חשמל ואלקטרוניקה. M.Sc. יורי חצרינוב תשע'' ד ערך : Composed by Khatsrinov Y. Page 1

Transcript

1 חשמל ואלקטרוניקה קובץ תרגילים למגמת הנדסאים מכונות, שנה אי M.Sc., ערך : יורי חצרינוב תשע'' ד Composed by Khatsrinov Y. Page 1

2 , מטען חשמלי, 1. פרק מתח זרם, התנגדות. C -- האטום מורכב מאלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים. מסמנים את המטען באות -- Q, יחידת המטען קולון היא מסמנים באות האלקטרון הוא בעל מטען שלילי (-) הפרוטות הוא בעל מטען חיובי (+) ניוטרון הוא נטול מטען. מספר פרוטונים באטום שווה למספר אלקטרונים. עקב כך לאטום אין מטען חשמלי, הוא נייטרלי. אלקטרונים יכולים לצאת מהאטום או להתווסף לאטום, ובכך ליצור אטום בעל מטען חשמלי, הנקרא יון.חוק קולון קובע יחס בין גודל המטענים ומרחק ביניהם לבין כוח הפועל בין המטענים. מסוימת בשדה חשמלי נקראת לנקודה הכרוכה בהעברת יחידת מטען חיובי מהאינסוף כמות העבודה. המתח החשמלי במרחב שדה חשמלי נקרא פוטנציאל חשמלי. הפרש הפוטנציאלי בין שתי נקודות V וולט - יחידת המתח היא U, -- מסמנים את המתח באות זרם חשמלי. נקראת חשמלי במוליך בהשפעת מתח תנועה מכוונת של אלקטרונים חופשיים נעים מההדק השלילי אל ההדק החיובי. האלקטרונים החיובי אל ההדק השלילי. מההדק הוא הכיוון המוסכם של הזרם החשמלי ע''י עוצמתו. הזרם החשמלי מאופיין. I זרם חשמלי מסמנים באות של המוליך העובר ביחידת זמן דרך חתך עוצמת הזרם החשמלי היא כמות המטען יחידת הזרם היא A אמפר - מכוונת של אלקטרונים חופשיים בנפח חומר המוליך נוצרת התנגדות לתנועתם הנגרמת בתנועה על ידי התנגשויות בין האלקטרונים ובין אלקטרונים לבין סורג גבישי של החומר. התנגדות חשמלית. את התנגדות הזאת נקראת תלויה בארבעה גורמים: התנגדות של מוליכים אורך התיל המוליך -- l שטח החתך של התיל המוליך -- S ( סוג -- החומר ממנו עשוי התיל המוליך (התנגדות סגולית מידת החום (טמפרטורה) של התיל המוליך -- T טמפרטורה הנוכחית T 0 T 0 התנגדות בטמפרטורה -- T התנגדות בטמפרטורה -- R מקדם טמפרטורה α R 0 Composed by Khatsrinov Y. Page 2

3 מ'' ר'' ר'' פרק 1 מתח, זרם, מטען, התנגדות בעל שטח חתך של דוגמה 1. דרך מוליך מהי צפיפות הזרם במוליך? ב. ממ דוגמאות עם פתרון. עבר מטען חשמלי 10.8 מגה-קולון במשך שעות. I = Q t = q s = 200A j = I S = 200A 25mm 2 = 8 A mm דוגמה 2. אורכו של מוליך נחושת 251 מטר, חשב את התנגדות המוליך. קוטרו מילימטר. S = π d 2 2 = = 0. 5mm 2 R = ρ l 251 = = Ω S 0.5 התנגדות הקו בטמפרטורה של. 16 ממ בעל שטח חתך של 16.5 ק דוגמה 3. קו חיבור שאורכו מקדם הטמפרטורה של החומר אום. 28 היא חשב את התנגדות הסגולית של החומר וזהה אותו. א. מעלות צלזיוס 35 חשב את התנגדות הקו בטמפרטורה של ב. מעלות צלזיוס ρ = R S l = 28Ω 16mm m Ωmm2 = m חומר שממנו עשוי הקו הוא אלומיניום. R 35 0 = R 20 0(1 + α ΔT) = ( ) = Ω גדלה התנגדותו של כתוצאה, מעלות צלזיוס עד טמפרטורה מסוימת. 20 דוגמה. 4 מוליך נחושת חומם מטמפרטורה מקדם טמפרטורה של החומר המוליך ב- 60%. עד איזו טמפרטורה חומם המוליך? פתרון. כלומר, *R 60% + R תהיה מסוימת T אזי התנגדות בטמפ' מעלות כ- R, 20 נסמן התנגדות בטמפ' *R 1.6 נקבל אם נכתוב ללא אחוזים, 160%*R. T = R T 0 = R α (T 20 0 ) R T R α = 1.6R R = Composed by Khatsrinov Y. Page 3

4 ר'' מ'' ר'' ר'' ר'' ר'' 20 תרגילים. 10*40 19 דרך חתך של מוליך עברו 1.? מהי עוצמת הזרם במוליך אלקטרונים במשק שניות. דרך חתך של מוליך עובר זרם. 0.8 A א. במשך שתי שניות? ב. במשך שתי דקות? ג. במשך שעתיים? מהו ערך המטען העובר דרך חתך המוליך:.2, מהי עוצמת הזרם במוליך בעל שטח חתך 2.5 היא 10 אמפר\ממ? ממ אם צפיפות הזרם במוליך.3? 0.5 מהי התנגדות המוליך עשוי ניקל, אם אורכ 15 מטר ושטח חתך ממ.4 1 ממ? חשב את אורך המוליך עשוי כרום-ניקל בעל התנגדות 100 אום ושטח החתך.5 נתון מוליך עשוי כסף בעל אורך 0.5 מטר ושטח החתך 0.5 ממ חשב את ההתנגדות המוליך ואת המוליכות המוליך? C 70 0 C התנגדות של תיל נחושת בטמפרטורה חשב את התנגדות התיל בטמפרטורה היא? אום..7 8 אום. התנגדות תיל ברזל בטמפרטורה 20 0 C התנגדות עלתה ל- 10 אום? היא בכמה עלתה הטמפרטורה, אם.8 12 וולט? 4 אום, מהו הזרם העובר דרך נגד, שהתנגדותו אם המתח בין קצות שלו הוא.9 10.מהו המתח השורר בין קצוות של הנגד שהתנגדותו 1.2 בעוצמה של 30 מילי-אמפר? קילו-אום ודרכו עובר זרם 11.קוטר של התיל קונסטנטן 0.5 מ. מקור מתח 220 וולט המחובר לקצוות התיל גורם לזרימת הזרם שעוצמתו 20 אמפר. מהו אורך התיל? כאשר נתונים התנגדות 12. חשב את המתח על כל נגד, ב. R = 4.8 kω I = 12 ma א. ד. G = 0.05 S A I = 5 ג. (או מוליכות ( I = 65.5 μa I = 23.8 ma של התיל והזרם R = 230Ω G = 1.9 ms הזורם דרכו : תשובות לתרגילים 2.34 Ω.4 25 A C ג. 96 C ב. 1.6 C.2 א. 3.2 A Ω Ω.6 100m m V.10 3A א V ב V ג. 100 V ד תרגילים נוספים. ספר של אילן גל. תורת החשמל חלק א'. עמ' 10-1 Composed by Khatsrinov Y. Page 4

