הצעה לפתרון מלא — אלקטרוניקה ומחשבים
בגרות · קיץ תשפ"ב 2022 · שאלון 815381 · שאלות 1–8
✦ בנוי על ידי פהד גאנם ✦
💡
על המסמך: הצעה לפתרון מלא לשאלון 815381 — אלקטרוניקה ומחשבים, קיץ תשפ"ב 2022. בשאלון שמונה שאלות בשלושה פרקים, ועל הנבחן לענות על חמש שאלות — אחת לפחות מכל פרק. פרק ראשון (1–3) אלקטרוניקה תקבילית וספרתית; פרק שני (4–5) תורת החשמל; פרק שלישי (6–8) תכנות בשפת C#. כאן פתורות כל השאלות, לנוחות הלימוד.
⚙️ פרק ראשון — אלקטרוניקה תקבילית וספרתית
שאלה 1 — מגבר טרנזיסטור בפולט משותף (CE)
נתונים: β = hfe = 100 · hie = ‎1 kΩ · VBE = 0.7V · VCE(sat) = 0.2V · RL = ‎6 kΩ
💡
מבנה המעגל: טרנזיסטור בהזנה קבועה — RB מ-VCC אל הבסיס, RC מ-VCC אל הקולט, הפולט מוארק ישירות. הקבל C₁ מקשר את המבוא Vi אל הבסיס, והקבל C₂ מקשר את הקולט אל המוצא Vo עם עומס RL.
סעיף א — התנגדות הנגד RC (נתון AV = −200)

הפולט מוארק, ולכן הגבר המתח של המגבר הוא AV = −β(RC ∥ RL)/hie. נבודד את ההתנגדות המשולבת ומתוכה את RC:

RC ∥ RL = |AV| · hieβ = 200 × 1000100 = ‎2000 Ω
RC = (RC∥RL) · RLRL − (RC∥RL) = 2000 × 60006000 − 2000 = ‎3000 Ω
RC = ‎3 kΩ
סעיף ב — מתח ההזנה VCC (נתונים IC = ‎2 mA , VCE = 6V)

מחוג המוצא (קולט-פולט), כשהפולט מוארק:

VCC = VCE + IC · RC = 6 + 0.002 × 3000 = 6 + 6
VCC = ‎12 V
סעיף ג — התנגדות הנגד RB

זרם הבסיס נגזר מזרם הקולט, ומחוג הבסיס נמצא את RB:

IB = ICβ = ‎2 mA100 = ‎20 µA
RB = VCC − VBEIB = 12 − 0.720 × 10-6
RB = ‎565 kΩ
סעיף ד — מצב הטרנזיסטור כאשר RB = ‎200 kΩ

נחשב מחדש את זרם הבסיס ואת זרם הקולט באזור הפעיל, ונשווה לזרם הרוויה המרבי שהמעגל מאפשר:

IB = VCC − VBERB = 11.3200000 = ‎56.5 µA → IC = β·IB = ‎5.65 mA
IC(sat) = VCC − VCE(sat)RC = 12 − 0.23000 = ‎3.93 mA

הזרם הדרוש באזור הפעיל (5.65mA) גדול מזרם הרוויה שהמעגל מסוגל לספק (3.93mA), ולכן הטרנזיסטור נמצא ברוויה. מתח הקולט-פולט נצמד ל-VCE = VCE(sat) = 0.2V.

