מחבר: שמחה גילעם

שנת ההוצאה: תשס"ז - 2007

מילות מפתח: אלקטרוניקה

הספר פותח על ידי מט"ח, בשיתוף הפיקוח על מגמת אלקטרוניקה במינהל למדע ולטכנולוגיה במשרד החינוך והמלמ – המרכז הישראלי לחינוך מדעי-טכנולוגי והוא תואם את תוכנית הלימודים החדשה ב"אלקטרוניקה תקבילית וספרתית" לכיתות י"א. נושאי הלימוד בספר הם: חיישנים ומתמרים, משווים, דיודות, הטרנזיסטור הדו-נושאי, ספקי כוח מיוצבים, מתנדים לגל ריבועי והמרת אותות. הספר מכיל, נוסף להסברים העיוניים, גם דוגמאות פתורות ותרגילים לפתרון עצמי. הבנת הדוגמאות ופתרון התרגילים חיוניים להבנה מלאה של החומר הנלמד. אל הספר

נושא/נושאים: , הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים

תוכן הספר:

• אלקטרוניקה תקבילית וספרתית

• תוכן העניינים

• הקדמה

• פרק 1 חיישנים ומתמרים

• 1.1 מבוא

• 1.2 חיישני-חום

• איור ‭1.1‬ גרף של תלות ההתנגדות בטמפרטורה של RTD

• איור ‭1.2‬ ממיר טמפרטורה למתח חשמלי א. תרשים המעגל ב. תלות מתח המוצא בטמפרטורה

• 1.3 מיקרופון (microphone)

• איור ‭1.3‬ מיקרופונים מסוגים שונים

• 1.4 רמקול (loudspeaker)

• איור ‭1.4‬ רמקול דינמי

• 1.5 חיישני-אור

• איור ‭1.5‬ חיישן-אור בסיסי

• סיכום פרק 1

• שאלות חזרה לפרק 1

• פרק 2 משווים

• 2.1 מבוא

• 2.2 המשווה הבסיסי

• איור ‭2.1‬ סימול של משווה

• איור ‭2.2‬ מערכת אוטומטית להדלקת פנסי רחוב

• 2.2.1 תכונות המשווה האידיאלי

• איור ‭2.3‬ אופיין מעבר של משווה אידיאלי

• איור ‭2.4‬ השתנות המוצא של משווה אידיאלי, בתלות בזמן כאשר במבואו מופיע גל משולש.

• 2.2.2 שימושים של משווה

• איור ‭2.5‬ ריבוע של גל סינוסי באמצעות משווה

• 2.2.3 חסרונות המשווה הבסיסי

• איור ‭2.6‬ השפעת הרעש במבוא משווה מהפך על אות המוצא

• איור ‭2.7‬ תלות זמני התגובה במוצאו של משווה בסיסי, בזמני המעבר במבואו

• 2.3 משווה משופר – מעגל שמיט

• 2.3.1 תיאור מעגל שמיט

• איור ‭2.8‬ מעגל שמיט בסיסי, הממומש באמצעות מגבר שרת

• איור ‭2.9‬ תיאור מפושט של מעגל שמיט, לצורך חישוב מתח הסף, ‭V T‬

• איור ‭2.10‬ תלות מתח המוצא במתח המבוא, עבור עליית מתח המבוא

• איור ‭2.11‬ תלות מתח המוצא במתח המבוא, עבור ירידת מתח המבוא

• איור ‭2.12‬ אופיין המעבר של מעגל שמיט הנדון בדוגמה

• 2.3.2 אופיין המעבר של מעגל שמיט

• איור ‭2.13‬ אופיין המעבר של מעגל שמיט

• 2.3.3 מעגל שמיט – החסינות לרעש

• סיכום פרק 2

• שאלות חזרה לפרק 2

• איור לשאלה ‭2.1‬

• איור לשאלה ‭2.2‬

• איור לשאלה ‭2.3‬

• איור לשאלה ‭2.4‬

• איור לשאלה ‭2.5‬

• איור לשאלה ‭2.6‬

• פרק 3 דיודות

• 3.1 מבוא

• 3.2 דיודה אידיאלית

• איור ‭3.1‬

• איור ‭3.2‬ טעינת מצבר ממחולל זרם חילופין

• איור ‭3.3‬ קביעת תנאי הזרם בדיודה אידיאלית באמצעות רכיבים חיצוניים

• איור ‭3.4‬ תיאור תנאי העבודה של הדיודה על-גבי האופיין

• 3.3 דיודה מעשית

• איור ‭3.5‬ אופיין של דיודה מעשית

• 3.4 מודלים של דיודה (לזרם ישר)

• 3.4.1 מודל הדיודה האידיאלית

• איור ‭3.6‬ מודל של דיודה אידיאלית

• איור ‭3.7‬ אבטיפוס של מעגל דיודי

• איור ‭3.8‬ מעגל תמורה לפי מודל הדיודה האידיאלית

• איור ‭3.9‬ מעגל דיודי למתח חילופין – מודל הדיודה האידיאלית

• 3.4.2 מודל מפל המתח הקבוע

• איור ‭3.10‬ מודל מפל המתח הקבוע

• איור ‭3.11‬ מעגל תמורה לפי מודל מפל המתח הקבוע

• איור ‭3.12‬ מעגל למתח חילופין – מודל למפל המתח הקבוע

• איור ‭3.13‬

• איור ‭3.14‬

• איור ‭3.15‬

• 3.5 יישומים בסיסיים של דיודה

• 3.5.1 מעגלי יישור מתח חילופין

• איור ‭3.16‬ מיישר חצי-גל

• איור ‭3.17‬ מיישר גל שלם (מיישר גשר)