5 פרק 2. חוק אום. חיבור נגדים. מערכת חשמלית, המהווה מסלול סגור לזרימת האלקטרונים מההדק השלילי של מקור מתח אל ההדק החיובי, וכוללת צרכן (נגד) המחובר אל מקור המתח, באופן שזרם חשמלי עובר דרך הצרכן, נקרא מעגל חשמלי. כיוון הזרם במעגל הוא מההדק החיובי של מקור המתח אל ההדק השלילי. הקשר בין שלושה ערכים חשמליים בסיסיים: זרם, מתח והתנגדות במעגל סגור נקבע על ידי חוק אום : חיבור נגדים בטור. חיבור שבו נגדים מחוברים זה לזה קצה לקצה כמו בשרשרת, ואין צומת ביניהם נקרא חיבור טורי. V V1 V2 V3 I R t = R 1 + R 2 + R 3 I t = I 1 = I 2 = I 3 V = V 1 + V 2 + V 3 כלל מחלק מתח. V 1 = V R 1 R t V 2 = V R 2 R t V 3 = V R 3 R t שים לב: בנגד, כיוון חצ הזרם הפוך לכיוון חץ המתח, אבל במקור המתח, כיוון חצי הזרם והמתח זהים חיבור נגדים במקביל. צומת זהו נקודת חיבור של שלושה או יותר רכיבים ) נגדים ). It חיבור שבו נגדים מחוברים בין שני צמתים נקרא חיבור מקבילי. I1 I2 V V1 V2 V = V 1 = V 2 I t = I 1 + I 2 1 R t = 1 R R 2 It כלל מחלק זרם. I 1 = I t R 2 R 1 R 2 I 2 = I t R 1 R 1 R 2 Composed by Khatsrinov Y. Page 5

6 פרק 2 מעגלי זרם ישר. דוגמה 1. נתון מעגל חשמלי שבו נגדים מחוברים בטור דוגמאות עם פתרון. 8k 12k 10k 12 V פתרון R t = R 1 + R 2 + R 3 = = 30kΩ חשב : את התנגדות השקולה של המעגל. א. את הזרם הכולל. ב. את מפל המתח על כל הנגד ונגד. ג. I t = U = 12V = 0. 4mA R t 30kΩ I t = I 1 = I 2 = I 3 = 0. 4mA U 1 = I 1 R 1 = 0. 4mA 8kΩ = 3. 2V U 2 = I 2 R 2 = 0. 4mA 12kΩ = 4. 8V U 3 = I 3 R 3 = 0. 4mA 10kΩ = 4V U = U 1 + U 2 + U 3 = = 12V דוגמה. 2 במעגל חשמלי הבא ידוע שמפל המתח על הנגד R 3 שווה ל- 6V. חשב התנגדות של הנגד R 2 R4 8k 5k 1k 24 V פתרון. בעזרת חוק אום ניתן לחשב זרם דרך לכן דרך כל הנגדים זורם אותו הזרם. מחוברים בטור, הנגדים וזהו זרם בכל הנגדים, R 3 נגד U I 3 3 = 6V R 3 5kΩ t = I 1 = I 2 = I 4 סכום מפלי המתח על כל הנגדים שווה למתח המקור (חוק המתחים של קירכהוף). ניתן לחשב על כל הנגדים U 1 = I 1 R 1 = 1. 2mA 8kΩ = 9. 6V U 4 = I 4 R 4 = 1. 2mA 1kΩ = 1. 2V U 2 = U U 1 U 3 U 4 = = 7. 2V R 2 = U 2 = 7.2V = 6kΩ I 2 1.2mA Composed by Khatsrinov Y. Page 6

7 דוגמה 3. במעגל הנתון חשב מפלי מתח על הנגדים בעזרת כל מחלק מתח. 5k 15k 60 V פתרון. U 1 = U t R 1 5kΩ = 60 = 15V R 1 R 2 5kΩ 15kΩ U 2 = U t R 2 15kΩ = 60 = 45V R 1 R 2 5kΩ 15kΩ דוגמה 4. נתון מעגל שבו הנגדים מחוברים במקביל 18 V 5k 10k 2k חשב את: התנגדות השקולה של המעגל. א. זרם דרך כל אחד מן הנגדים. ב. זרם הכולל. ג. פתרון 1 = = = 8 R t R 1 R 2 R 3 5k 10k 2 10 R t = 10 8 = 1. 25kΩ בחיבור מקבילי התנגדות שרולה תמיד קטנה מכל אחד מהנגדים המחוברים במקביל. I 1 = U = 18v = 3. 6mA R 1 5k I 2 = U = 18v = 1. 8mA R 2 10k I 3 = U = 18v = 9mA R 3 2k I t = U R t = 18V 1.25kΩ = 14. 4mA I t = I 1 + I 2 + I 3 = = 14. 4mA דוגמה 5. במעגל הבא חשב את הזרמים דרך כל אחד מן הנגדים בעזרת כלל מחלק זרם. 10 V 25k 40k R t = R 1 R 2 = = 15. 4kΩ R 1 R Composed by Khatsrinov Y. Page 7

8 I t = U R t = I 1 = I t I 2 = I t 10V 15.4kΩ = 0. 65mA R 2 R 1 R 2 = R 1 R 1 R 2 = = 0. 4mA = 0. 25mA תרגילים. שני נגדים של 200 אום ו- 300 אום מחוברים בטור למקור מתח של 100 וולט. את מפל המתח על כל אחד מהנגדים. חשב.1 V k חשב את מתח המקור V, S אם מד-מתח מציין. 3.9V ערכי הנגדים הם: = 1.5 Ω = 0.5 Ω R 1 R 2.2 V S R4 80 R5 230 v מתח על נגד R 1 הוא, 60 V מתח על נגד R 2 הוא. 20 V R 2 = 80 Ω R 3 =160 Ω R 4 =80 Ω א. חשב את המתח על שאר הנגדים ב. חשב את עוצמת הזרם במעגל ג. חשב את התנגדות הנגדים ו-. R 5 R 1. 3 V S A S במעגל שבתרשים מתח המקור V S שווה ל- 48V כאשר מפסק S סגור, מד-זרם מציין, 0.5 A וכאשר המפסק פתוח, מד-זרם מציין. 0.2A חשב את ערכי הנגדים ו-. R 2 R 1. 4 ארבעה נגדים, 5, 10, 25 ו- 4 אום מחוברים במקביל למקור מתח של. 12 V חשב את עוצמת הזרם הזורם בכל הנגד ואת עוצמת הזרם השקולה במעגל הנתון חשב את מפל מחלק מתח. המתח על כל הנגד בעזרת כלל V שני נגדים שווי ההתנגדות מחוברים במקביל למקור המתח של. 220V חשב את ערכי הנגדים, אם עוצמת הזרם השקולה במעגל היא. 10 A. 7 Composed by Khatsrinov Y. Page 8

9 100 V 40Ω 4 30Ω 3 ההתנגדות השקולה במעגל הנתון היא 10. Ω חשב את עוצמת הזרם השקולה במעגל, עוצמת הזרם בכל נגד וערך הנגד. R V S 60 במעגל הנתון חשב סגור S א. מפסק פתוח S ב. מפסק את הזרם השקול וזרם בכל נגד, כאשר: A R4 3 R5 6 U אם דרך נגד R 2, U. 10 במעגל הנתון חשב : א. את ההתנגדות השקולה ב. את ערך של מתח המקור זורם זרם של. 5 A B 24 V 50 S R4 80 S2. 11 במעגל הנתון חשב את ההתנגדות השקולה וזרם בכל נגד כאשר : א. מפסק S 1 סגור ומפסק S 2 פתוח ב. שני המפסקים פתוחים ג. שני המפסקים סגורים ד. מפסק פתוח ומפסק סגור S 2 S במעגל הנתון חשב את הזרמים בנגדים R 2 ו- R 3 בעזרת כלל מחלק זרם V Composed by Khatsrinov Y. Page 9

