חשמל ואלקטרוניקה העשרה

160
חשמל ואלקטרוניקה- העשרה שלמה כהן1

Upload: shlomo-cohen

Post on 24-Jun-2015

495 views

Category:

Education


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

העשרה -חשמל ואלקטרוניקה

שלמה כהן

1

Page 2: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

...אלקטרוניקה זה כיף

3

Page 3: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

4

Page 4: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

...אלקטרוניקה זה חשוב ומציל חיי אדם

5

Page 5: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

6

Page 6: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

(רתפורדעל פי )מבנה האטום

, (מ"ס) האטום מכיל גרעין חיובי זעיר ממדים •

.שבו מרוכזת רוב רובה של מסת האטום

האלקטרונים נמצאים בתנועה מתמדת וסובבים •

רוב רובו של נפח האטום מהווה . את הגרעין הכבד .חלל ריק שבו נעים האלקטרונים

7

Page 7: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

גרעין האטום

.הגרעין מכיל פרוטונים ונויטרונים•

.מספר הפרוטונים בגרעין קובע את זהות היסוד•

הגרעין נושא מטען חשמלי חיובי כמספר הפרוטונים • .שבו

מספר האלקטרונים שווה , באטום ניטראלי חשמלית• .למספר הפרוטונים

.מספר הפרוטונים בגרעין האטום= מספר אטומי •

.מספר הנויטרונים+ מספר הפרוטונים = מספר מסה •

8

Page 8: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

של " מסלולים"מודל ה (1913) בוהר

תנועת האלקטרונים סביב הגרעין • .איננה חופשית לחלוטין

האלקטרונים יכולים להקיף את •" מותרים"הגרעין אך ורק במסלולים

.וקבועים

לאלקטרון הנמצא במסלול מסוים •ככל שהמסלול . יש אנרגיה מסוימת

רחוק יותר מהגרעין האנרגיה של .המסלול גבוהה יותר

9

Page 9: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סידור האלקטרונים באטום

סידור האלקטרונים ברמות האנרגיה נקראת • .היערכות האלקטרונים

יכולים להימצא לכל , n=1ברמת אנרגיה ראשונה • .היותר שני אלקטרונים באורביטל אחד

יכולים להימצא לכל , n=2ברמת אנרגיה שנייה •)= אורביטליםהיותר שמונה אלקטרונים בארבעה

(.זוג אלקטרונים בכל אורביטל( )מסלולים

10

Page 10: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סידור האלקטרונים באטום

האלקטרונים של אטום מאכלסים את רמות • .האנרגיה מהרמה הקרובה לגרעין כלפי חוץ

האלקטרונים המאכלסים את רמת האנרגיה הגבוהה •ביותר באטום נקראים אלקטרוני ערכיות או

.אלקטרונים ערכיים

11

Page 11: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סידור האלקטרונים באטום

.שבה נעים האלקטרונים" קליפה"מסלול נקרא גם •

אלקטרונים שנמצאים בקליפה החיצונית נמשכים •משיכה חלשה יותר לגרעין האטום בהשוואה

.לאלקטרונים שקרובים יותר לגרעין

12

Page 12: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מודל האטום והולכה חשמלית

אם מספרם של האלקטרונים בקליפה החיצונית יורד •הם ניתקים בקלות יחסית מהאטום , אלקטרונים 4 -מ

".אלקטרונים חופשיים" –ונקראים

הם נוטים , אלקטרונים 4 -אם מספרם מעל מ•ואף למשוך אליהם אלקטרונים , להיצמד לאטום

כדי להשלים את מספר , (אם יש בסביבתם)חופשיים . 8-האלקטרונים בקליפה החיצונית ל

13

Page 13: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מודל האטום והולכה חשמלית

, אם מספרם של האלקטרונים בקליפה החיצונית•הם יוצרים מבנה מיוחד , אלקטרונים 4 -שווה בדיוק לובו כל שני אטומים סמוכים , קווולנטישנקרא קשר

את האלקטרונים של הקליפה החיצונית " משתפים"שהם במצב יציב ושהקליפה " מרגישים"ושניהם

.שלהם מלאה

(:Si)למשל אטום סיליקון •

14

Page 14: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מודל האטום והולכה חשמלית

בקליפה ' אלקמספר

החיצונית

1-3 4 5-7

מבודד חצי מוליך מוליך :הולכה חשמלית

חומר )תנועה אקראית של אלקטרונים חופשיים במוליך חשמלי

(כ"בדרמתכתי

e

e e e

תנועת אלקטרונים חופשיים מסודרת ומכוונת

.במוליך המחובר למעגל חשמלי

16

Page 15: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

הפוטון

כאשר האלקטרון נע במסלול מסוים הוא •

. אינו פולט ואינו קולט אנרגיה

אלקטרון יכול לעבור ממסלול קרוב לגרעין •

למסלול מרוחק יותר רק אם הוא קולט מנת

.אנרגיה

ממסלול רחוק למסלול " נופל"כשאלקטרון •

פוטוןבצורת –קרוב הוא פולט מנת אנרגיה

•ΔE =h V

•h – פלנקקבוע

•V (ניי)- (צבע)"אורך גל של הפוטון"

•ΔE – הפרש האנרגיה בין הקליפות. 17

Page 16: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

שימושים נפוצים –הפוטון

LAZERנכיר בהמשך • LEDנכיר בהמשך •

18

Page 17: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

ויקיפדיה -מטען חשמלי

שמאפיין פיזיקליגודל הוא מטען חשמלי •

.חומר

המטען החשמלי הכולל של , במצב רגיל •

אם כי בתוך , (אפס) נייטרליהחומר הוא

החומר נמצא מספר רב מאוד של

חיובי , חלקיקים בעלי מטען חשמלי

. אשר מאזנים זה את זה, ושלילי

19

Page 18: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

ויקיפדיה -כוח חשמלי

:בין שני מטענים מתואר בחוק קולוןהכוח הפועל •–F בין המטענים קו ישרהוא גודל הכוח הפועל ב.

–q1 הראשון המטען החשמליהוא גודל.

–q2 הוא גודל המטען החשמלי השני.

–r בין שני המטענים המרחקהוא.

–K קבוע קולוןהמכונה , הינו יחס קבוע .

