אלקטרוניקה ומשבים ה-תשס"ה

תמליל

1 גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תשס"ה, 5 מועד הבחינה: משרד החינוך 755 סמל השאלון: נוסחאון בתורת הרשת א. נספחים: לכיתה י"ד נוסחאון באלקטרוניקה ספרתית ב. לכיתה י"ד אלקטרוניקה ומחשבים ה' מגמת הנדסת חשמל אלקטרוניקה (כיתה י"ד) א. משך הבחינה: ארבע שעות. הוראות לנבחן בשאלון זה שני פרקים, ובהם שמונה שאלות. יש להשיב מבנה השאלון ומפתח הערכה: ב. על ארבע שאלות בלבד, שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 5 נקודות. סך הכול נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: מחשבון. ד. הוראות מיוחדות:. ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון. המעריך יקרא ויעריך את מספר השאלות הנדרש בלבד, לפי סדר כתיבתן במחברתך, ולא יתייחס לתשובות נוספות.. התחל כל תשובה לשאלה חדשה בעמוד חדש. 3. רשום את כל תשובותיך אך ורק בעט. 4. הקפד לנסח את תשובותיך כהלכה ולסרטט את תרשימיך בבהירות. 5. כתוב את תשובותיך בכתב יד ברור, כדי לאפשר הערכה נאותה של תשובותיך. 6. אם לדעתך חסרים נתונים הדרושים לפתרון שאלה, אתה רשאי להוסיף אותם, בתנאי שתנמק מדוע הוספת אותם. 7. בכתיבת פתרונות חישוביים, קבלת מ רב הנקודות מותנית בהקפדה על השלמת כל המהלכים הבאים, בסדר שבו הם רשומים: רישום הנוסחה המתאימה. * הצבה של כל הערכים ביחידות המתאימות. * חישוב (אפשר באמצעות מחשבון). * רישום התוצאה המתקבלת, ביחד עם יחידות המידה המתאימות. * ליווי הפתרון החישובי בהסבר קצר. * ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! בשאלון זה 9 עמודים ו 4 עמודי נספחים.

2 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל השאלות ענה על ארבע מבין השאלות 8. עליך לענות על שאלה אחת לפחות מכל פרק. פרק ראשון: תורת הרשת ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות 4 (לכל שאלה 5 נקודות). שאלה באיור לשאלה נתון מעגל חשמלי. E V E V 3 4 Ω Ω 4 4 Ω I 3 Ω E 3 8 V 5 Ω איור לשאלה א. חשב את המתח בין הנקודות ו. ב. חשב את הזרם העובר בנגד. 4 ג. חשב את ההספק שמספק מקור המתח. E 3 המשך בעמוד 3

3 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל שאלה באיור לשאלה נתון תרשים חשמלי של רשת זוגיים. חשב את: j 5 Ω א. מקדמי הזוגיים D) (,,, של הרשת. ב. עכבת המבוא של הרשת, כאשר: V i j Ω j Ω V o. המוצא בקצר. המוצא בריקם ג. העכבה האופיינית של הרשת. איור לשאלה שאלה 3 באיור לשאלה 3 נתון מעגל המשמש כמנחת, המתאם בין התנגדות המקור (Ω ) s = לבין התנגדות העומס Ω) ( L = 5. I i I o s Ω L 5 Ω V s. Ii Io איור לשאלה 3 א. חשב את מקדם הניחות, N d אם מתקבל היחס = 3 ב. חשב את ההתנגדות של כל אחד מרכיבי הרשת.,, ג. חשב את הזרמים I i ו, I o כאשר למבוא המעגל מסופק אות שעוצמתו. 3 V המשך בעמוד 4