10 R5 R R4 120 R5 6 80Ω 200 V. 13 במעגל הנתון חשב : השקולה א. את ההתנגדות עוצמת הזרם בכל נגד ב. את עוצמת הזרם השקולה ג. את 20 V 18 7 R R4 12 R5 6 R6 2 R במעגל הנתון חשב : א. את ההתנגדות השקולה ב. את עוצמת הזרם השקולה ג. את עוצמת הזרם בנגד R 7 R8 4 תשובות לתרגילים. I t U S I t U 2 = 60 V U 1 = 40 V.1 = 15.6 V.2 R 5 = 360 Ω R 1 = 240 Ω U 4 = 20 V U 3 = 40 V U 5 = 90 V I t = 0.25 A. 3 R 2 = 96 Ω R 1 = 144 Ω.4 I 4 =3 A I 3 = 2.4 A I 2 = 1.2 A I 1 =0.48 A I t = 7.08 A.5 U 2 = 90 V U 1 = 30 V.6 44 Ω.7 R 3 = Ω I 3 = 4.17 A I 2 = 3.33 A I 1 =2.5 A I t = 10 A.8 I 2 = 0.1 A,I 1 = 0 A A, I t = 0.1 ב. I 2 = 0.1 A,I 1 = 0.15 A A,I t = 0.25 א..9 U AB = 10 V R t = 0.67 Ω.10 = I 1 =I 3 = 0.34 A ב. Ω 70 I 3 = 0.3 A,I 2 = 0.06 A, I t = I 1 = 0.36 A א. Ω = I 1 = 0.48 A ד. Ω 50 I t = I 1 =I 2 = 0.16 A ג. Ω 150 I 3 = 1.33 A I 2 = 0.67 A. 12 I 1 = I 2 =I 3 = I 4 = A I 5 = A I t =I 6 = A R t = 104Ω.13 =0.125 A = 2 A R = 10 Ω.14 I 7 I t t תרגילים נוספים. ספר של אילן גל. תורת החשמל חלק א'. עמ' Composed by Khatsrinov Y. Page 10

11 ז" פרק 3. אנרגיה חשמלית והספק חשמלי. בשם אנרגיה חשמלית חשמלית. ( U ) המושקעת ע''י מקור המתח (W) אנו מכנים את היכולת לבצע עבודה Q המטען המסופק לצרכן נקבל :, מהגדרת עוצמת הזרם : W = U I t = [1V 1A 1s = 1J] 'ול " - יחידה של אנרגיה חשמלית J ההספק החשמלי מבטא את האנרגיה הנצרכת על ידי הצרכן ביחידת זמן. או לחילופין : קצב הפיכת אנרגיה מצורה אחת לצורה אחרת נקרא הספק. P = W = t 1J = 1W 1s ) וט ( P = U I t t = U I 1KW = 1, 000 W 1MW = 1, 000, 000 W בעזרת חוק אום, נוכל לקבל עוד שתי נוסחאות לחישוב הספק : U = I R P = I R I = I 2 R I = U R P = U U R = U2 R : לפי יחידת הספק ניתן לקבל יחידה נוספת של אנרגיה חשמלית W = P t = [w sec, kw h] בחיבור נגדים בטור וגם במקביל ההספק הכולל של המעגל שווה לסכום ההספקים על כל הנגדים. Composed by Khatsrinov Y. Page 11

12 פרק 3 הספק ואנרגיה שלושה צרכנים בעלי התנגדות R = 15 Ω, R = 5 Ω ו- R למקור המתח. 24 V מפל מתח על הצרכן R שווה ל-. 8 V א. את ההתנגדות של הצרכן השלישי ב. את ההספק הנצרך על ידי כל הצרכן ג. את ההספק השקול מחוברים בטור חשב :.1 שלושה נגדים R = 4 Ω, R = 6 Ω הזרם השקולה היא 30 אמפר. חשב : א. את ההספק הנצרך ע''י כל הנגד. ו- R = 12 Ω מחוברים במקביל. עוצמת ב. את ההספק השקול של מעגל כולו..2 ישנם שני צרכנים בעלי התנגדות 4 אום ו- 6 אום. חשב את ההספק הנצרך ע''י כל הצרכן וההספק השקול בשני המקרים : א. הצרכנים מחוברים בטור למקור מתח של 120 וולט ב. הצרכנים מחוברים במקביל לאותו המקור..3 מקלט רדיו, המיועד למתח 110 וולט וצורך זרם של 30 מילי-אמפר, בעלת מתח 230 וולט באמצעות נגד טורי. חשב : א. את ההתנגדות של הנגד הטורי. ב. את ההספק המתפזר מחובר לרשת בנגד..4 שני צרכנים 120 V / 60 W, 120V / 100 W מחוברים בטור למקור מתח של. 240 V חשב את מפל המתח על כל אחד מהצרכנים ואת ההספק המתפזר בו..5 נורה בעלת הספק 40 W ותנור בעל הספק 2.5 kw מחוברים במקביל לרשת בעלת. 220 V א. איזה רכיב בעל התנגדות גדולה יותר? (חשב את התנגדותם). ב. באיזה רכיב זורם זרם גדול יותר? (חשב את הזרם בכל הרכיב (. מתח.6 בשעתיים. 15,840,000 J קומקום חשמלי צורך מה הספק הקומקום? א. תוך כמה זמן יתחממו המים?. 336,000 J כדי להרתיח ליטר מים יש להשקיע אנרגיה של ב. משמשת לחימום המים). הנצרכת על ידי הקומקום, ) בהנחה כי כל האנרגיה החשמלית,.7 מנוע חשמלי שזורם בו זרם של, 15A והמתח עליו הוא 400V, הופעל במשך 3 שעות. חשב את הספק המנוע והאנרגיה החשמלית שהמנוע צורך במשך 3 שעות W, תשובות לתרגילים 19.2 W, 6.4 W, 9.6 W, 3.2 W, 10 Ω W, 300 W, 900 W, 600 W.2.3 א W, 864W, 576W ב. 3600W, 2400W 3.6 W,4 KΩ W, W, 150 V, 90 V.5.6 א. Ω Ω, 1210 ב. A A, א W ב S 18 KW * h, 6 KW.8 Composed by Khatsrinov Y. Page 12

13 פרק 4. שיטות לפתרון מעגלים. מעגלים חשמליים המכילים יותר ממקור אחד של אנרגיה חשמלית, חוק אום בלבד. לפתרון מעגלים אלה משתמשים בחוקי קירכהוף. לא ניתן לפתור בעזרת חוק הזרמים של קירכהוף. סכום הזרמים, הנכנסים לצומת, שווה לסכום הזרמים היוצאים ממנו. סכום הזרמים בצומת שווה ל- 0 I 1 + I 2 = I 3 + I 4 + I 5 I n = 0 חוק המתחים של קירכהוף. במעגל שבו כל הנגדים מחוברים בזה אחר זה, סכום מפלי המתח על כל הנגדים שווה למתח המקור. V V1 V2 V3 V = V 1 + V 2 + V 3 חלק של מעגל חשמלי שמחובר בין שני צמתים ובו הרכיבים מחוברים בטור נקרא ענף של המעגל מעגל סגור שבו כל הרכיבים מחוברים בטור בלבד נקרא חוג סגור או עניבה. חוג סגור הוא מסלול כלשהו לאורך מעגל חשמלי, המתחיל בנקודה מסוימת ומסתיים באותה נקודה. כאשר בתוך חוג סגור מתוברים מספר מקורות מתח יש לחשב את המתח השקול : V 1 V 2 V 1 V 2 V t = V 1 + V 2 V t = V 1 V 2 Composed by Khatsrinov Y. Page 13

14 פרק 4 שיטות לפתרון מעגלים.2 במעגל הנתון חשב את מפל המתח על הנגד בעזרת שיטת זרמי החוגים. נתון את המעגל הבא. בעזרת שיטת זרמי החוגים א. זרם על נגדים R 2 ו- ב. מפל המתח על נגדים חשב את :.R 5 ו- R 4 R 7 R V1 9 V 3 R4 2.4 V2 8 V R5 1.6 R6 7.4 R8 2.8 V3 3 V R7 1.8 V4 12 V V1 36 V V2 40 V 10 R4 5 במעגל הנתון חשב את הזרמים הזורמים 4. דרך הנגדים R 3 ו- R 4 ומפלי מתח על הנגדים R 1 ו- R 2 בעזרת שיטת מתחי הצמתים. במעגל הנתון חשב את הזרמים הזורמים דרך הנגדים R 1 ו- R 4 ומפלי מתח על הנגדים R 4,R 2 ו- R 5 בעזרת שיטת מתחי הצמתים R4 24 V1 100 V 16 V2 24 V R5 16 R4 48 V3 42 V V1 100 V 8 16 V2 24 V Composed by Khatsrinov Y. Page 14