הטרנזיסטור ברוויה ; VCE = ‎0.2 V
🧪סימולציה בתוך הדף— מגבר CE בהזנה קבועה
הקטינו את R_B ל-200 קילו-אוהם וראו את הטרנזיסטור נכנס לרוויה — ההגבר נעלם.▶ פתח את מעבדת מגבר CE
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — מגבר CE בהזנה קבועה.
שאלה 2 — שלושה מגברי שרת אידאליים
נתונים: A₁: R₁=1kΩ,R₂=2kΩ (מבוא 1V, כניסה+ ל-2V) · A₂: R₃=3kΩ,R₄=3kΩ (מבוא 3V, כניסה+ מוארקת) · A₃ מסכם: R₅=5kΩ,R₆=2kΩ,R₇=10kΩ
💡
מבנה המעגל: A₁ מגבר עם כניסה חיובית במתח 2V; A₂ מגבר מהפך רגיל (כניסה + מוארקת); A₃ הוא מסכם מהפך — מוצאי A₁ ו-A₂ מוזנים דרך R₅ ו-R₆ אל הכניסה המהפכת, R₇ נגד המשוב, והכניסה החיובית מוארקת.
סעיף א — מתחי המוצא Vo1 ו-Vo2

עבור A₁, עם כניסה חיובית V+=2V ומבוא מהפך 1V דרך R₁ ומשוב R₂:

Vo1 = V+(1 + R₂R₁) − Vin·R₂R₁ = 2(1 + 21) − 1·21 = 6 − 2 = ‎4 V
Vo2 = − R₄R₃ · Vin = − 33 × 3 = ‎−3 V
Vo1 = +‎4 V ; Vo2 = ‎−3 V
סעיף ב — מתח המוצא Vo

A₃ מסכם מהפך — כל מבוא נכפל ביחס R₇ לנגד המבוא שלו, בסימן מהופך:

Vo = − ( R₇R₅·Vo1 + R₇R₆·Vo2 ) = − ( 105·4 + 102·(−3) )
= − ( 8 − 15 ) = +‎7 V
Vo = +‎7 V
סעיף ג — מתח המוצא כאשר מקצרים את R₇

בקיצור R₇ (R₇ = 0) נגד המשוב מתאפס, וכל איברי המסכם מוכפלים באפס. המוצא נצמד למתח הכניסה המהפכת, שהיא אדמה מדומה:

Vo = ‎0 V
🧪סימולציה בתוך הדף— שלושה מגברי שרת
המסכם מהפך את שני המוצאים במשקלים שונים; אפסו את R₇ וראו את המוצא מתאפס.▶ פתח את מעבדת מגברי השרת
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שלושה מגברי שרת.
שאלה 3 — משווה עם רשת HP (מעביר גבוהים)
נתונים: מקור 6V · C = ‎1000 µF · R₁ = R₂ = R₃ = ‎10 kΩ · הזנת המגבר 0–6V · מתח הקבל ב-t=0 הוא 0V
💡
מבנה המעגל: המקור 6V, המפסק S והקבל C בטור אל צומת B, ומ-B נגד R₃ אל האדמה — זו רשת מעבירת גבוהים (HP). מתח B מוזן לכניסה החיובית של המשווה. הכניסה השלילית מקבלת מתח ייחוס קבוע A ממחלק המתח R₁–R₂.
סעיף א — המתחים בנקודות A, B ובמוצא (המפסק פתוח)

מתח הייחוס נקבע ממחלק המתח R₁–R₂ בין 6V לאדמה, ואינו תלוי במפסק:

VA = 6 · R₂R₁ + R₂ = 6 · 1020 = ‎3 V

כשהמפסק פתוח אין נתיב מהמקור אל הקבל; R₃ מאריק את צומת B, ולכן VB = 0V. מכיוון ש-V+ = VB = 0 < V− = VA = 3, מוצא המשווה נמוך.

VA = ‎3 V ; VB = ‎0 V ; Vo ≈ ‎0 V
סעיף ב — צורות הגלים Vo ו-VB לאחר סגירת המפסק (0 ≤ t ≤ 50s)

ברגע סגירת המפסק (t=0) הקבל ריק, ולכן כל מתח המקור נופל על R₃ — VB(0)=6V. הקבל נטען דרך R₃ ומתח B דועך מעריכית לכיוון 0:

τ = R₃ · C = 10000 × 1000×10-6 = ‎10 s
VB(t) = 6 · e−t/τ = 6 · e−t/10 [V]

עקומת VB(t): יורדת מעריכית מ-6V לכיוון 0V (ב-t=50s כבר VB ≈ 0.04V ≈ 0). עקומת Vo(t): המשווה משווה את VB אל הייחוס 3V — כל עוד VB > 3V המוצא גבוה (≈6V), וברגע ש-VB יורד מתחת ל-3V המוצא נופל לנמוך (≈0V).