הכוח יגרום , אם אחד המטענים חיובי והאחר שלילי• .הכוח יגרום לדחייה, אחרת. למשיכה בין המטענים

r

qqkF

2

21

20

Page 19: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

ויקיפדיה -שדה חשמלי

מציינים את כיוונו של השדה השדה החשמליקווי •משמאל שני . וצפיפותם את עוצמתו, החשמלי

ומימין שני מטענים בעלי סימנים , מטענים שווי סימן .מנוגדים

קובע שהשדה שיוצרים מספר עקרון הסופרפוזיציה•מטענים הוא סכום השדות שיוצרים כל המטענים

.במרחב התלת ממדי זהו סכום וקטורי. לחוד

21

Page 20: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סוללה חשמלית

•YOU TUBE - What are ions ?

יונים הם אטומים שאיבדו או קיבלו אלקטרונים •גם כאן יש נטייה להשלים קליפה חיצונית . מהסביבה

או לאבד אלקטרונים כך שהקליפה החיצונית 8-ל . 'אלק 8תהיה עם

מציין אטום שאיבד , בצמוד לשם של אטום 2+הסימון •בצמוד לשם 1-הסימון . יון חיוביכ הוא "וסה' אלק 2

מהסביבה והפך ' אלקמציין אטום שנוסף לו , של אטום . ליון שלילי

?מהו התא הגלווני •

22

Page 21: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

עקרון פעולה של התא הגלווני

23

Page 22: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

24

Page 23: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

הזרם החשמלי –מושגי יסוד בחשמל

, ומחברים אליו מוליך חשמלי, כשיש מתח חשמלי•

מהצד שיש בו צפיפות , נוצר זרם של אלקטרונים

או " )חורים"אל הצד שיש בו ' אלקשל ( לחץ)רבה

. הזרם החשמליזרם זה הוא (. חוסר באלקטרונים

הזרם מוגדר ככמות מטען העוברת בשטח חתך

. המוליך ביחידת זמן

I [אמפר] = Q [קולון]/ t [שנייה]

25

Page 24: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

השוואה בין מושגים בחשמל למושגים במים

26

Page 25: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

השוואה בין מושגים בחשמל למושגים במים

סימון

חשמלי

חשמל מים המושג

I [Amper] מטען מים זרם

חשמלי

V VOLT]] לחץ מתח

המשאבה

מתח

הסוללה

R [OHM] מעצור התנגדות

הסלע

התנגדות

.htm1act83http://polymer.bu.edu/ogaf/html/chp 27

Page 26: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

אוהםחוק –מושגי יסוד בחשמל

ויחסי , הזרם יחסי ישר לגודל המתח – אוהםחוק •

:הפוך להתנגדות המוליך

I [Amper] = U [Volt]/R [Ohm]

בצורה אחרת שאולי קל לזכור

U = R * I

28

Page 27: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

דרכה הזרם . V220נורה מחוברת למתח • . A0.2הוא

חשב את התנגדותה של הנורה•

:פתרון

I [Amper] = U [Volt]/R [Ohm]

R = U/I

R=220/0.2=1100Ω

29

Page 28: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

הספק –מושגי יסוד בחשמל

( או ספק אנרגיה כלשהו)הספק של צרכן חשמלי •

הוא מכפלת המתח השורר על פניו והזרם הזורם

:דרכו

• P[Watt] = I[Amper] * V[Volt]

• Pr1 = Vr1 * I

R1 VR1 Vt

I I

30

Page 29: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

. A0.2הזרם דרכה הוא . V220נורה מחוברת למתח •

הספק הנורהחשב את •

:פתרון

P = I * V

P=220*0.2=44 [Watt]

31

Page 30: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

התנגדות שקולה –מושגי יסוד בחשמל

" רואה"כ ההתנגדות ש"היא סה התנגדות שקולה•

כשרוצים . במעגל חשמלי כלשהו, ספק המתח

לדעת מה הזרם הזורם בנגד כלשהו במעגל

מאוד נוח לחשב את ההתנגדות השקולה , חשמלי

למצוא את הזרם הראשי ולפי חוק , של כל המעגל

. להמשיך ולגלות מה שנדרש אוהם

32

Page 31: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

קוד נגדים

:אוהם 4700ערכו של הנגד •

• [4] [7] [00]

-+/5%: והדיוק•

33

Page 32: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

ויקיפדיה -קוד סימון נגדים

?מה ערכו של הנגד :תרגיל•

34

Page 33: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

ויקיפדיה -קוד סימון נגדים

?מה ערכו של הנגד :תרגיל•

:פתרון•

• R = חום ,שחור, צהוב

• R = [1] [0] [0000] = 100,000

(כסף) 10%עם דיוק של •

35

Page 35: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מחשבון נגדים

•/resist2http://www.dannyg.com/examples/resor.htm

•R =2200 5%דיוק של , אוהם

37

Page 36: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל טורי –מושגי יסוד בחשמל

במעגל טורי היא סכום התנגדות שקולה•

. ההתנגדויות

• Rt = R1+ R2

• I = Vt/Rt

• VR1 = I * R1

• VR2 = I * R2

• Vt = VR1 + VR2 ( 1 כירכהוףחוק )

R1

R2 Vt

I

Rt = R1+ R2

38

Page 37: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מחלק מתח נגדים –מושגי יסוד בחשמל

מחלק מתח נגדים מאפשר לתת לצרכן מתח נמוך •

אך בזבזנית . )בצורה קלה ונוחה, Vtממתח המקור

( R1האנרגיה מתבזבזת על נגד –באנרגיה

• Vout = VR2 = I * R2 = [ Vt/(R1+R2) ] * R2

• Vout = Vt * R2 / (R1 + R2)

R1

R2 Vt

I

Vout

39

Page 38: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל מקבילי –מושגי יסוד בחשמל

. הזרם הכללי הוא סכום הזרמים בכל ענף•

• It = I1+ I2 ( 2 כירכהוףחוק )

• I1 = Vt/R1

• I2 = Vt/R2

• It = Vt[1/R1 + 1/R2]

• 1/Rt = 1/R1 + 1/R2

• Rt = (R1 * R2)/(R1+R2)

R1 R2 Vt

It

Rt = ? ? ?