15 .6 באמצעות שיטת ההרכבה חשב את הזרמים ואת המפלי המתח על כל הנגדים במעגל הנתון. חשב את עוצמת הזרמים על כל הנגדים ומפלי המתח על הנגדים R 2,R 1 ו- R 4 בעזרת שיטת ההרכבה.5 10 V1 10 V 5 V V V2 R V1 42 V V2 24 V 5 R V 20 V1 10 V 80 V2 6 V A 300 RL 125.R L 7. במעגל הנתון חשב את : א. מתח תבנין U Th בין הנקודות A ו-. B ב. התנגדות תבנין לגבי הנקודות A ו- B. ג. סרטט מעגל תבנין וחשב זרם ומתח על הנגד B V1 6 V A RL 50.R L במעגל הנתון חשב את : א. מתח תבנין U Th בין הנקודות A ו-. B ב. התנגדות תבנין לגבי הנקודות A ו- B. ג. סרטט מעגל תבנין וחשב זרם ומתח על הנגד.8 V2 6 V B תשובות לתרגילים U V.1.2 א. I 7 = A, I 1 = 0.042A ב. = V, U 4 = V U = V, U = 42 V, I R4 = 2.25 A, I = 3.5 A V, V, V, 0.02 A, 1.43 A.4 I = I = 0.43 A, I = 3.09 A, I = 2.66 A.5 U = 2.15 V, U = 6.45 V, U = V, U = 26.6 V, I = I = A, I = A, I = U = V, U = V, U =2.55 V U L = 5.625V, I L = A, R Th = 75Ω, U Th = 9V. 7 = 2.35V, I = A, = 26Ω, = - 3.6V.8 U L L Composed by Khatsrinov Y. Page 15 R Th U Th

16 קבל, (קונדנסטור ( הוא רכיב חשמלי, אשר ביניהם מצוי חומר דיאלקטרי. פרק 5. קבלים. הבנוי שני לוחות מתכת סמוכים ומקבילים, תכונתו של קבל לאגור מטען חשמלי נקראת קיבול F - קיבול של קבל ביחידת "פרד" - C C " מטען הנאגר בקבל ביחידת "קולון - Q V - " מתח בין לוחות הקבל ביחידת "וולט - U 1μF = 10 F 1nF = 10 F 1pF = 10 F יחידות נוספות של קיבול : קיבול של קבל לוחות : 2 m) ) שטח של כל אחד מלוחות הקבל - A (m) מרחק בין לוחות הקבל - d קבוע דיאלקטרי ε קבוע דיאלקטרי יחסי של חומר דיאלקטרי שבין לוחות הקבל (נתונה בטבלה) קבוע ε0 = 8.85*10 דיאלקטרי של הריק : (F/m) εr ε 0 חיבור קבלים במקביל. חיבור קבלים בטור. A C1 C1 U C1 C2 U C2 U C2 C3 C3 B U C3 U U t = U 1 = U 2 = U 3 Composed by Khatsrinov Y. Page 16

17 ר'' ר'' ר'' ר'' פרק 5 קבלים mm חשב קיבול של קבל לוחות, אשר שטח כל לוח הוא 15 החומר בין הלוחות הוא זכוכית ) 7 = ( ε. סמ והמרחק ביניהם.1 קבל לוחות בעל קיבול 75 μf האוגר ע''י הקבל. מחובר למקור מתח של. 100 V חשב את המטען.2, אשר שטח הלוח שלו 0.8 מ. לוחות חשב את העובי של שכבת הבידוד. נתון קבל לוחות בעל קיבול של 22nF מבודדנם ע''י שכבת נייר 2.5) = ( ε. הקבל.3 לבניית קבל לוחות בעל קיבול 500pF משתמשים בחומר דיאלקטרי נייר (3 = ( ε בעובי. 0.1 mm חשב את שטח הלוח של הקבל. רווי-פרפין.4 קבל בעל בידוד אוויר מחובר למתח ישר של. 50 V המרחק בין הלוחות 2 mm ושטח של הלוח הוא 0.5 מ. חשב : א. את קיבול הקבל ב. את המטען החשמלי שיצטבר על הלוחותיו ג. כיצד ישתנה קיבול הקבל והמטען החשמלי על לוחות הקבל, אם נכניס ביניהם לוח זכוכות 5) =?( ε.5 נתון קבל לוחות אשר שטח הלוח הוא 315 סמ. החומר הדיאלקטרי 6) = ( ε בעובי. 5 mm הקבל נטען במתח של. 750 V לאחר שהוא המתח. חשב : א. את קיבול הקבל. ב. את המטען החשמלי על לוחותיו. בין הלוחות הוא זכוכית נטען, נותק הקבל ממקור.6 קבל מחובר למתח של 150. V שטח הלוחות הוא 20 סמ''ר והמרחק ביניהם הוא. 0.3 mm הבידוד בין הלוחות הוא אוויר. לאחר טעינה מנתקים את הקבל מהמקור, מגדילים פי- 2 את המרחק בין הלוחות ומכניסים אותם לנוזל בעל קבוע דיאלקטרי יחסי של. 5.5 מהו המחת על הקבל החדש?.7 שלושה קבלים זהים מחוברים בטור למתח של, 420 V 630 מיקרו-קולון. חשב את הקיבול של כל הקבל. ועל לוחותיהם הצטבר מטען חשמלי.8 שלושה קבלים מחוברים בטור. קיבולם. 15 pf, 12 pf, 20 pf המערכת טעונה. ובין הלוחות של הקבל השני נמדד מתח. 300 V חשב : א. את המתח בין הלוחות של שני הקבלים הנותרים ואת המתח על הדקי המערכת. ב. את קיבול השקול של המערכת שלושה קבלים זהים מחוברים במקביל ונטענו במתח ישר של. 220 V הוא. 4.5 μ F חשב : א. את הקיבול של קבל אחד ב. את המטען החשמלי על הלוחות של קבל אחד ג. את המטען החשמלי של כל המערכת הקיבול השקול של המערכת 11. שלושה קבלים מחוברים במקביל נטענו במתח ישר. הקיבול השקול של המערכת הוא. 2.5 μf קיבול של הקבל הראשון שווה 1.3 μf ועל לוחותיו הצטבר מטען חשמלי קולון. קיבול של הקבל השני שווה. 0.3 μf חשב: Composed by Khatsrinov Y. Page 17

18 א. את הקיבול של הקבל השלישי ב. את המטען החשמלי על הלוחות של הקבל השני והשלישי. ג. את המטען החשמלי של כל המערכת. ד. באיזה מתח נטענו הקבלים? 12.כמה קבלים של 10 μ F 400/ V דרושים ואיך יש לחבר אותם כדי במתח 1600 V ושקיבול שלה תהיה? 15 μf להרכיב םוללה שתעבוד C1 50uF C2. C 2 קולון, = Q חשב קיבול הקבל. 50 μf = C 1 13.במעגל הנתון בציור = Q קולון, C1 C2 C3 2uF 4uF C7 15uF 8uF C6 10uF C5 5uF C4 5uF 14.חשב את הקיבול השקול במעגל הנתון. C2 1uF C1 1uF 1uF C3 C4 C 4 15.הקיבול השקול של מערכת הקבלים שווה לקיבול של הקבל. C 4 חשב את קיבולו של הקבל. C2 C1 6uF C4 120 V 3.6uF 3uF C3 1uF 16.למעגל הנתון חשב: א. את הקיבול השקול של המעגל ב. את שיעור המתח השורר בין ההדקים של כל קבל. C1 3uF C2 5uF C3 C5 10uF C6 15uF C 2 17.חשב את המתח והמטען על כל הקבל המחובר במעגל אם ידוע, כי המטען על הקבל שווה ל- 100 מיקרו-קולון. 9uF C4 15uF C7 20uF Composed by Khatsrinov Y. Page 18