4 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל שאלה 4 נתון מסנן רשת T מעביר גבוהים (HPF), מסוג K קבוע. ההתנגדות האופיינית שלו Ω, 5 ותדר הפוגה (הקיטעון) שלו khz. 5 א. סרטט את המעגל החשמלי של המסנן. ב. חשב את ערכי הרכיבים של המסנן, ורשום אותם בסרטוטך. ג. חשב את ניחות המסנן (ביחידות neper וביחידות (d בתדר של. khz ד. סרטט מסנן רשת π מעביר גבוהים (HPF), מסוג K קבוע, שהתנגדותו האופיינית ותדר הפוגה שלו זהים לאלו של המסנן הנתון, וחשב את ערכי הרכיבים שלו. פרק שני: אלקטרוניקה ספרתית ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות 58 (לכל שאלה 5 נקודות). שאלה 5 באיור לשאלה 5 נתונים ארבעה מעגלים חשמלים, המסומנים בספרות (I) (IV). למבוא של כל אחד מן המעגלים נמסר אות שונה, כמתואר באיור. לגבי כל אחד מן המעגלים: א. חשב את קבוע הזמן τ ב. חשב את מתח המוצא ההתחלתי ) + ) o V ג. חשב את מתח המוצא הסופי ( ) o V המשך בעמוד 5

5 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל V in a = 5 V/msec V in. µf 5kΩ V out V t = t I V in 6 kω V in 3kΩ µf V out V t = t II V in kω L mh V in kω V out 5 V t = t III I in I in kω µf V out 5 m t = t IV איור לשאלה 5 המשך בעמוד 6

6 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל שאלה 6 תכנן מערכת עקיבה סינכרונית בעלת מבוא X ומוצא, שתפיק '' במוצא בכל פעם שמתקבלת במבוא סדרת הנתונים. כלול בתהליך התכנון את השלבים האלה: א. סרטוט דיאגרמת זרימה (דיאגרמת בועות), המתארת את הנדרש מן המערכת. ב. רישום טבלת מצבים של המערכת. ג. רישום טבלת מעברים של המערכת. ד. רישום טבלת עירור של המערכת. ה. פישוט פונקציית המבוא ופונקציית המוצא של המערכת. ו. מימוש המערכת באמצעות רכיבי JKFF ושערים לוגיים. שאלה 7 באיור א' לשאלה 7 נתון מעגל חד יציב, הבנוי משערים לוגיים ממשפחת. MOS 9 V V DD kω V i µf V o איור א' לשאלה 7 נתון כי:, V DD = 9 V ומתח סף ההולכה הוא. V TH = 4.5 V הדיודה במעגל אידיאלית. המשך בעמוד 7

7 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל למבוא המעגל מספקים דופק, V i המתואר באיור ב' לשאלה. V i (V) 9. t (msec) איור ב' לשאלה 7 ציין את ערכי המתחים V o, V, V במצב היציב (כאשר.( V i = V א. כיצד יגיב המעגל הזה אם במבוא יתקבל דופק זהה נוסף: ב. כעבור msec מרגע הופעת הדופק הראשון.. כעבור msec מרגע הופעת הדופק הראשון.. סרטט את צורות המתחים, V o, V, V, V i זו מתחת לזו בהתאמה, כפונקציה של הזמן. ג. חשב את רוחב דופק המוצא, V o המתקבל בתגובה לדופק. V i ד. המשך בעמוד 8

8 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל שאלה 8 המעגל החשמלי שבאיור א' לשאלה 8 משמש להפעלת ממסר. V = V I L L V DD V i kω איור א' לשאלה 8 נתוני הממסר: L = Ω, L = mh (ההתנגדות האומית של הסליל), זרם התפיסה m, 4 זרם ההתרה m.. VE =. 7 V, β =, VE = V s s נתוני הטרנזיסטור: השער הלוגי במעגל הוא ממשפחת. V DD = V : MOS. VTH = VDD מתח הסף של השער הוא: = 6 V הדיודה במעגל אידיאלית. המשך בעמוד 9

9 אלקטרוניקה ומחשבים ה', אביב תשס"ה, סמל למבוא של המעגל מספקים דופק שרוחבו,.5 msec המתואר באיור ב' לשאלה. V i (V).5 t (msec) איור ב' לשאלה 8 א. סרטט, זה מתחת לזה בהתאמה, את מתח המבוא ) i V) ואת הזרם בסליל ) L I) כפונקציה של הזמן. ב. חשב כעבור כמה זמן מן הרגע = t ייתפס הממסר. ג. חשב כעבור כמה זמן מן הרגע = t ישתחרר הממסר. ד. הסבר את תפקיד הדיודה במעגל הזה. בהצלחה! זכויות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.