I1 I2

40

Page 39: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל מקבילי –מושגי יסוד בחשמל

. הזרם הכללי הוא סכום הזרמים בכל ענף•

• It = I1+ I2

• I1 = Vt/R1

• I2 = Vt/R2

• It = Vt[1/R1 + 1/R2]

• It / Vt = 1/Rt = 1/R1 + 1/R2

• 1/Rt = (R1 + R2)/R1*R2

• Rt = (R1 * R2)/(R1+R2)

מקבילים חשמלית R2, -ו R1הנגדים – R1||R2 :סימון

R1 R2 Vt

It

Rt = (R1 * R2)/(R1+R2)

I1 I2

41

Page 40: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

.V12=Uשתי נורות מחוברות במקביל לסוללה שמספקת מתח

R1=4Ω ,R2=8Ω: נתון שהתנגדויות הנורות הן

התנגדות שקולה. א: חשב

זרם כללי. ב

(דרך כל אחת מהנורות)זרם בכל אחד מהענפים . ג

RT=R1 R2/(R1+R2) ← RT=2.67Ω. א :פתרון

I=U/RT ← I=4.5A. ב I1=U/R1 ← I1=3A. ג

I2=U/R2 ← I2=1.5A 42

Page 41: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל מעורב –מושגי יסוד בחשמל

ונדרש קצת , במעגל מעורב אין נוסחה קבועה•

: למשל, כדי לנתח אותו נסיון

• Rt = R0+ (R1 * R2)/(R1+R2)

• It = Vt/Rt

• VR0 = I * R0

• VR1||R2 = I * { (R1 * R2)/(R1+R2) }

• IR1 = VR1||R2 /R1

• IR2 = VR1||R2 /R2

R1 R2 Vt

It

Rt = R0+ (R1 * R2)/(R1+R2)

I1 I2

R0

43

Page 42: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

דוגמה נוספת למעגל מורכב

• Rt = ?

• VR3 = ?

R1 R3 Vt

It

Rt = ?

I1 I2

R0 R2

R4 R5

VR3 = ?

44

Page 43: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

דוגמה נוספת למעגל מורכב

נפשט קצת את •

:המעגל

, נקבל מעגל טורי•

המכיל נגד אמצעי

:שקול של נגדים

(R2+R3+R4)||R1

ובטור הנגדים R5+R0

R1 R3 Vt

It

Rt = ?

I1 I2

R0 R2

R4 R5

VR3 = ?

R1 R2+R3+R4 Vt

It

Rt = ?

I1 I2

R0

R5

45

Page 44: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

דוגמה נוספת למעגל מורכב

• Rt = R0+ [(R2+R3+R4)||R1 ] + R5

• It = Vt/Rt

• VR1 = It * [(R2+R3+R4)||R1 ]

• I R2+R3+R4 = VR1/ R2+R3+R4

• VR3 = I R2+R3+R4 *R3

R1 R3 Vt

It

Rt = ?

I1 I2

R0 R2

R4 R5

VR3 = ?

R1 R2+R3+R4 Vt

It

Rt = ?

I1 I2

R0

R5

46

Page 45: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סופרפוזיציה –שיטות לפתרון מעגלים

.html2/10/chpt_1www.allaboutcircuits.com/vol_http://

, כאשר יש יותר ממקור אחד•שיטה , של מתח או זרם

נחמדה לפתרון היא שיטת .סופרפוזיציה

כ תרומות "ניתן לחשב סה•: באופן הבא, מכל המקורות

משאירים כל פעם מקור מקצרים את -אחד פעיל

, שאר מקורות המתחומנתקים את שאר מקורות

. הזרם

47

Page 47: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סופרפוזיציה –שיטות לפתרון מעגלים

.html2/10/chpt_1www.allaboutcircuits.com/vol_http://

מה הזרם דרך , למשל•

R1?

:פתרון•

:B2נקצר את סוללה •

• Rt = R1+R2||R3 = 4+(1||2) = 4+2/3

• It = VB1/Rt = 28/4.6666 = 6[Amper]

49

קצר

Page 48: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סופרפוזיציה –שיטות לפתרון מעגלים

.html2/10/chpt_1www.allaboutcircuits.com/vol_http://

בשלב הבא נקצר סוללה • :שנייה

• Rt = R3+R2||R1 = 1+(4||2) = 1+8/6 = 2.33333

• It = VB2/Rt = 7/2.33333 = 3[Amper]

• VR1||R2 =It*R1||R2 = 3*1.333 = 4V

• It = VR1||R2/Rt = 4/4 = 1A

50

קצר

Page 49: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סופרפוזיציה –שיטות לפתרון מעגלים

.html2/10/chpt_1www.allaboutcircuits.com/vol_http://

:סיכום•

, 2Bכשקיצרנו את סוללה •

[. [6Aקיבלנו זרם של

(ימינה)

B1כשקיצרנו את סוללה •

[ [1Aקיבלנו זרם של

(שמאלה)

ימינה [ [5A: תוצאה סופית•

! 51

Page 50: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

שיטת העניבות –שיטות לפתרון מעגלים

52

מעבירים , שלב ראשון•

את כל עניבות הכוללות

.הרכיבים

הבחירה בכיוון הזרם • .שרירותית

כ מיישמים את חוק "אח•

הראשון לכל כירכהוף

: עניבה

Page 51: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

שיטת העניבות –שיטות לפתרון מעגלים

53

Page 52: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

שיטת העניבות –שיטות לפתרון מעגלים

54

5A -1A

Page 53: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

שיטת העניבות –שיטות לפתרון מעגלים

55

5A -1A

Page 54: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

הכוח הפועל על מטען הנע בשדה מגנטי

מטען ) qגודל הכוח הפועל על מטען • (:בוחן חיובי

• F = Bqv sin θ • q – [קולון]המטען • B – [טסלה]עוצמת השדה המגנטי • v – [ מטר לשנייה]מהירות המטען • F – [ניוטון]הכוח על המטען

•sin θ - הזוית בין קווי השטף המגנטיB לבין כיוון מהירות התנועהv

56 https://www.boundless.com/physics/magnetism/motion-of-a-charged-particle-in-a-magnetic-field/electric-vs-magnetic-forces/

Page 55: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

57

הפרדת מטענים במוט המוליך כתוצאה מתנועתו

.בתרשים נתון שכיוונו האחיד המגנטי בשדה קבועה במהירות ימינה הנע מוט על נסתכל

כח) מגנטי כוח חופשי אלקטרון כל על פועל ולכן עימו יחד נעים שבמוט החופשיים האלקטרונים

.מטה כלפי המכוון (לורנץ

e

FB

כוח זה

גורם

לאלקטרון

לנוע מטה

לאורך

v המוט

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

שטף מגנטי נכנס לתוך המסך -

Page 56: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

58

הפרדת מטענים במוט המוליך כתוצאה מתנועתו

.בתרשים נתון שכיוונו האחיד המגנטי בשדה קבועה במהירות ימינה הנע מוט על נסתכל

כח) מגנטי כוח חופשי אלקטרון כל על פועל ולכן עימו יחד נעים שבמוט החופשיים האלקטרונים