19 A C1 1 S 2 C2 C3 C4 B. B ו- A באיור הבא מתואר מעגל קבלים. C 1 = 2C 3 = 3μF, C 2 = 0.5C 4 =5μF חשב את הקיבול השקול בין נקודות מחובר להדק 1. S כאשר המפסק א. מחובר להדק 2. S כאשר המפסק ב..18 תשובות לתרגילים. Q = 340 μc 465 pf mc mm cm μc, 11 nf, 0.11 μc, 2.2 nf μc, 335 pf V μf.8 ב. pf 5 א. V 720 V, 240 V, ג. μc 990 ב. μc א. μf V, 550 μc, 198 μc, 66 μc, 0.9 μf μf μf.14 3 μf V, 72 V, 72 V, 48 V, 6 μf.16, Q = 567 μc, Q = 180 μc, Q = 60 μc μf ב μf א..18 תרגילים נוספים. ספר של אילן גל. תורת החשמל חלק א'. עמ' Composed by Khatsrinov Y. Page 19

20 פרק 6. סלילים. סליל מלופף על ליבת ברזל נקרא בשם משרן. בתכונות תלויה במספר כריכות, השראות של משרן השראות. של סליל מאופיינות על ידי תכונות "הנרי " H השראות נמדדת ביחידות מגנטיות של חומר הליבה ובמידות פיזיות של הליבה. חיבור משרנים בטור. חיבור משרנים במקביל L1 50mH L2 30mH L3 60mH תרגילים..1 במעגל הנתון חשב את ההשראות השקולה הנמדדת בין הדקי המעגל. L1 100mH L5 L2 90mH L3 60mH L4 300mH במעגל הנתון חשב את ההשראות השקולה הנמדדת בין הדקי המעגל..2 50mH L1 50mH L2 100mH L3 50mH L4 100mH L5 50mH L6 50mH במעגל הנתון חשב את ההשראות השקולה הנמדדת בין הדקי המעגל..3 תשובות לתרגילים..100Hm.250Hm.100Hm Composed by Khatsrinov Y. Page 20

21 7. פרק עקרונות בזרם חילופין פרק זמן שהם חוזרים על עצמם אחרי כאיים וזרם סינוסואידלי הם אותות מחזוריים, שאחריו מתחיל האות מחזורי לחזור על זהו פרק הזמן הקצר ביותר, "זמן המחזור". הנקרא T קבוע עצמו. "תדירות" (f) את מספר המחזורים של אות מחזורי, יחידת התדירות היא הרץ Hz] [. החלים בשנייה אחת, נקרא rad/sec ω = 2π f תדר זוויתי : יחידה : תלות מתח וזרם סינוסואידלי בזמן ניתן לבטא בעזרת משוואות הבאות: e = E m sin ωt i = I m sin ωt ערך הרגעי של זרם ומתח ערך השיא (מקסימלי ( של זרם ומתח. - - U m e, i, I m ערך שיא לשיא peak) ( peak to E p p = E max E min הערך הממוצע לחלק השלילי. של המתח או הזרם במשך מחזור שלם הוא אפס, לכן ערך הממוצע מחשבים במשך חצי מחזור: כי החלק החיובי של המחזור זהה E av = 2 π E m I av = 2 π I m הערכ האפקטיבי (יעיל) של זרם חילופין היא אותה עוצמת זרם, השווה לזה שמסוגל לייצור זרם ישר בעל אותה עוצמה. המסוגלת לייצור בצרכן כמות חומ, I = I m 2 המתח הישר, היוצר בצרכן הספק, השווה להספק הממוצע שמתח חילופין יוצר באותו צרכן, נקרא המתח האפקטיבי (יעיל) של מתח חילופין זה. הזווית ø נקראת זווית מופע או בקיצור: מופע. גודל זווית המופע מציין את מידת הסטיה על ציר E = E m 2 זמן ωt) ( של סינוסואידה, ביחס לזווית - 0 Composed by Khatsrinov Y. Page 21

22 פרק 7. עקרונות בזרם חילופין. באיור הבא נתונים גרפים של אותות מחזוריות. מהו זמן המחזור של כל אות? א. חשב תדר של כל אות. ב..1 U(V) U(V) U(V) t ( ms ) t ( ms ) t sm ) ג. ב. א. e = 300 sin 942 t 2. הכאיימ המושרה במחולל נתון על ידי הביטוי : חשב : תדר זוויתי, תדירות, זמן המחזור, ערך מקסימלי, ערך ממוצע וערך אפקטיבי של הכאיימ. 3. חשב את הערכים החסרים בטבלה הבאה : 377 rad/sec 3 MHz 6ms 628,000 rad/sec 50Hz 0.2s T f ω 4. זרם חילופין מתואר על ידי גרף סינוסי הבא : 6 I(mA) t (μs ) א. חשב : ב. ערך שיא לשיא, ערך מקסימלי, ערך ממוצע, ערך אפקטיבי של הזרם. זמן המחזור, תדר, תדר זוויתי מהי זווית המופע של כל אחד מהזרמים הבאים : i = 10 sin ωt i = 10 sin(ωt + 45 ) i = 10 sin(ωt 90 ) Composed by Khatsrinov Y. Page 22

23 5V t ( ms ) באיור הבא מסורטט גל ריבועי תדר זוויתי. תדר, זמן המחזור, א. חשב : גורם המחזור - Cycle Duty ב. ערך שיא לשיא של המתח ג..6-3V V באיור הבא מסורטט גל משולש חשב : א. זמן המחזור, תדר, תדר זוויתי. ב. חשב זמן עלייה וזמן ירידה של המתח..7 t ( ms ) תשובות לתרגילים ms 60HZ א.. 50 HZ, 20 sm ב..200HZ, 5 sm ג..100HZ, 10 sm 212.7V, 191V, 300V, 6.67ms, 150HZ, 942 rad/sec 0.33μs 10μs 0.02s T 166.7HZ 99.9kHZ 5HZ f 18.8* ω dar / sce. 8 sm V, 3.82V, 6V, 12V א , , dar / sce, 200HZ, 5sm א dar / sce, 83.3 HZ, 12 sm א. ב. ב., 500 KHZ, 2μs. 80% ג. 8V ב., 4 sm Composed by Khatsrinov Y. Page 23

24 פרק.8 מעגלי זרם חילופין. נגד במעגל זרם חילופין זרם ומתח על הנגד נמצאים באותו מופע. סליל במעגל זרם חילופין מתח על הסליל מקדים את הזרם ב 90 - מעלות )או זרם מפגר אחרי המתח ב 90 - מעלות(. קבל במעגל זרם חילופין זרם בקבל מקדים את המתח ב 90 - מעלות )או מתח מפגר אחרי ההזרם ב 90 - מעלות(. חיבור טורי של נגד וסליל מפל המתח על הנגד נמצא באותו מופע עם הזרם. מפל מתח על הסליל מקדים את הזרם בזווית Page 24 Composed by Khatsrinov Y.

25 חיבור טורי של נגד וקבל מפל המתח על הנגד נמצא באותו מופע עם הזרם. מפל מתח על הקבל מפגר אחרי הזרם בזווית חיבור טורי של נגד, סליל וקבל מפל המתח על הנגד נמצא באותו מופע עם הזרם. מפל מתח על הסליל מקדים את הזרם בזווית מפל מתח על הקבל מפגר אחרי הזרם בזווית Page 25 Composed by Khatsrinov Y.