10 גמר נוסחאון לבתי ספר בתורת לטכנאים הרשת, אביב ולהנדסאים תשס"ה אביב סמלתשס"ה, סוג -הבחינה: מועד הבחינה: נספח לשאלון: מדינת ישראל משרד החינוך אין להעביר נוסחאון זה מנבחן אחד למשנהו! מקום למדבקת נבחן נוסחאון בתורת הרשת לכיתה י"ד ( עמודים) משפט מילר I I N V V N פירוק הרשת לשתי רשתות I I N V V N יחס המתחים ברשתות = V V ' = ' = המשך בעמוד

11 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל ההמרה של משולש בכוכב ההמרה של כוכב במשולש Y Y = = + + = = + + = = המשך בעמוד 3

12 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל מקדמים של רשת זוגיים מקדמי D V I = D V I V = V + I I = V + D I מקדמי V V = I I V I + I = V = I + I מקדמי Y I I Y Y = Y Y V V I Y V + Y V = I = Y V + Y V מקדמי h V h h I = h h I V V h I + h I = I = h I + h V מקדמי g I g g V = g g V I I g V + g I = V = g V + g I המשך בעמוד 4

13 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל מקדמי D של זוגיים D המשך בעמוד 5

14 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל מקדמי ו Y של זוגיים Y = Y Y = Y Y ( ) ( ) + ( ) ( ) + ( ) I הערה: זרם הכניסה I וזרם היציאה נכנסים לרשת. המשך בעמוד 6

15 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל טבלה השוואתית של מקדמי זוגיים [] [Y] D [h] [g] [] Y Y Y Y Y Y Y Y D D h h h h h h h g g g g g g g [Y] Y Y Y Y D ( D ) h h h h h h h g g g g g g g D Y Y Y Y Y Y Y D h h h h h h h g g g g g g g [h] Y Y Y Y Y Y Y D D D D D h h h h g g g g g g g g [g] Y Y Y Y Y Y Y ( D ) h h h h h h h h g g g g I הערות: א. עבור מקדמי D זרם המוצא עבור מקדמי Y ו זרם המוצא יוצא מהרשת. I נכנס לרשת. ב. ו הם דטרמיננטים של המטריצות ] [ g], [ Y], [ ו [ h ], בהתאמה. המשך בעמוד 7 h g, Y,

16 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל רשתות זוגיים עכבה אופיינית עכבת המבוא בקצר O S [ Ω] [ Ω] = O S O עכבת המבוא בנתק מקדם זוגיים O [ Ω] O = מקדם זוגיים עכבת הבבואה עכבת המבוא בקצר עכבת המבוא בנתק עכבת הבבואה עכבת המבוא בקצר עכבת המבוא בנתק מהצד האחד מהצד האחר O S O O S O [ Ω] [ Ω] [ Ω] [ Ω] [ Ω] [ Ω] = O S O = O S O קבוע ההתפשטות קבוע הניחות γ α [neper] γ α+ jβ α e = e = e β ( neper = 8.69 d) קבוע המופע, זווית המופע בין הזרמים I ו I β [rad] α I e = I המשך בעמוד 8