63VB [V]t [s]06.9320304050VA = 3 V6Vo [V]t [s]06.9320304050
סעיף ג — הזמנים שבהם מתח המוצא משנה את ערכו

לפני הסגירה המוצא נמוך (סעיף א). ברגע הסגירה, t = 0, מתח B קופץ ל-6V והמוצא עולה לגבוה. הוא יורד חזרה לנמוך כאשר VB חוצה את מתח הייחוס 3V:

6 · e−t/10 = 3 → e−t/10 = 0.5 → t = τ · ln 2 = 10 × 0.693
t = 0 (מנמוך לגבוה) ; t ≈ ‎6.93 s (מגבוה לנמוך)
🧪סימולציה בתוך הדף— רשת מעבירת גבוהים ומשווה
מתח הנקודה B צונח מעריכית; ברגע שהוא יורד מתחת לקו האדום המוצא מתהפך.▶ פתח את פרק רשתות RC
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — רשת מעבירת גבוהים ומשווה.
🔌 פרק שני — תורת החשמל
שאלה 4 — מעגל RC טורי בזרם חילופין
נתונים: C = ‎10 µF · U = 26V · f = 1000/π Hz · I = ‎0.2 A (יעיל)
סעיף א — היגב הקבל XC
XC = 12π f C = 12π · (1000/π) · 10×10-6 = 12000 × 10×10-6
XC = ‎50 Ω
סעיף ב — עכבת המעגל Z
Z = UI = 260.2
Z = ‎130 Ω
סעיף ג — התנגדות הנגד R

בחיבור טורי מתקיים Z² = R² + XC², ומכאן:

R = √Z² − XC² = √130² − 50² = √14400
R = ‎120 Ω
סעיף ד — סרטוט שני מחזורים של מתח המקור U

מתח המקור נתון בערכו היעיל; הערך המרבי וזמן המחזור:

Umax = U · √2 = 26 × 1.414 = ‎36.77 V
Umin = −Umax = ‎−36.77 V
T = 1f = π1000 = ‎3.14 ms

בסרטוט: שני מחזורי גל סינוס בעל משרעת 36.77V (מרבי ‎+36.77V, מזערי ‎−36.77V) וזמן מחזור T = π ms ≈ ‎3.14 ms.

36.77−36.77U [V]t [ms]01.573.144.716.28T = 3.14 ms
Umax = +‎36.77 V ; Umin = ‎−36.77 V ; T ≈ ‎3.14 ms
🧪סימולציה בתוך הדף— מעגל RC טורי
שני מחזורים של מתח המקור; שנו את התדר וראו את זמן המחזור ואת ההיגב משתנים יחד.▶ פתח את מעבדת RLC — לשונית טורי
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — מעגל RC טורי.
שאלה 5 — מעגל דו-מקורי עם ענף אמצעי
נתונים: E₁ = 20V · E₂ = 30V · R₁ = ‎500 Ω · R₂ = ‎300 Ω · R₃ = ‎480 Ω · R₄ = ‎1 kΩ · R₅ = ‎200 Ω
💡
מבנה המעגל: שני חוגים החולקים את הענף האמצעי R₃. חוג שמאלי: E₁, R₁, R₃, R₂. חוג ימני: E₂, R₄, R₃, R₅. I₁ הוא הזרם דרך E₁ (הענף השמאלי) ו-I₂ הזרם דרך E₂ (הענף הימני); דרך R₃ זורם סכום הזרמים.
סעיף א — הזרמים I₁ ו-I₂