26 פרק 8 מעגלי זרם חילופין נגד בעל התנגדות 5000 אום מחובר למקור מתח חילופין בעל מתח שיא. 100 V האפקטיבי ואת ההספק במעגל. חשב את הזרם A נורה מחוברת לרשת בעלת מתח אפקטיבי של 120 V חשב את ההספק המתפזר על הנורה. וצורכת זרם בעוצמת של.2 מספר נורות להט מחוברות במקביל למקור בעל מתח מקסימלי של. 311 V הכללי היא. 10 A התנגדות של כל נורה היא 440 אום. חשב : א. כמה נורות מחוברות במקביל ב. מהו ההספק הנצרך ע''י כל הנורה עוצמת הזרם היעיל.3 חשב את ההספק הפעיל המתפתח על גבי הנגד בעל התנגדות 1 K Ω למתח. u = 282 sin ωt המחובר.4. i = 282 sin ωt, גוף חימום מוזן במתח אפקטיבי של 220 V א. את ההתנגדות של גוף החימום ב. את ההספק המתפזר על גוף החימום ודרכו זורם הזרם הרגעי חשב : HZ סליל בעל השראות של 0.1 H של הסליל. מחובר לרשת בעלת תדירות חשב את ההיגב ההשראתי.6? 40 HZ מהי ההשראות של סליל בעל היגב 12.5 אום בתדירות HZ סליל בעל השראות של 2 H מחובר למקור מתח יעיל של 314 V חשב את עוצמת הזרם המקסימלי. ותדירות.8 סליל בעל השראות של 100 m H מחובר למתח חילופין בעל תדירות. 50 HZ דרך הסליל זורם זרם של. 10 A חשב א. את ההיגב ההשראתי של הסליל. ב. את המתח על הדקי הסליל HZ חשב את ההיגב הקיבולי. 10.קבל שקיבולו 32 μf מחובר לרשת בעלת תדירות 1000 rad sec 11.אל מקור מתח חילופין בעל מתח אפקטיבי של 200 V קבל שקיבולו. 5 μf חשב את הזרם האפקטיבי. ותדירות זוויתית של מחובר ~ A V 12.כדי לחשב את קיבול הקבל הבלתי ידוע חיברו אותו למעגל כפי שמתואר באיור. מד-המתח מציין 220 V ומד הזרם מציין. 0.1 A תדירות המעגל היא. 50 HZ חשב את קיבול הקבל. 13.קבל בעל קיבול 24 μf מחובר למקור מתח בעל מתח רגעי של u = 150 sin ωt ותדירות. 25 HZ חשב את השיא של Composed by Khatsrinov Y. Page 26

27 עוצמת הזרם בקבל. ~ A R L V. 90 V 14.במעגל המתואר באיור מד-הזרם מציין 3 A חשב את מתח המקור. ומד-המתח מציין ~ A R L 15.במעגל שבאיור היגב הסליל שווה. 8 K Ω והתנגדות הנגד. 6 K Ω מד-הזרם מציין. 10 ma חשב את מתח המקור. V R 27.5 ~ V C 16.במעגל הנתון מד-המתח שעל הדקי הנגד מציין, 55 V ו- מד-המתח שעל ההדקי הקבל מציין. 95 V תדירות המקור שווה. 200 HZ חשב: א. את עוצמת הזרם במעגל ב. את מתח המקור ג. את ההספקים במעגל ד. את קיבול הקבל R 3k ~ 220 v C 250pF 17.במעגל הנתון תדירות המקור היא. Hz חשב : א. את הזרם במעגל ב. את ההספק הפעיל, היגבי ומדומה. 18. שני קבלים שקיבולם 43.4 μf ו- 100 μf מחוברים בטור עם שני נגדים שהתנגדותם 34.6 אום ו- 104 אום, למקור מתח חילופין של 380 V ותדירות. 50 HZ חשב : א. את עוצמת הזרם במעגל ב. את ההספקים: פעיל, היגבי, מדומה. A R C 19.במעגל הנתון כאשר המפסק פתוח מציין מד-זרם. 1.6 A כאשר המפסק סגור מציין מד-זרם A תדירות המתח במעגל היא. 50 HZ חשב את התנגדות הנגד ואת קיבול הקבל. 220 v ~ Composed by Khatsrinov Y. Page 27

28 , 5H, 1 KΩ חשב עכבת המעגל הטורי RLC בעל קיבול 1. μf הכולל : נגד של סליל בעל השראות קבל.20.40Ω נתון מעגל RLC טורי כולל : נגד של, 150Ω היגב השראתי של 120Ω המעגל מחובר למקור מתח חילופין בעל מתח אפקטיבי של 340V. חשב את : עכבת המעגל, זרם במעגל ומפלי המתח על כל הרכיב. והיגב קיבולי של.21 קיבול וקבל בעל 2H של השראות סליל בעל, 150Ω נגד של טורי כולל : RLC נתון מעגל המעגל מחובר למקור מתח חילופין של. 14μF של הספקים על כל הרכבים והספק מפלי המתח על כל הרכיב, זרם במעגל, חשב את : עכבת המעגל, הכולל של המעגל..22 תשובות לתרגילים, P = W, U C 1 W, 14.1 ma.1 W W נורות, W W, 11 Ω Ω H A V, 31.4 Ω.9 i = sin( ωt + 90 ), 99.5 Ω.10 1 A μf A V V μf, VA, 190 VAr, 110 W, V, 2 A VA, 7.74 VAr, 5.81 W, 44 ma VA, VAr, W, 2.18 A μf, Ω Ω.20. U C = 80V, U L = 240V, U R = 300V, 2 A, 170Ω.21 = V, U L = V, U R = 132V, 0.44A, 500Ω.22 Q C = 44.14VAr, Q L = VAr Composed by Khatsrinov Y. Page 28

29 פרק.9 דיודה. דיודת זנר. דיודה היא התקן חשמלי העשוי מחומר מוליך למחצה )סיליקון או גרמניום(. הדיודה היא רכיב חשמלי חד כיווני, כלומר היא מוליכה בכיוון אחד בלבד. ממתח אחורי reverse bias - ממתח קדמי forward bias - דיודה אידיאלית מהווה "נתק" דיודה מעשית מהווה "נתק" דיודה אידיאלית מהווה "קצר" יש מפל מתח Vd על הדיודה מעשית אופיין זרם - מתח של דיודה מעשית דיודת זנר דיודה המסוגלת לפעול במתח אחורי גדול באזור פריצה נקראת דיודת פריצה או דיודת זנר. VZ מתח זנר )מתח פריצה( זהו מתח, שבסביבותו מיועדת הדיודה לפעול. מתח זה נשאר קמעט קבוע במשך פעולת הדיודה. IZK זרם הברך זהו זרם שצריך להזרים דרך דיודת זנר כדי שתפרץ. IZM הזרם המירבי שמותר להזרים דרך דיודת הזנר. Vd מתח על הדיודה בהולכה בממתח קידמי. Page 29 Composed by Khatsrinov Y.

30 פרק 9. במעגל הנתון הדיודות הן אידיאליות. דיודה חשב את הזרמים דרך הדיודות V 1.5k 0.5k 1.5k D1 D2 במעגל הנתון הדיודות הן אידיאליות. חשב את הזרמים דרך הדיודות..2 D1 2k V1 5 V 0.5k D2 במעגל הנתון הדיודות הן אידיאליות. חשב את הזרמים הזורמים דרך כל הנגדים ומפלי המתח עליהם..3 2k V 10 V D1 3k 6k במעגל הנתון הדיודות הן אידיאליות. חשב את הזרמים והמתחים במעגל..4 4k 3k 12 V 6k D1 R4 6k Composed by Khatsrinov Y. Page 30

31 . 0.6 V במעגל הנתון הדיודה זהות ועשויות חומר סיליקון. חשב את הזרם דרך הדיודות. מפל מתח על הדיודות בהולכה.5 D1 4k 10 V 2k D2 0.7 V R 2 R 1 במעגל הנתון הדיודה זהות ועשויות חומר סיליקון. מפל מתח על הדיודות בהולכה חשב זרם ומתח על הנגדים ו-. 0.5k D1 D2 D V D4 0.3k D5 באיור הבא מתואר מעגל יישור חד דרכי ) מיישר חצי גל ( עם דיודה אידיאלית. מתח האפקטיבי של המקור שווה ל 100V. התנגדות נגדד העומס 9.1 kω.7 D Vin RL א. ב. ג. סרטט, זה מתחת לזה, את צורת מתח המקור ואת צורת המתח על הנגד. חשב את מתח הממוצע על נגד העומס וזרם דרכו. חשב את ההספק הממוצע המתפתח על הנגד. במעגל מהתרגיל הקודם החליפו את הדיודה בגשר דיודות. ענה על הסעיפים שבתרגיל הקודם עבור מעגל עם גשר דיודות..8 Composed by Khatsrinov Y. Page 31