.מטה כלפי המכוון (לורנץ

נעים אלקטרונים חופשיים בתוך המוט כלפי מטה ונוצרת הפרדת , כתוצאה מתנועת המוט ימינה

מטענים בתוך המוט

עודף

באלקטרונים

חסר

באלקטרונים

e e

e e

e e

e

e

-

+

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

Page 57: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

59

הפרדת מטענים בלולאה מוליכה כתוצאה מתנועת סביבון

כי הם נעים , לא חותכים קווי שטף, המוליכים הלבנים, הזמן הזו' בצילום מצב בנק, במצב הזה

. במצב הזה, לא נוצר מתח, העליון והתחתון, בשאר המוליכים(. משיקים אליו)במקביל אל השטף

( . למטה בתכלת)על ההדקים 0מקבלים תפוקה , כ"בסה

, שדה מגנטי

לתוך המסך

ציר סיבוב

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

המוט השמאלי יוצא החוצה , המוט הימני נכנס פנימה לתוך המסך. כעט מפעילים תנועת סביבון

מהמסך

Page 58: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

60

הפרדת מטענים בלולאה מוליכה כתוצאה מתנועת סביבון

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

מעלות ומתקבלת תפוקה 90-חותכים קווי שטף ב, (לבנים בציור)המוליכים העומדים , במצב הזה

.מתח 0כ "תורמים סה, המוליכים הכחולים. מלאה של מתח על ההדקים

V

V

2V

2V –( לבן)מתח ההדקים ברגע זה יהיה שווה לפעמיים המתח שיוצר כל מוליך עומד

Page 59: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

61

הפרדת מטענים בלולאה מוליכה כתוצאה מתנועת סביבון

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

V

V

2V

?כדי לקבל יותר מתח חשמלי " הסביבון"מה נשנה במבנה

Page 60: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

62

הפרדת מטענים בלולאה מוליכה כתוצאה מתנועת סביבון

ברגר חנה וקאפח זהורית, דגמי הוראה בפיזיקה

?כדי לקבל יותר מתח חשמלי " הסביבון"מה נשנה במבנה

V

V

2V

המתח במוצא יהיה הסכום של כל המתחים . נבנה הרבה לולאות, במקום לולאה אחת: פתרון

(. מאונך)הקטנים של כל מוליך

Page 62: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

נוצר , כאשר מזיזים מוליך בתוך שדה מגנטי

מתח על הדקיו

65

How generator works by Khurram Tanvir - YouTube

Page 63: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים

•T – זמן מחזור של האות

[שנייה] –המחזורי

מתחים קרובים 2נמדד בין •

בעלי אותו ערך מתח ואותו

(עולה או יורד)כיוון

•f – תדר[HZ]

66

Page 64: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים

•T – זמן מחזור של האות

[שניה] –המחזורי

•f – תדר[HZ]

• T = 1/ f

• ω = 2πf

•ω – מהירות זוויתית

67

T

Page 65: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים -תרגיל

ברשת החשמל הביתית •

בישראל יש מתח סינוס [.[50HZבתדר

כמה מחזורים של סינוס •

? שנייה 1-שלם יש ב

של ( T)מה זמן המחזור •

מתח האספקה של רשת

?החשמל הביתית

68

T

Page 66: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים -תרגיל

:פתרון•

כמה מחזורים של סינוס •

50? שנייה 1-שלם יש ב

של ( T)מה זמן המחזור •

מתח האספקה של רשת

?החשמל הביתית

• T = 1/f = 1/50 =

= 0.02 Sec = 20 miliSec

69

T

Page 67: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים -תרגיל

כל מלבן , בגרף משמאל•

מילי 2מייצג זמן של

. שנייה

של ( T)מה זמן המחזור •

?האות החשמלי

?מה התדר של האות •

70

2 MiliSec

Page 68: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

T = 1/ f -אותות מחזוריים -תרגיל

:פתרון•

כל מלבן , בגרף משמאל•

מילי 2מייצג זמן של

. שנייה

של ( T)זמן המחזור , לכן•

4[ miliSec]: האות

?מה התדר של האות •

• F= 1/T = 1/(4*10-3) =

• 250 Hz

71

2 MiliSec

Page 69: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל עם מקורות מתח שונים

• V = 7 sin(628*t)

• ω = 2*PI*f

• f = 628/2/PI = 100HZ

• T = 1/100 = 0.01Sec

: פתרון המעגל •בעזרת

סופרפוזיציה

72

+7

-7

0

0.01Sec

Page 70: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל עם מקורות מתח שונים

למשל נמצא מה • :R2המתח על נגד

לפי עקרון •, הסופרפוזיציה

המתח עליו הוא סכום המתחים של

כל מקור מתח כאשר . )בנפרד

(השני מקוצר

73

V = 7 sin(628*t)

Page 71: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל עם מקורות מתח שונים

-נקצר את מקור ה•AC:

• Rt = (2||1)+4 =

• 2*1/(2+1) + 4 = 4.6666 Ohm

• It = Vb1/Rt = 28/4.66=6[A]

• VR2 =6*0.666 = 4[Volt]

74

V = 7 sin(628*t)

VR2

4V

0V t[sec]

+

-

קצר

Page 72: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל עם מקורות מתח שונים

:DC-נקצר את מקור ה•

• Rt = (2||4)+1 =

=(2*4)/(2+4) + 1 =

= 8/6 + 1 = 2.33 Ohm

• It = Vac/Rt = 7/2.33=3.0 [A]

• VR2 =It * (4||2) =

= 3.0*8/6 = 4.0[Volt]

75

Vac = 7 sin(628*t)

VR2

4.0V

0V

t[sec]

+

-

קצר

-4.0V

Page 73: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל עם מקורות מתח שונים

2נסכם את השפעת •

:מקורות המתח

• Vmax = Vdc + Vac Max = 4 + 4.0 = 8.0 Volt

• Vmin = Vdc - |Vac Min| = 4 – 4.0 = 0.0 Volt

76

Vac = 7 sin(628*t)

VR2

8.0

4V

t[sec]

+

-

0.0V

0.01Sec

Page 74: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

(באנגלית) ויקיפדיה –מתח אפקטיבי

אשר ייצור DCמתח אפקטיבי הוא אותו מתח •

.ACי מתח "הספק הזהה להספק הנוצר ע

• P = I * V = (V/R) * V = V2/R

•RMS – Root Mean Square

ממצעים ומוציאים , מעלים את המתח בריבוע•

.שורש

:במקרה הכללי•

77

Page 75: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

RMS - Effective Voltage -מתח אפקטיבי

78

Page 76: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

והתנגדות פנימית של מקור מתח מ"כא

יש התנגדות , לכל מקור מתח•

R0 –פנימית

, העומס, בכל מעגל חשמלי•

תמיד ספק מתח עם " רואה"

.התנגדות פנימית

המקסימלימה יכול להיות הזרם •

?שהספק מוציא

• Imax = ?