נכתוב את חוק המתחים של קירכהוף לשני החוגים. הזרם דרך R₃ הוא I₃ = I₁ + I₂ (חוק הזרמים בצומת האמצעי), הזרם דרך R₂ הוא I₁ והזרם דרך R₅ הוא I₂:

חוג שמאלי: E₁ = I₁R₁ + I₃R₃ + I₁R₂ → 1280·I₁ + 480·I₂ = 20
חוג ימני: E₂ = I₂R₄ + I₃R₃ + I₂R₅ → 480·I₁ + 1680·I₂ = 30
פתרון המערכת: I₁ = ‎0.01 A ; I₂ = ‎0.015 A
I₁ = ‎10 mA ; I₂ = ‎15 mA
סעיף ב — הזרם דרך הנגד R₃
I(R₃) = I₁ + I₂ = 10 + 15
I(R₃) = ‎25 mA
סעיף ג — ההספק המתפתח בנגד R₅

דרך R₅ זורם הזרם I₂:

P(R₅) = I₂² · R₅ = (0.015)² × 200 = ‎0.045 W
P(R₅) = ‎45 mW
סעיף ד — המתח בין הנקודות A ו-B

נצא מ-B (אדמה, 0V) ונעלה בפוטנציאל לאורך המסלול עד A: דרך R₂ אל הצומת האמצעי, ומשם דרך R₅ ו-E₂ אל A:

VN = VB + I₁·R₂ = 0 + 0.01×300 = ‎3 V
VBR = VN − I₂·R₅ = 3 − 0.015×200 = ‎0 V
UAB = VA − VB = (VBR + E₂) − 0 = 0 + 30
UAB = ‎30 V
🧪סימולציה בתוך הדף— שני חוגים עם ענף משותף
שתי משוואות החוגים; שנו את R₃ וראו איך שני הזרמים משתנים יחד.▶ פתחו את מעבדת שיטת החוגים
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — שני חוגים עם ענף משותף.
💻 פרק שלישי — תכנות בשפת C#
שאלה 6 (C#) — ספירת מספרים וחיפוש במערך
הפעולה: DoSomething מקבלת מערך שלמים ומחזירה שלם

התנאי arr[i] / 100 == arr[i] % 10 בודק אם ספרת המאות (חלוקה שלמה ב-100) שווה לספרת האחדות (שארית בחלוקה ב-10). הפעולה סופרת כמה מספרים כאלה יש במערך.

סעיף א — הפלט של קטע הקוד

נעבור על המערך {123,242,155,515,321,111,23,33,999,100} ונבדוק לכל מספר אם ספרת המאות שווה לספרת האחדות (במספרים בני שתי ספרות, ספרת המאות היא 0):

ii < arr.Lengtharr[i]arr[i] / 100arr[i] % 10התנאי: שוות?numפלט
0true12313false0
1true24222true1
2true15515false1
3true51555true2
4true32131false2
5true11111true3
6true2303false3
7true3303false3
8true99999true4
9true10010false4
10false44
4
סעיף ב — מה מבצע קטע התוכנית

הפעולה DoSomething סופרת בכמה מספרים במערך ספרת המאות שווה לספרת האחדות. הבעיה שהיא פותרת: קבלת מערך שלמים והחזרת מספר האיברים שבהם הספרה השמאלית (מאות) זהה לספרה הימנית (אחדות).

סעיף ג — הפעולה FindNumber

הפעולה מחזירה את מיקום ההופעה הראשונה של הערך המבוקש במערך, או ‎−1 אם הערך אינו קיים:

public static int FindNumber(int[] arr, int number) { for (int i = 0; i < arr.Length; i++) { if (arr[i] == number) return i; } return -1; }

עבור FindNumber(array, 515) מוחזר הערך 3, כי המספר 515 נמצא באיבר הרביעי (אינדקס 3).