32 באיור הבא מתואר מעגל של מיישר גל שלם. העומס 20Ω. מתח הראשוני שווה ל-, 220V התנגדות נגד.9 U 1 U 2 9V א. ב. ג. חשב את יחס ההשנאה של השנאי הדרוש לקבלת מתח קבוע של חשב את ההספק המתפתח על העומס. דיודה נשרפה. כיצד ישתנה מתח על נגד העומס? על נגד העומס. D 1 במיישר חצי- גל עם קבל סינון הנתונים הם : מתחי השנאי, 220V / 12V תדר הרשת.50HZ רוצים לקבל זרם של 4.5mA על נגד העומס. שינוי המירבי של מתח על הקבל הוא 2V..10 R U L 2 U 1 U 2 C R L א. ב. חשב קיבול הקבל שיש לחבר לעומס על מנת להסיג מטרה זו. חשב מתח על פני העומס. R נתון מעגל הבא עם דיודת זנר הכולל מקור מתח קבוע. של. 20V R = 0.5KΩ, R = 1KΩ, V = 6V.11 Vin Dz RL חשב זרם הזורם דרך דיודת זנר I מעגל שבתרגיל הקודם מחובר למקור מתח משתנה. מתח זנר. 5V מתח המקור הוא גל משולש המשתנה בין + 10V לבין 10V-. מפל מתח על דיודת זנר בהולכה במקדם קידמי הוא 0V. סרטט, זה תחת לזה, צורת מתח הכניסה וצורת מתח על נגד העומס..12 Composed by Khatsrinov Y. Page 32

33 V 14 V Rx D1 Dz 6.8 V.8Ω 13. נתון מעגל הכולל דיודת זנר ודיודה רגילה. נתוני דיודה רגילה : D 1 מתח הולכה 0.7V והתנגדות בהולכה נתוני דיודת זנר : D Z מתח פריצה אחורי ) מתח זנר) 6.8V והתנגדות בהולכה שניתנת להזנחה ma 43 ma, R X R X א. ב. חשב את ערך הנגד דרך דיודת זנר. חשב את ערך הנגד דרך דיודת זנר. אשר יגרום לזרם, אשר יגרום לזרם תשובות לתרגילים V = V = 4V I = 0A, I = 5mA.1 I = I = 2.5mA.2 V = 2.5V, V = 7.5V, I = I = 1.25mA, I = I = 0.3, V = 8V, I = 0.67mA, I = I = 1.33mA, I = 2mA.4 I d = 2.4mA, I d = 2.7mA.5 I = 7mA, I = 33mA.6 P = 223mW, I = 4.95mA, V = V = 45V.7 P = 892mW, I = 9.9mA, V = 90V.8 P = 4.05W, N = 22.9 V = 16V, C = 45μF.10 I = 18mA Ω א Ω ב..13 Composed by Khatsrinov Y. Page 33

34 BJT - פרק 10. טרנזיסטור ביפולרי B C E NPN B C E PNP E לטרנזיסטור ישנם שלושה הדקים לפי כמות השכבות. פולט - Emitter E - B קולט - Collector C - N P N בסיס - Base B - C משוואת הזרמים בטרנזיסטור : משוואות המתחים: הגבר זרם : קו עבודה ונקודת העבודה VCC Rc I c Vbb Rb I b U CE U CE I C משוואה מתארת קשר בין זרם הקולט לבין מתח U CE - I C קשר זה הוא ליניארי. אם נסרטט גרף של המשוואה על גבי מערכת צירים (Load line) נקבל קו ישר הנקרא קו העבודה של הטרנזיסטור. I C = 0 מתוך המשוואה רואים : כאשר U CE כאשר = 0 Composed by Khatsrinov Y. Page 34

35 פרק 10. טרנזיסטור. VCC 10V נתון 1. מעגל טרנזיסטורי. Rc 3k קבע באיזה תחום פעולה נמצא הטרנזיסטור (רוויה, קיטעון, פעיל ( Rb Vin = 5V 150k Re 1.5k VCC 10V Rc 1.12k במעגל טרנזיסטורי מתח המבוא בבסיס הטרנזיסטור משתנה : א. Vin = 0V ב. Vin = 5V.2 Vin Rb 50k חשב את הפרמטרים של נקודת העבודה עבור שני מתחי המבוא. Rb 25k V1 2.4 V VCC 24V Rc 5k במעגל הנתון חשב את הפרמטרים של נקודת העבודה : I, I, V נתוני הטרנזיסטור : V = 0.6V, β= 50 רשום משוואה של קו העבודה וחשב נקודות חיתוך של הקו עם הצירים.3 Composed by Khatsrinov Y. Page 35

36 Vbb 12 V SW Rb 150k 100k Re 3k Rc 5k Vcc 20 V נתון מעגל טרנזיסטורי. נתוני הטרנזיסטור : β= 50, V = 0.6V א. חשב את הפרמטרים של נקודת העבודה, כאשר המתג SW פתוח. ב. חשב את הפרמטרים של נקודת העבודה, כאשר המתג SW סגור. ג. חשב מתח בבסיס B של הטרנזיסטור..4 50k VCC 20V Rc 2k מצא את נקודת העבודה של הטרנזיסטור במעגל הבא : β= 50, V = 0.7V חשב את ההספק המתפזר על הנגדים, R R.5 10k Re 0.5k VCC 24V 2k באיור הבא נתון מעגל מגבר טרנזיסטורי המחובר בצימוד ישיר., V = V = 0.7V β 1 = 50, β 2 = 80 חשב את הערכים הבאים :.6 V, I, I, V, I, I 120k Vcc 5 V 400 Composed by Khatsrinov Y. Page 36

37 Vbb 8 V Rb 30k Re 4k RL 2k Vcc 16 V R L נתון מעגל הטרנזיסטורי הבא. β = 120, V BE =0.7V I b נתוני המעגל חשב את זרם הבסיס א. וזרם הפולט.Ie חשב את זרם הקולט Ic ב. V CE חשב את המתח ג. חשב את ההספק המתפזר על נגד העומס ד..7 תשובות לתרגילים., V = 3.679V > V = 0.4V הטרנזיסטור במצב פעיל. א. הטרנזיסטור בקיטעון. ב. V = 0.368V, I = 8.6mA, I = 0.086mA I = 4.8mA, V = V = 24V, V = I R + V א. V = 6.336V, V = 8.889V, I = 1.875mA, I = mA V = 8.784V, V = 2.441V, I = 2.675mA, ב. I = mA P = 7.912mW, P = 30.42mW.5 P L = 5.807mW ד. V CE = 5.72V I = 8372mA, I = I = mA, I = 2.093mA.6 שני הטרנזיסטורים במצב רוויה. אין לחשב מתחים V. 7 א. Ib = 14.2 μa ב. Ic = 1.704mA, Ie = 1.718mA ג. Composed by Khatsrinov Y. Page 37