79

RL 10V

R0=2

Page 77: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

והתנגדות פנימית של מקור מתח מ"כא

יש התנגדות , לכל מקור מתח•

R0 –פנימית

, העומס, בכל מעגל חשמלי•

תמיד ספק מתח עם " רואה"

.התנגדות פנימית

המקסימלימה יכול להיות הזרם •

?שהספק מוציא

• Imax = V/R0 = 10/2 = 5A

80

RL 10V

R0=2

Page 78: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

והתנגדות פנימית של מקור מתח מ"כא

מה המתח המכסימלי שהעומס •

?יכול להרגיש

• Vmax = 10 Volt

לאמרזה כמו , 0כאשר הזרם )• 0 –" נתק"שהעומס הוא בעצם

(זרם

81

RL 10V

R0=2

Page 79: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

82

:משפט תבנין

לייצוג ניתן ,חלק של מעגל המכיל מקור חשמל אחד לפחות כל שאליו , Uthהמורכב ממקור מתח אידיאלי ,י מעגל שקול "ע

. תבניןמעגל זה נקרא מעגל , Rthמחובר בטור נגד

. Rth-ו Uthעלינו לחשב את תבניןכדי למצוא את מעגל

.תורת החשמל:המקצוע שאמליאסף :השקפים הבאים לקוחים ממצגת של המורה

Page 80: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

83

Uth-ו Rthמציאת ערכי

: נתבונן בשני המעגלים הבאים

נזכיר כי המעגלים יקראו שקולים אם כתוצאה מחיבור צרכנים וייווצרו זרמים ULייגרמו מתחים זהים B-וAזהים בין הנקודות

. ILזהים

מעגל תבנין של חלק המעגל הליניארי המחובר חלק של מעגל לינארי המחובר לצרכן לצרכן

Page 81: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

84

הוא מתח המעגל הפתוח בין Uthניתן להוכיח כי המתח

RLכלומר אם ננתק את הצרכן . במעגל B -ו Aשני ההדקים

.כמסומן באיור Uthבמעגל המתואר יהיה המתח

הצרכן בין שני " רואה "היא ההתנגדות ש Rthוההתנגדות

. במעגל כאשר כל המקורות משותקים B -ו Aההדקים

Page 82: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

85

:דוגמא

חשב את התנגדות B-וAחשב את מתח תבנין בין הנקודות

הצרכן במעגל זה " רואה"תבנין שאותה .שרטט את מעגל תבנין השקול של מעגל זה

Page 83: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

86

:פתרון :באיורנקבל את המעגל המתואר RLננתק את הצרכן

I=(E1-E2)/(r1+R1+R2+r2)=0.01 A: ומכאן

Uth : Uth=E2+IR2+Ir2=9 vנוכל לחשב את

:ומקבלים ECDFEבחוג קירכהוףחוק המתחים של לפי

E1-I(r1+R1+R2+r2)-E2=0

Page 84: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

87

: Rthמציאת

י "נקצר את מקורות המתח כך שכל מקור יהיה מיוצג ע

התנגדותו הפנימית בלבד ונקבל את המעגל המתואר באיור

:הבא

Rth=(r1+R1)(r2+R2)/(R1+R2+r1+r2)=75

:ונקבל

היא ההתנגדות השקולה של " רואה"ההתנגדות שהצרכן . Rthהתנגדות שקולה זו היא R1,R2,r1,r2ארבעת הנגדים

Page 85: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

88

מעגל תבנין של המעגל באיור האחרון

המעגל השקול למעגל המקורי

במקרה זה ,( הצרכן)נניח שעלינו לחשב את הזרם בנגד משתנה

אינם תלוים בצרכן Rth-ו Uthנעדיף להשתמש במשפט תבנין כי

פעם אחת מספיק לפתור מעגל טורי Rth-ו Uthואם נחשב את

:פשוט כלומר

IL=Uth/(Rth+RL)

Page 87: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

המרה מחיבור כוכב למשולש

ויש נוסחאות המאפשרות להחליף את , או משולש, יש לפעמים חיבור של כוכב•

.הנגדים מחיבור אחד לשני וזה יכול להקל על פתרון בעיות עם מעגלים מעורבים

92

Page 89: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

פ מימדיו"חישוב התנגדות המוליך ע

• R = ρ*L/A [Ω]

•ρ מקדם התנגדות החומר להולכת חשמל

(Resistivity )[Ω*m]

•L - אורך החומר[m]

•A – שטח החתך[m2]

•ρ – טמפיש נוסחת קישור לשינויי . מעלות 20-ב':

94 ולכן גם •

Page 91: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

פ מימדיו"חישוב התנגדות המוליך ע

' מ 160באורך ( Annealed COPPER)לחוט נחושת •

. וולט 1.5מחברים סוללה של , מ"מ 1ובקוטר של

?מה יהיה הזרם דרך המוליך

R = ρ*L/A [Ω] :תזכורת•

•1.72*10-8 = ρ

96

Page 92: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

פ מימדיו"חישוב התנגדות המוליך ע

' מ 160באורך ( Annealed COPPER)לחוט נחושת •

. וולט 1.5מחברים סוללה של , מ"מ 1ובקוטר של

?מה יהיה הזרם דרך המוליך

:פתרון•

• A = π*r2 = 3.14*0.00052 = 7.85*10-7 m2

• R = ρ*L/A = 1.72*10-8*160/(7.85*10-7)=3.5 [Ω]

• I = V/R = 1.5/3.5 = 0.428 A

97

Page 93: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

קבלים

q = Cv

From : Fundamentals of Electric Circuits,Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku

C= e* A/d

:כאשר

A שטח הקבל

d המרחק בין הלוחות

E של החומר בין הלוחות דיאלקטריקבוע

:Cובקיבול שלו , Vתלוי במתח עליו , האגור בקבל Qהמטען החשמלי

ניתן לחישוב, Cגודל הקיבול

מתוך ידיעת המימדים בעזרת

:הנוסחא

98

Page 94: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

קבלים בטור ובמקביל

99 From : Fundamentals of Electric Circuits,Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku

Page 95: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

קבלים בטור

• Vo = V1 + V2 + V3 + . . .

