מוארקת:
VB = VC = 2 V
I(R₁) = VB - 0R₁ = 22 · 103
I(R₁) = 1 mA — מ-B ל-A
הזרם זורם מן הנקודה שמתחה גבוה יותר אל הנקודה המוארקת, כלומר מ-B ל-A.
סעיף ג — המתח V(o1)
המגבר הראשון בנוי כמגבר לא-הופך: האות נכנס לכניסה החיובית, והמשוב מגיע דרך R₂:
המגבר השני הוא מגבר הופך, אך כניסתו החיובית אינה מוארקת אלא מחוברת אף היא לנקודה C. לכן הכניסה השלילית שלו נמצאת ב-2 V, וזהו המתח שממנו נמדדים המפלים על R₅ ועל R₆:
כל הזרם שנכנס דרך R₅ ממשיך דרך R₆ אל מוצא המגבר, שכן אין זרם הנכנס אל הכניסה עצמה. כעת אפשר לחשב את העומס:
I(RL) = VoRL = -33 · 103 = -1 mA
P(RL) = Vo2RL = (-3)23 · 103 = 93 · 103
I(RL) = 1 mA (מן האדמה אל המוצא) ; P(RL) = 3 mW
💡
בדיקת שפיות: מתח ההזנה הוא ±10V, ושני המוצאים — 5 V ו--3 V — נמצאים בתחום. אילו היה מתקבל מוצא גדול מן ההזנה, סימן שהמגבר נכנס לרוויה והחישוב הליניארי אינו תקף.
🧪סימולציה בתוך הדף— שרשרת המתחים בשתי הקומות
הקומה הראשונה מגבירה והשנייה הופכת סביב מתח ייחוס של שני וולט ולא סביב האפס. הגדילו את R₆ וראו את המוצא צונח עד שהוא נתקע במתח ההזנה השלילי.▶ מעבדת מגברי השרת
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שרשרת המתחים בשתי הקומות.
שאלה 6 — רשת RC בכניסת אות ריבועי
נתונים: C = 4 μF · R = 2 kΩ · V(C) = 0 בזמן t = 0 · אות הכניסה: 8 V בתחום 0 ≤ t ≤ 4 msec ואפס אחריו
💡
אופי הרשת: הקבל בטור והמוצא נלקח על הנגד — זוהי רשת מעבירת גבוהים (רשת גזירה). מתח הקבל אינו יכול להשתנות בקפיצה, ולכן כל קפיצה במתח הכניסה עוברת במלואה אל המוצא, ומשם המוצא דועך מעריכית לעבר האפס.
סעיף א — צורת אות המוצא
נחשב תחילה את קבוע הזמן:
τ = R · C = 2 · 103 × 4 · 10-6 = 8 msec
כעת נעקוב אחרי שלושת השלבים. בזמן אפס קופצת הכניסה ל-8V, וכל הקפיצה מופיעה על הנגד:
Vo(t) = Vo(0) · e-t/τ = 8 · e-t/8ms
Vo(4 msec) = 8 · e-0.5 = 4.85 V
בזמן 4 מילישניות יורדת הכניסה מן 8 V לאפס — קפיצה של 8 V כלפי מטה. גם היא עוברת במלואה אל המוצא, ולכן המוצא צונח מן 4.85 V אל:
Vo(4 msec⁺) = 4.85 - 8 = -3.15 V
ומשם הוא דועך מעריכית חזרה לאפס. אות המוצא הוא אפוא שני קטעים מעריכיים: הראשון יורד מן 8 V אל 4.85 V, והשני עולה מן -3.15 V לעבר האפס.