38 פרק 11. מגבר שרת. "-" "+" מבוא מסומן מבוא מסומן נקרא נקרא " מבוא הופך מופע " " מבוא לא הופך מופע ". הגבר מתח זהו יחס בין מתח המוצא לבין מתח הכניסה. פעולת מגבר שרת כמשווה מגבר שרת פועל כמשווה בחוג פתוח, כלומר ללא נגדים חיצוניים Vout = +Vcc Vout = - Vcc Vin1 < Vin2 Vin2 > Vin1 כאשר כאשר כדי להבטיח יציבות בפעולת המשווה משתמשים במשוב חיובי. משוב חיובי נוצר ע''י נגד המחובר בין מוצא המגבר לבין כניסה הלא מהפכת. בעזרת מחלק מתח הנוצר ע''י שני נגדים ו- במבוא " +" מתקבל חלק ממתח המוצא. V = V out R 1 R 1 R 2 מגבר שרת לא הופכ מופע מגבר שרת הופך מופע מגבר שרת מסכם מגבר שרת מחסר Vin 1 Vin 1 Rf Vin 2 Vout Vin 2 Vout R4 Composed by Khatsrinov Y. Page 38

39 פרק 11. מגבר שרת. נתון מעגל של מגבר שרת אידיאלי הפועל בחוג פתוח כמשווה.1 Vin +15V -15V Vout לכניסת המשווה נמסר מתח משולש סימטרי 2V. בעל תנופה של 0V סביב זהה את סוג המשווה. א. סרטט את מתח המבוא ומתח המוצא ב. תחת לזה. זה נתון 2. מעגל של מגבר שרת אידיאלי הפועל בחוג פתוח כמשווה Vin +15V Vout סינוסואידלי סימטרי לכניסת המשווה נמסר מתח. 5V בעל תנופה של 0V סביב זהה את סוג המשווה. א. סרטט את מתח המבוא ומתח המוצא ב. תחת לזה. זה -15V נתון 3. מעגל של מגבר שרת אידיאלי הפועל בחוג פתוח כמשווה +10V 5k 20k 1 2 SW +12V Vout א. ב. ג. ד. חשב מתח בכניסה המהפכת של מגבר השרת עבור שני מצבי המפסק. חשב מתח בכניסה הלא מהפכת. חשב מתח במוצא המגבר כאשר המפסק מחובר להדק 1. חשב מתח במוצא המגבר כאשר המפסק מחובר להדק 2. +8V 5k 5k Composed by Khatsrinov Y. Page 39

40 +12V נתון 4. מעגל של מגבר שרת אידיאלי 5k 1k +12V 2k א. ב. ג. זהה את סוג המעגל. חשב מתח המוצא וזרם דרך הנגד R 1 כאשר המפסק S פתוח. סמן כיוון הזרם. חשב מתח המוצא וזרם דרך הנגד R 1 כאשר המפסק S סגור. סמן כיוון הזרם. S 5k Vz =5.8V -10V. LED נתון מעגל הכולל שני מגברי השרת האידיאליים. המתח הנופל על כל הדיודה בהולכה הוא. 1.6V למוצאי המגברים מחוברים דיודות.5 Vin A B +15V 5k 5k 5k -15V +15V -15V 2k 2k LED1 LED2 א. ב. ג. ד. ה. חשב את המתחים בנקודות A ו-. B רשום את תחום מתח המבוא, V שבו הדיודה LED1 מאירה בלבד. רשום את תחום מתח המבוא, V שבו הדיודה LED2 מאירה בלבד. רשום את תחום המתח במבוא, שבו שתי הדיודות אינו מאירות. חשב את הזרמים דרך הדיודות כאשר הן מאירות. מצא את הגבר המתח A בכל אחד מן המעגלים הבאים..6 Vin 10k 1k Vout Vin 1k 10k Vout מעגל א' מעגל ב' Composed by Khatsrinov Y. Page 40

41 Vin Vout Vin 10k Vout מעגל ג' מעגל ד' 15k 20k 5k Vout 1k Vout Vin Vin 1k מעגל ה' מעגל ו' 10k 7. נתון מעגל של מגבר שרת הפועל בחוג סגור. Vin 5k +15V -15V Vout א. ב. ג. ד. ה. זהה את תצורת החיבור של מגבר השרת. חשב את הגבר המתח A. מהו מתח המוצא המירבי שניתן לקבל במעגל זה? מתח הכניסה V, = 2.5V חשב את מתח המוצא. כאשר מתח הכניסה, V = 3.1V חיברו בין מוצא המעגל לבין אדמה נגד של 500Ω. חשב את הזרם שיזרום דרכו ואת ההספק שמתפתח בו. 8. נתון מעגל של מגבר שרת הפועל בחוג סגור. 4k Vin 9k +12V -12V Vout א. ב. ג. ד. ה. זהה את תצורת החיבור של מגבר השרת. חשב את הגבר המתח A. מהו מתח הכניסה הדרוש כדי לקבל מתח המוצא 10V? מתח הכניסה V, = 2.5V חשב את מתח המוצא. כאשר מתח הכניסה, V = 1.8V חיברו בין מוצא המעגל לבין אדמה נגד של 200Ω. חשב את הזרם שיזרום דרכו ואת ההספק שמתפתח בו. Composed by Khatsrinov Y. Page 41

42 . 0.6V נתון מעגל הכולל מגבר שרת, התנגדות של הנורות. 150Ω שתי דיודות ושתי נורות. מתח הולכה של הדיודות.9 80k 1 +12V 2 40kΩ 20k V3 3 V D1 D2-10V נורית 2 נורית 1 א. ב. ג. הסבר את פעולת המעגל. (שני המפסקים נסגרים בו זמנית). חשב מתח המוצא וזרם דרך הנורית. נורית נדלקת? איזה המפסק במצב 1. חשב מתח המוצא וזרם דרך הנורית. נורית נדלקת? איזה המפסק במצב 2. 3 V 2k 4k.10 א. ב. נתון מעגל של מגבר שרת הפועל בחוג סגור. מתחי ההזנה של המגבר הם ± 12V חשב מתח המוצא. חשב את הזרמים הזורמים דרך הנורית ודרך הנגד. Vout נורית R 3 4k S1 נתון מעגל של מגבר שרת הפועל בחוג סגור. 8k.11 S2 2k +12V S3 4k Vout 1 V 8k -12V Composed by Khatsrinov Y. Page 42

43 זהה את תצורת החיבור של מגבר השרת. חשב מתח המוצא עבור מצבים הבאים של המפסקים : כל המפסקים סגורים. 1. ו-. S 3 S 2 ו-, S 3 S 1 ו-, S 2 1 S המפסקים נסגרים בזוגות :.2 נמק את תשובתך. כיצד ניתן לשנות קוטביות של מתח המוצא במעגל הנתון? א. ב. ג. +10V 2k Vin 4k בחוג סגור. נתון מעגל של מגבר שרת הפועל 12. זהה את תצורת החיבור של מגבר השרת. א. חשב מתח בכניסה הלא מהפכת. ב.. 2V חשב מתח המוצא אם מתח המבוא ג. 2k Vout 4k תשובות לתרגילים V = 4V משווה אנלוגי הופך מופע. משווה אנלוגי לא הופך מופע. 0V V = המפסק בהדק : 2 8V. V = המפסק בהדק :1 א. V = +12V ד. V = 0V ג. משווה אנלוגי. א. כיוון הזרם מתוך המוצא..I = 6mA, ב. 12V + V = כיוון הזרם לתוך המוצא., I = 6mA, V = 12V ג. ב I = 12.4mA א. V = 10V, V = 5V ב.. 10V < V < 15V ג.. 0V < V < 5V ד. 5V < V < 10V מעגל א. 10 = A מעגל ב. 0.1 = A מעגל ג. = 0 A מעגל ד. = 1 A מעגל ה. = 21 A מעגל ו. = 4 A א. מגבר הופך מופע ב. 2 = A ג.. V = 15V ד. P = 76.9mW V = 3.077V א. ד. מגבר לא הופך מופע. ב. = 3.25 A I = 29.25mA P = 171.1mW ג..8 V = 6V I = 40mA V = 9V I = 56mA.2.1 ב. נדלקת נורית ג נדלקת נורית.9 I = 1.5mA I = נורית 3mA א. V = 6V ב..10 V = 3V, V = 5V, V = 6V ג. V = 9.34V, V = 7V V = 6.67V א. א. מגבר מסכם. מהבר מחסר. ב. ב Composed by Khatsrinov Y. Page 43