17 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל מסננים התנגדות אופיינית O [ Ω] O = L LPF קבוע K תדר פוגה fc [ Hz] f c = π L : ω < ω c : ω כאשר > ω c כאשר ω β = sin ωc α = cosh ω ω c ONSTNT - K LOW PSS FILTES ONFIGUTION TTENUTION IMPEDNE + - L L I "T" (FULL SETION) I + - TTEN. (d) o I + - L I I' + - TTEN. (d) o I ' I "L" (HLF SETION) L I' "Pi" I' TTEN. (d) o L = = TT TT o o I ' WHEE: o =LINE IMPEDNE המשך בעמוד 9

18 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל HPF קבוע K תדר פוגה fc [ Hz] f c = 4π L : ω > ω c : ω כאשר < ω c כאשר β = sin ωc ω ω α = cosh c ω ONSTNT - K HIGH PSS FILTES ONFIGUTION TTENUTION IMPEDNE o I I L I "T" (FULL SETION) I ' I L I ' o I "L" (HLF SETION) I ' I ' L L I ' o "Pi" o L = 4π = 4πf c o WHEE: o = LINE IMPEDNE המשך בעמוד

19 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל מנחתים א. חוליות סימטריות P I N = i = i Po Io [ ] = N* d log N חוליה T סימטרית N = N + התנגדויות העומס והמקור N = N חוליה Π סימטרית N = + N התנגדויות העומס והמקור N = N המשך בעמוד

20 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל ב. חוליות אסימטריות P I N = i = P I o i o [ ] = N* d log N חוליה T אסימטרית התנגדות המקור התנגדות העומס = N N = N N = = = N N N N + + N + N + N N N N חוליה Π אסימטרית S = = N N NS + התנגדות המקור התנגדות העומס = = N N N N N + S המשך בעמוד

21 נוסחאון בתורת הרשת, אביב תשס"ה סמל משוואה אופיינית s + αs + ω = yt () = Y + e αt (מתמיד) sin ( ωm t + Φ) αt αt y() t = (מתמיד) Y + te + e α t t yt () = Y + e α (מתמיד) + e שני קטבים מרוכבים: שני קטבים ממשיים וזהים: שני קטבים ממשיים ושונים: גורם הטיב תדר התהודה רוחב הפס Q f [ Hz] f [ Hz] Q מעגלי L = f f בהצלחה!

22 גמר נוסחאון לבתי ספר לטכנאים באלקטרוניקה ולהנדסאים ספרתית, אביב אביב תשס"ה, 5 תשס"ה, סמל סוג -הבחינה: מועד הבחינה: נספח לשאלון: מדינת משרד החינוך ישראל אין להעביר נוסחאון זה מנבחן אחד למשנהו! מקום למדבקת נבחן נוסחאון באלקטרוניקה ספרתית לכיתה י"ד ( עמודים) טבלאות עירור PS NS JKFF SFF TFF q Q J K S T φ φ φ φ φ φ משוואת הדפקים Vt ()= V ( V V ) e + t τ מתח מוצא Vt () [ V] V [ V] תגובת רשת LP לאות שיפוע מתח סופי מתח התחלתי זמן קבוע הזמן V+ [ V] t τ [ sec] [ sec] t Vt ()= a t a τ eτ a תגובת רשת HP לאות שיפוע sec] [ V / גודל השיפוע t t Vt ()= V eτ + + a τ eτ

23 נוסחאון באלקטרוניקה ספרתית, אביב תשס"ה, סמל טעינה לינארית מתח הקבל זרם הקבל קיבול V [ V] I [ ] [F] I V = t זמן זרם הסליל t [sec] IL [ ] V IL = L L t מתח הסליל VL [ V] השראות L [H] תנאי רוויה בטרנזיסטור דו נושאי זרם קולט זרם בסיס I [ ] I [ ] β I > I הגבר β תנאי פעולת טרנזיסטור FET מתח בין שער ומקור מתח סף VGS [ V] VT [ V] VGS אזור קטעון: < VT מתח בין אפיק ומקור VDS [ V] אזור אוהמי: VDS < VGS VT בהצלחה!