• V = Q/Ceq

• Q/Ceq = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 + . . .

ניתן , מכיוון שהמטען הטורי זהה בכל הקבלים•

:לצמצם אותו

• 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3….

100

Page 96: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

קבלים במקביל

• Qo = Q1 + Q2 + Q3 + . . .

•Q = CV

• CeqVo = C1Vo + C2Vo + C3Vo+ . . .

:אבל כל המתחים שווים•

• Ceq = C1 + C2 + C3….

101

Page 97: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

• τ = R * C [Seconds]

•τ קבוע הזמןמוגדר כ .RC-של מעגל ה

τ 99% 5אחרי • . מהתהליך הסתיים

מה הסיבה שבגללה •טעינת הקבל נראית

הקבל , רמז)? ככה נטען במתח בתלות

(בזרם

.html1tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics

102

Page 98: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

:תשובה

:זרם הטעינה, אוהםי חוק "ע

Icharging = (Vs – Vc)/R

, הקבל ריק, בתחילת התהליךלכן המתח . מירביוהזרם

.עולה במהירות

פ "הפרש המתחים ע, בהמשךהנגד קטן ולכן גם הזרם

.קטן

.html1tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics

103

Page 100: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

.html1tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics

:תרגיל

:יש לחשב את קבוע הזמן. א

:פתרון

τ = R * C = 47000*1000*10-6=47 [sec]

?שניות 100פ הקבל לאחר "מה יהיה המתח ע. ב

: רמז

105

Page 101: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

.html1tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics

:תרגיל

?שניות 100פ הקבל לאחר "מה יהיה המתח ע. ב

:פתרון

Vc = Vs(1-e-t/RC)=5*(1-e-100/47) = 4.4 volt

? τ 5לאחר ? τמה יהיה המתח לאחר . ג

106

Page 102: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

• τ = R * C [Seconds]

•τ קבוע הזמןמוגדר כ

.RC-של מעגל ה

τ 99% 5אחרי •

. מהתהליך הסתיים

.html2tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics 107

Page 103: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

טעינה ופריקה -קבלים

• τ = R * C [Seconds]

•τ קבוע הזמןמוגדר כ

.RC-של מעגל ה

τ 99% 5אחרי •

. מהתהליך הסתיים

.html2tutorials.ws/rc/rc_-http://www.electronics 108

Page 104: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

תרגול פריקת קבל

:תרגיל•

.וולט 10-הקבל טעון ב•

מה יהיה מתח הקבל אחרי •

? קבוע זמן 0.7

109

Page 105: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

תרגול פריקת קבל

:תרגיל•

.וולט 10-הקבל טעון ב•

מה יהיה מתח הקבל אחרי •

? קבוע זמן 0.7

המתח יהיה חצי : תשובה•

5 -מהמתח ההתחלתי

.וולט

? τמהו •

110

Page 106: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

תרגול פריקת קבל

:תרגיל•

.וולט 10-הקבל טעון ב•

מה יהיה מתח הקבל אחרי • ? קבוע זמן 0.7

תשובה המתח יהיה חצי • .וולט 5 -מהמתח ההתחלתי

? τמהו •

: תשובה•

• τ = R*C = 100k*22*10-6

• = 2.2[Sec]

111

Page 107: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

(RC)מעגלי קבל נגד

בתדר כניסה של•(10τ/)1 , יש מספיק זמן

לקבל להיטען למלוא .ערכו של מתח הכניסה

, 1(/4τ)בתדר כניסה של •לא מספיק להיטען הקבל

הוא τ 2לגמרי ואחרי .מתפרק

מתקבלת התנהגות •שונה בתלות בתדר

! ! !הכניסה

112

Page 108: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

LPF -מעגל סכימה – אינטגרטור

נקרא -סוכם – האינטגרטור•

. מסנן מעביר תדרים נמוכיםLOW PASS FILTER - LPF

ככל שתדר הכניסה יהיה •

התפוקה במוצא , גבוה יותר

.תהיה נמוכה יותר

113

Page 109: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

HPF -גוזר – דיפרנציאטור

ראינו שלוקח , במעגל הקודם• . לקבל זמן להיטען

, באותו אופן, במעגל הזה•( τ 5)בגלל שהקבל נטען לאט

ברגע הראשון לא יהיה עליו כל . מתח

כל המתח , ברגע הראשון, לכן•על ויהיה , למוצא" יקפוץ"

.הנגד

הקבל ייטען ומתח , τ 5לאחר • .המוצא ירד לאפס

:כל הזמן מתקייםVin = Vc + VR

114

Page 110: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

חידה

-(כמו של חדר מדרגות)נדרש לתכנן מנגנון השהיה • .דקות 2מרגע הלחיצה תידלק נורה למשך

.פארדמיקרו 500לרשותנו קבל של •

.לרשותנו נגדים כרצוננו•

שאינו צורך זרם חשמלי בכניסת , לרשותנו מנגנון נורה•הנורה דולקת כל . מתח" חש"אלא רק , הפיקוד שלו

.ממתח האספקה 0.5-עוד המתח בחיישן שלה גדול מ

. לרשותנו יש גם לחצן אחד•

?מה עושים •

115

הדק

"חש"

Page 111: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

רמז -חידה

116

Page 112: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

רמז -חידה

117

Page 113: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

חידה

שנייה τ >120 *0.7: נבחן את מעגל הגזירה•

• τ > 120/0.7 sec = 171.42 sec

• R = 171.42 / 500 * 10-6 = 342 K Ω 390K Ω

118

הדק

"חש"