Vo(0) = 8 V → Vo(4 msec) = 4.85 V → Vo(4 msec⁺) = -3.15 V → 0
סעיף ב — מתח המוצא בשני זמנים
1. בזמן 2 מילישניות — עדיין בקטע הדועך הראשון:
Vo(2 msec) = 8 · e-2/8 = 8 · e-0.25 = 8 × 0.7788
Vo(2 msec) = 6.23 V
2. בזמן 6 מילישניות — שתי מילישניות אחרי הקפיצה, בקטע השני:
Vo(6 msec) = -3.15 · e-2/8 = -3.15 × 0.7788
Vo(6 msec) = -2.45 V
סעיף ג — הזמן שבו המוצא הוא 5 V
מתח של 5V מתקבל רק בקטע הראשון, בדרך מ-8V כלפי מטה:
5 = 8 · e-t/8ms → 58 = e-t/8ms
t = 8 · ln(85) = 8 × 0.47
t = 3.76 msec
🧪סימולציה בתוך הדף— הקפיצה במוצא ברגע שהדופק נגמר
זו רשת גוזרת: המוצא נלקח על הנגד, ולכן הוא קופץ בגובה הדופק כלפי מטה ברגע שהכניסה יורדת. הנקודה הכחולה היא סוף הדופק והאדומה מיד אחריו — ההפרש ביניהן הוא בדיוק מפלס הכניסה.▶ מעבדת רשתות RC
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — הקפיצה במוצא ברגע שהדופק נגמר.
בקיטוב מחשבים בזרם ישר, ולכן הקבלים מהווים נתק. נכתוב משוואת מתחים ללולאת הבסיס: מן המקור, דרך R(B), מעבר הבסיס-פולט, ונגד הפולט אל האדמה. שימו לב שדרך נגד הפולט זורם זרם הפולט ולא זרם הבסיס:
IE = (1 + β) · IB = 81 × 25 · 10-6 = 2.025 mA
VE = IE · RE = 2.025 · 10-3 × 1.5 · 103 = 3.04 V
VCC = IB · RB + VBE + VE
RB = 15 - 0.7 - 3.0425 · 10-6 = 11.2625 · 10-6
RB = 450.5 kΩ
סעיף ב — הנגד R(C)
זרם הקולט נובע ישירות מזרם הבסיס:
IC = β · IB = 80 × 25 · 10-6 = 2 mA
כעת נכתוב משוואת מתחים ללולאת המוצא — מן המקור, דרך R(C), דרך הטרנזיסטור מקולט לפולט, ודרך R(E) אל האדמה:
המכשלה הנפוצה בסעיף הזה: אסור לחשב את נגד הקולט מן ההפרש VCC - VCE בלבד. המתח VCE נמדד בין הקולט לפולט, ואילו הפולט עצמו אינו מוארק אלא יושב במתח של 3.04 V מעל האדמה — ולכן חייבים להחסיר גם אותו. השמטתו מגדילה את הנגד בכ-50% ומקלקלת בעקבותיה גם את סעיף ד.
סעיף ג — מעגל התמורה לאות חילופין
בזרם חילופין הקבלים מהווים קצר: קבל המעקף מקצר את נגד הפולט אל האדמה, ומקור ההזנה נחשב אף הוא כאדמה. המעגל השקול כולל אפוא: מקור האות בכניסה, הנגד R(B) במקביל להתנגדות הכניסה של הטרנזיסטור h(ie), מקור זרם מבוקר בעוצמת h(fe)·i(b) במוצא, והנגדים R(C) ו-R(L) במקביל זה לזה על המוצא.
בצד הכניסה נראות שתי ההתנגדויות במקביל, ובצד המוצא נראה מקור הזרם המבוקר מול המקבילית של נגד הקולט עם העומס:
RB ∥ hie = 450.5 kΩ ∥ 2 kΩ ≈ 1.99 kΩ
RC ∥ RL = 2.98 kΩ ∥ 3 kΩ = 1.49 kΩ
סעיף ד — הגבר המתח
מתח המוצא הוא זרם המקור המבוקר כפול העכבה שהוא רואה, ומתח הכניסה הוא זרם הבסיס כפול h(ie). הסימן השלילי מבטא את היפוך הפאזה האופייני לפולט משותף:
🧪סימולציה בתוך הדף— התכנון ההפוך — מנקודת העבודה אל הנגדים
כאן נקודת העבודה נתונה והנגדים מחושבים ממנה. הגדילו את V(CE) המבוקש וראו את R(C) קטן, עד שאין די מתח ואין תכנון אפשרי כלל.▶ מעבדת המגבר בפולט משותף
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — התכנון ההפוך — מנקודת העבודה אל הנגדים.