3
🧪סימולציה בתוך הדף— C# — ספירה וחיפוש במערך
שנו איבר וראו את הספירה משתנה; החיפוש מחזיר אינדקס, ומינוס אחת כשאין התאמה.▶ פתח את פרק יסודות C#
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — C# — ספירה וחיפוש במערך.
שאלה 7 (C#) — אפליקציית הצבעה לעשרה מתמודדים
נתונים: עשרה מתמודדים ממוספרים 1–10 · כל צופה מקליד את מספר המתמודד המועדף עליו

משתמשים במערך מונים בגודל 11 (אינדקסים 1–10). הקליטה נמשכת כל עוד המספר בטווח 1–10, ונעצרת כשנקלט מספר לא חוקי (מחוץ לטווח). בסיום מוצג מספר המתמודד שקיבל את מספר הקולות הנמוך ביותר — המתמודד המודח:

int[] votes = new int[11]; // אינדקסים 1..10 int num = int.Parse(Console.ReadLine()); while (num >= 1 && num <= 10) // עצירה במספר לא חוקי { votes[num]++; num = int.Parse(Console.ReadLine()); } int loser = 1; // המתמודד עם הכי מעט קולות for (int i = 2; i <= 10; i++) { if (votes[i] < votes[loser]) loser = i; } Console.WriteLine(loser);
💡
אם שני מתמודדים קיבלו את אותו מספר קולות מזערי, קוד זה יציג את הנמוך במספרו (הראשון שנמצא). זו התנהגות סבירה לפי דרישת השאלה — הצגת מספר יחיד.
🧪סימולציה בתוך הדף— C# — אפליקציית הצבעה
צרו שוויון בין שני מתמודדים וראו שהתוכנית בוחרת את הנמוך במספרו.▶ פתח את פרק יסודות C#
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — C# — אפליקציית הצבעה.
שאלה 8 (C#) — המחלקה RGBled
המחלקה: נורת לד צבעונית עם שלוש נוריות בוליאניות — Red, Green, Blue
סעיף א — הפעולה הבונה (Constructor)

הפעולה הבונה אינה מקבלת ערכים ומאתחלת את שלוש הנוריות למצב כבוי (false):

public RGBled() { this.Red = false; this.Green = false; this.Blue = false; }
סעיף ב — הפעולה print

הפעולה מציגה את מצב שלוש הנוריות. לכל נורית מודפס "on" אם היא דלוקה ו-"off" אם היא כבויה:

public void print() { Console.WriteLine("Red:" + (this.Red ? "on" : "off") + " " + "Green:" + (this.Green ? "on" : "off") + " " + "Blue:" + (this.Blue ? "on" : "off")); }
סעיף ג — הפלט של קטע הקוד (מעקב אחר DoSomething)

הפעולה DoSomething(colorCode) ממפה כל סיבית ב-colorCode לנורית: סיבית 0 ← Red, סיבית 1 ← Green, סיבית 2 ← Blue. נעקוב אחר הקריאות:

led.print(); // התחלה: הכל כבוי → Red:off Green:off Blue:off led.DoSomething(1); // 1 = 001 → Red=on led.print(); // → Red:on Green:off Blue:off led.DoSomething(2); // 2 = 010 → Green=on led.print(); // → Red:off Green:on Blue:off led.DoSomething(7); // 7 = 111 → הכל דלוק ⁦led.print()⁩; // → Red:on Green:on Blue:on
Red:off Green:off Blue:off Red:on Green:off Blue:off Red:off Green:on Blue:off Red:on Green:on Blue:on
🧪סימולציה בתוך הדף— C# — המחלקה RGBled
הזיזו את הערך מאפס עד שבע וראו את שלוש הסיביות מדליקות את הצבעים.▶ פתח את פרק יסודות C#
🧪 בגרסת האתר יש כאן סימולציה אינטראקטיבית — C# — המחלקה RGBled.
🏠 ♿