Vs

Page 114: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

התנהגות קבל תחת מתח חילופין

התנהגות הקבל תלויה •

. בתדר האות שמחובר אליו

לקבל יש התנגדות למעבר •

אבל הוא , זרם חשמלי דרכו

גם מעכב את המעבר דרכו

. בזמן בגלל תופעת הטעינה

לכן הוא לא מייצג התנגדות

התנגדות הקבל . טהורה

. היגבנקראת

:היגב הקבל

Xc = 1/j2πfc [OHM] ω = 2πf

F – תדר הכניסה

C – ערך הקיבול

119

Page 115: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

התנהגות קבל תחת מתח חילופין

הקבל נטען , בתדרים נמוכים•ומספיק , למלוא מתח הכניסה

במילים . להתפרק לאפסמתח הקבל עוקב אחרי , אחרות

.מתח הכניסה

הקבל לא , ככל שעולה התדר•ומתח המוצא , מספיק להיטען

ומאחר עד , קטן יחסית לכניסה .מעלות 90

http://elecomp.co.il/2010/03/-מסנן-מעביר-נמוכיםlpf/ http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/filters85.php

:אות כניסה

:תדר נמוך

:תדר גבוה

120

Page 116: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

להתנגדות ולהיגב פאזוריתיאור

יש מתח וזרם באותה , לנגד•

פ נגד "כאשר המתח ע. פאזה

ללא עיכוב גם , יחד איתו, עולה

.עולה הזרם

יש עיכוב במתח , לקיבול טהור•

. לעומת הזרם

http://elecomp.co.il/2010/03/-מסנן-מעביר-נמוכיםlpf/ http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/filters85.php

:אות כניסה

:תדר נמוך

:תדר גבוה

121

Page 117: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

יכול פאזוריתיאור •לעזור לחשב באופן

מדויק את ההתנגדות , השקולה במעגל

ומשם את הזרם הכללי .ושאר המתחים

הזרם דרכו , בנגד•באותה , והמתח עליו

.פאזה

הזרם מקדים , בקבל• 90-ב, את המתח

.מעלות

להתנגדות ולהיגב פאזוריתיאור

.pdf1/old/handout211http://www.ece.sunysb.edu/~oe/Leon/ESE 122

Page 118: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

תרגיל סינוסואידליעבור מתח כניסה , נדרש למצוא את מתח המוצא•

:וולט 10עם אמפליטודה , HZ 10000בתדר

• R = 4.7k Ohm

• C = 47 nF [10-9]

:פתרון•

:של ההתנגדויות פאזורית דיאגרמהראשית נשרטט •

• Xc = 1/2πfc = 1/(2*3.14*10000*47*10-9) Ω = 338.63 Ω

(:לפי פיתגורס)העכבה הכללית •

• Z = (Xc2 + R2) 0.5 = (338.632 + 47002) 0.5 = 4712 Ω

• Vout = Vin * Xc / Z = 10 * 338.63 / 4712 = 0.71 Volt

R

Xc Z = (Xc2 + R2) 0.5

123

• http://elecomp.co.il/2010/03/-מסנן-מעביר-נמוכיםlpf/

Page 121: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

התרגילים 2סיכום

.גודל עכבת הקבל משתנה בתלות בתדר•

השונה , קיים מחלק מתח נגדים, לפי ערכו השונה•

.בערכו כל פעם בתלות בתדר

נקבל במוצא עוצמה שונה של , לכן בכל תדר אחר• (.PEAK)מתח שיא

126

Page 122: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

השפעת תדרי הכניסה על מתח המוצא

, הקבל לא מספיק להיטען, ככל שעולה התדר• 90ומאחר עד , ומתח המוצא קטן יחסית לכניסה

.מעלות

אות המוצא עוקב אחרי אות , בתדרים נמוכים• .כמעט במלואו, הכניסה

רצף . ניתן לבחון את תגובת התדרים באופן רציף•, ספקטרום תדרי הכניסהתדרי הכניסה נקרא

בעלי , תדרים שוניםוניתן לבחון מה המוצא של .בכניסה אותה אמפליטודה

127

Page 124: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

תגובת התדר על גרף לוגריתמי

129

Page 125: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

FCתרגיל חישוב

LPF , RC: נתון מעגל •

• R = 4.7k Ohm

• C = 47 nF [10-9]

אשר מעליו מתחילה ירידה של , מהו התדר הקריטי• ?מתח המוצא

,עבור תדר זה•

תהיה פאזה •

מעלות -45•

במוצא•

130

Page 126: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

(HPF)מעביר גבוהים RCמעגל

131

In Out

Page 127: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מסנן מעביר תחום תדרים

HPFומסנן LPFבעזרת מסנן ( BPF)מימוש מסנן מעביר תדר •

132

).pdf09.11.30(20%20a%1.3v20Booklet%20Experiment%20/M.S.S.%044160.ee.technion.ac.il/labs/eelabs/Upload/Experiments/BasicLabBooklets/3http://www

Page 128: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מסנן מסדר שני

. לעיתים רוצים יכולת סינון משמעותית יותר•

:עוברים למסנן מסדר שני

133

-40 [db/dec]

Page 129: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סלילים

V = L * di/dt

From :Fundamentals of Electric Circuits,Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku

:כאשר

A שטח הסליל

l אורך הסליל

N מספר הכריכות

µ קבוע החדירות של הליבה

(permeability of the core)

:ובשינוי הזרם דרכו, תלוי בגודל הסליל, פ סליל"המתח ע

ניתן לחישוב, Lגודל הסליל

מתוך ידיעת המימדים בעזרת

:הנוסחא

134

Page 130: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סלילים בטור ובמקביל

135

Page 131: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

הזרם דרכו , בנגד•

, והמתח עליו

.באותה פאזה

הזרם , בסליל•

מפגר אחר

90-ב, המתח

.מעלות

• XL = jωL

להתנגדות ולהיגב פאזוריתיאור

.pdf1/old/handout211http://www.ece.sunysb.edu/~oe/Leon/ESE 138

Page 132: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

Notch ,Bandpassמסנני מתוך כל התדרים או חסימת תדר , (רדיו)יכול לשמש לבחירת תדר רצוי BANDPASSמסנן