שאלה 8 — מערכת שערים לוגיים
נתונים: שער NAND על X ו-Y · שער NOT על Z · שער OR המאחד ביניהם · שער AND על X ועל השלילה של Y · שער NOR סופי
סעיף א — ביטוי הפונקציה
נעקוב אחרי המערכת שער אחרי שער. שער ה-NAND נותן את השלילה של המכפלה X·Y, שער ה-NOT נותן את השלילה של Z, ושניהם נכנסים לשער ה-OR. במקביל, שער ה-AND פועל על X ועל השלילה של Y. שני המוצאים נכנסים לשער NOR סופי, שמוצאו הוא שלילת הסכום שלהם:
F(X,Y,Z) = X · Y + Z + X · Y
סעיף ב — פישוט הפונקציה
לפי חוק דה-מורגן, שלילת הסכום היא מכפלת שלילותיהם של שלושת האיברים. שלילה כפולה מתבטלת, ולכן שני האיברים הראשונים חוזרים לעצמם: הראשון חוזר להיות המכפלה X·Y והשני חוזר להיות Z. האיבר השלישי אינו משולל מלכתחילה, ושלילתו נעשית שוב לפי דה-מורגן — מכפלה הופכת לסכום, וכל אחד ממרכיביה מתהפך:
X · Y = X + Y
F = X · Y · Z · (X + Y)
נפתח את הסוגריים. האיבר הראשון מכיל גם את X וגם את השלילה שלו ולכן הוא מתאפס, והאיבר השני נבלע לפי חוק הבליעה:
F = X · Y · Z · X + X · Y · Z · Y = 0 + X · Y · Z
F = X · Y · Z (3 ליטרלים — שער AND יחיד בעל שלוש כניסות)
סעיף ג — טבלת האמת
הפונקציה המפושטת מקבלת אחד רק כאשר שלושת המשתנים הם אחד:
#
X
Y
Z
F
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
2
0
1
0
0
3
0
1
1
0
4
1
0
0
0
5
1
0
1
0
6
1
1
0
0
7
1
1
1
1
💡
המסקנה: חמישה שערים שלמים מתכווצים לשער AND יחיד בעל שלוש כניסות. זו בדיוק הסיבה שמפשטים את הפונקציה לפני המימוש — פחות רכיבים, פחות השהיה ופחות מקומות שבהם המעגל עלול להיכשל.
🧪סימולציה בתוך הדף— חמשת השערים מול שער AND יחיד
עברו על כל שמונת הצירופים ובדקו: המערכת בת חמשת השערים והשער היחיד נותנים תמיד את אותה תשובה. המוצא נדלק רק כששלוש הכניסות אחד.▶ המעבדה הספרתית — שערים לוגיים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — חמשת השערים מול שער AND יחיד.
פרק שלישי — אנגלית טכנית · שאלות 9–10
שאלות 9–10 — אנגלית טכנית
שתי השאלות האחרונות נשענות על קטעי קריאה באנגלית המצורפים לשאלון בנספחים א׳ ו-ב׳: שאלה 9 עוסקת באגירת אנרגייה, ושאלה 10 בבינה מלאכותית. בכל שאלה ארבעה סעיפים, והנבחן 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 בקטע שעליהן מבוססת התשובה — סעיף בלי מספרי שורות מאבד ניקוד גם אם תוכנו נכון.
מכיוון שהתשובות נגזרות ישירות מנוסח הקטעים המצורפים, אין כאן פתרון מספרי לצטט. עברו על הקטע, סמנו בו את השורות הרלוונטיות לכל סעיף, וכתבו תשובה קצרה ומדויקת המפנה אליהן.