".בקרה הורית" –כשרוצים לחסום ערוץ בטלויזיהמתוך כל התדרים למשל ( NOTCH)ספציפי

Vout

Log10 f

Vout

Log10 f

Page 133: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

RLCניתוח מתמטי של מעגל

R

Vin

C

L

Vout

:במעגל ההתנגדות השקולה

CLiRZ

1

CLiR

R

V

V

in

out

1

C

iCi

ZC

1

LiZL

CL

R

1

tan 1

:ובעזרת מחלק מתח נגדים

90-הסחת הפאזה יכולה להיות מ

:מעלות( -90)-מעלות ל

Page 134: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

RLCניתוח מתמטי של מעגל

R

Vin

C

L

Vout

AV:י "ההגבר במערכת מוגדר ע

2

2 1

CLR

R

V

VA

in

outv

ואז ההגבר , דומיננטי ωLעבור תדרים גבוהים

ωC , עבור תדרים נמוכים. R/ωLיהיה

. R*ωCואז ההגבר יהיה , דומיננטי

עכבות הסליל והקבל , ω 2 = 1/LC כאשר

.1ואז ההגבר השניהמאפסות אחת את

Page 135: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סיכום וקטורי

(מעגל טורי)הזרם זהה בכל הרכיבים •

:Zאת ההתנגדות השקולה וקטוריתניתן לסכם •

XL

XC

R

XL XC

R

Z

Page 136: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

סיכום וקטורי

XL XC

R

Z

Zההתנגדות השקולה •

הפאזה בין המתח והזרם תהיה •

למעשה הזוית של ההתנגדות Zהשקולה

2

2

22

1

CLRZ

XXRZ CL

R

CL

R

XX CL

1

arctan

tan

Page 137: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מקבילי LCמעגל

LC

LiR

LC

iRZ211

1

LC

LiR

R

V

V

in

out

21

R

Vin

C

Vout 2

2

2

1

LC

LR

RAv

LCfvalley

2

1

RRRT 21

111

אז כאשר האיבר במכנה , כאשר הרכיבים אידיאליים•

.0וההגבר ,ההתנגדות השקולה אינסופית, מתאפס

:זה קורה כאשר•

:תזכורת

Page 138: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

נוצר שדה , כאשר מזרימים זרם חשמלי במוליך•

.מגנטי סביב המוליך

145

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/curloo.html

Page 139: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

נוצר שדה , כאשר מזרימים זרם חשמלי במוליך•

.מגנטי סביב המוליך

146

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/curloo.html

Page 140: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

, איך נראה השדה המגנטי•

כשיש מספר מוליכים צמודים

?שמזרימים זרם באותו כיוון

מה השדה המגנטי בין •

?המוליכים

מה השדה המגנטי מחוץ •

?למוליכים

147

זרם חשמלי נכנס לתוך המסך

Page 141: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

, איך נראה השדה המגנטי•

כשיש מספר מוליכים צמודים

?שמזרימים זרם באותו כיוון

מה השדה המגנטי בין •

?המוליכים

מה השדה המגנטי מחוץ •

?למוליכים

148

זרם חשמלי נכנס לתוך המסך

Page 142: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

מחוץ למוליכים השדה המגנטי •

:מצטרף באותו כיוון

149

זרם חשמלי נכנס לתוך המסך

:המוליכים השדה מתאפס בין•

Page 143: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

( סולנואיד)איך נראה השדה המגנטי בסליל •

?( DC)שמזרימים דרכו זרם ישר

150

http://plasma.kulgun.net/sol_page/

Page 144: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

151

Page 145: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מושגי יסוד –חשמל

י זרם חשמלי"השדה המגנטי הנוצר ע

הדרך לחזק את התוצאה היא לעשות מספר •

.ליפופים גדול

היא , הדרך לחזק את השדה המגנטי הנוצר•

.ברזל –להכניס לתוך הסליל חומר פרומגנטי

152

Page 146: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

אלקטרומגנט

המוקפת , אלקטרומגנט הוא בעקרון ליבת ברזל•כאשר מזרימים דרכו זרם . בסליל של חומר מוליך

בתלות )הוא הופך למגנט רב עוצמה , (DC)ישר (.בעוצמת הזרם ומספר הליפופים

ניתן לייצר שדה מגנטי הרבה יותר חזק מהמתקבל • .ממגנטים טבעיים

:שימושים רבים•

משמש במנופים להרמת מכולות•

... ועוד( בהמשך)ממסרים •

153

Page 147: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

ממסרים -רכיבים אלקטרו מגנטיים

משמשים לבידוד בין מעגלי פיקוד למעגלי הספק•

-הספק ב, DC-למשל פיקוד ב) AC-ל DCבידוד בין •

AC ,אפשר גם : אבל לא רקDC/DC ,AC/AC )

ומספר , ממסר יכול להיות בעל כניסת פיקוד אחת•

: י אותה פקודה"חיבורים הנשלטים ע

Normally Open( .N.O.)-כאן דוגמה ל•

.N.Cיש גם •

154

Page 148: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

רכיבי הממסר

(סליל עם ליבה פרומגנטית)אלקטרומגנט •

מגענים•

חלק מתכתי•

במצב הזה אין זרם•

155

Page 150: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

Carnegie Mellon, Robot Academy – Self Made Relay

Page 151: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

Build the Relay Circuit

Homosote or Plywood

base.

Switch

1.5 volt AA cell

Lamp

Strip and connect to armature screw

Negative battery

Connection (black)

Strip end of wire.

Wrap around

nail.

Strip and splice to + battery connection.

(Red)

Material List • lamp socket • 6 - 12 volt

lamp • battery 6-9 or

12 volt • 24 or 22

gauge hookup wire.

• AA cell • Plumber’s

strap , switch • battery

connector • self-tapping

screws

Solder or tape wires

to cell.

Page 152: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל תפיסה עצמית

159

RL

. ומחזיק את עצמו, הממסר נתפס, כ"אח. התנעה דרך הלחצן•

Page 153: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל תפיסה עצמית

160

RL

...מקבל זרם במסלול החיצים הכחולים,RLהעומס •

Page 154: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגל תפיסה עצמית

161

RL

... מקבל זרם במסלול החיצים הירוקים, הממסר עצמו•

Page 155: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגלים מבוססי ממסרים

: בעיה•

רוצים להגן על הידיים של מי שעובד עם גיליוטינה •

לחצנים המרוחקים זה 2לשם כך יש . בבית דפוס

, Bוגם Aרוצים שרק אם נפעיל לחצן . מזה

, ידיים 2זה מחייב עבודה עם . תפעל הגליוטינה

ואז אין סכנה שבטעות המפעיל , רחוקות מהסכין

...(ברררר... וקרו מקרים. )יאבד אצבע

162

Page 156: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

מעגלים מבוססי ממסרים

( סליל)ממסר מסומן כעיגול , סולם בדיאגרמות•

(.דומה לקבל)המפעיל מתג

INDICATOR-ה, Bוגם על Aרק אם נלחץ גם על •

(Output - לגליוטינהפקודה . )יפעל

163

Page 157: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

איך עובד רמקול

164

Page 158: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

איך עובד רמקול

165

Page 160: חשמל ואלקטרוניקה   העשרה

עקרון פעולת שנאי

167