• איור ‭3.18‬ תרשים המיישר שבדוגמה ‭3.5‬

• איור ‭3.19‬

• איור ‭3.20‬

• 3.6 דיודות לשימושים מיוחדים

• 3.6.1 דיודה פולטת אור (דפ"א)

• איור ‭3.21‬ דיודה פולטת אור – סימול חשמלי

• איור ‭3.22‬ יישומים נפוצים של דפ"א

• איור ‭3.23‬ מעגל פשוט להפעלת דפ"א

• סיכום פרק 3

• שאלות חזרה לפרק 3

• איור ‭3.24‬

• איור ‭3.25‬

• איור ‭3.26‬

• איור ‭3.27‬

• פרק 4 טרנזיסטור דו-נושאי

• 4.1 מבוא

• איור ‭4.1‬ שפופרת ריק טיפוסית (משמאל) וטרנזיסטור טיפוסי (מימין)

• 4.2 מהו טרנזיסטור?

• איור ‭4.2‬ א. רכיב בעל שני הדקים. ב. רכיב בעל שלושה הדקים.

• איור ‭4.3‬ שימושים של טרנזיסטור: א. הגברת אות ב. מיתוג

• 4.3 המבנה ועקרון הפעולה של טרנזיסטור

• איור ‭4.4‬ מבנה עקרוני וסימול של טרנזיסטורי צומת דו-נושאיים: א. npn ב. pnp

• 4.3.1 המצב הפעיל

• איור ‭4.5‬ הזרמים בטרנזיסטור במצב הפעיל

• 4.4 תכונות הטרנזיסטור כרכיב במעגל

• 4.4.1 הגדרה של כיווני הזרמים

• איור ‭4.6‬ כיווני הזרמים המוסכמים בטרנזיסטור: א. npn ב. pnp

• 4.4.2 תצורות חיבור טרנזיסטור במעגל

• איור ‭4.7‬ שלוש התצורות הבסיסיות של חיבור טרנזיסטור (מסוג ‭(npn‬ במעגל: א. בסיס-משותף ב. פולט-משותף ג. קולט-משותף

• 4.4.3 אופיינים סטטיים

• איור ‭4.8‬ מעגל בדיקה (א) ואופייני מבוא (ב) ומוצא (ג) לטרנזיסטור npn בתצורת פולט-משותף, עם הגבר זרם ‭? = 50‬

• איור ‭4.9‬ תיאור פיזיקלי של מצב רוויה

• איור ‭4.10‬ אופייני מוצא של טרנזיסטור

• 4.5 ניתוח תנאי העבודה של טרנזיסטור בזרם ישר

• 4.5.1 חיבור פולט-משותף עם מקדם קבוע

• איור ‭4.11‬ מעגל טרנזיסטורי בחיבור פולט-משותף עם מִ קדם קבוע

• 4.5.2 מציאת נקודת העבודה בשיטה גרפית

• איור ‭4.12‬ קו העבודה

• איור ‭4.13‬ מציאת נקודת עבודה

• 4.5.3 חיבור פולט משותף עם מקדם עצמי

• איור ‭4.14‬ מעגל פולט-משותף עם מקדם עצמי

• איור ‭4.15‬ מעגל עם מִ קדם עצמי לדוגמה ‭4.6‬

• 4.5.4 קו העבודה במעגל עם מקדם עצמי

• איור ‭4.16‬ קו עבודה לדוגמה ‭4.7‬

• 4.6 פעולת הטרנזיסטור באות קטן

• איור ‭4.17‬ תצורת פולט-משותף עם אות קטן

• איור ‭4.18‬ אות המוצא בתצורת פולט-משותף

• איור ‭4.19‬

• איור ‭4.20‬ מגבר לאות קטן בדוגמה ‭4.8‬

• 4.7 מעגל תמורה של טרנזיסטור לאות קטן

• איור ‭4.21‬ מודל מפושט לאות קטן בתצורת פולט-משותף

• איור ‭4.22‬ מעגל תמורה מפושט עם פרמטרי h עבור תצורת הפולט המשותף

• איור ‭4.23‬ תלות טיפוסית של פרמטרי h בזרם העבודה.

• 4.8 ניתוח מגבר פולט-משותף

• 4.8.1 מגבר פולט עם מקדם קבוע

• איור ‭4.24‬ מגבר פולט-משותף

• 4.8.2 מגבר פולט-משותף עם נגד פולט

• איור ‭4.25‬ מגבר פולט-משותף עם נגד פולט

• 4.9 הטרנזיסטור כמתג

• 4.9.1 מבוא

• איור ‭4.26‬ מתג מכני – א. נורה כעומס ב. נגד כעומס

• 4.9.2 מצבי קיטעון ורוויה בטרנזיסטור

• איור ‭4.27‬ מתג טרנזיסטורי פשוט

• איור ‭4.28‬ מצב רוויה בטרנזיסטור

• איור ‭4.29‬ לחישוב מתחי הרוויה בטרנזיסטור

• איור ‭4.30‬ המחשת מצב הרוויה באמצעות אופייני הטרנזיסטור

• איור ‭4.31‬ מעגל טרנזיסטורי לשאלה ‭4.2‬

• 4.9.3 מיתוג דיודה פולטת אור באמצעות טרנזיסטור

• איור ‭4.32‬ סימול של דפ"א

• איור ‭4.33‬ הפעלת דפ"א באמצעות טרנזיסטור

• איור ‭4.34‬ חישוב זרמים ומתחים במעגל

• איור ‭4.35‬ מעגל לשאלה ‭4.3‬

• סיכום פרק 4

• שאלות חזרה לפרק 4

• איור ‭4.36‬

• איור ‭4.38‬

• איור ‭4.37‬

• איור ‭4.40‬

• איור ‭4.39‬

• איור ‭4.41‬

• איור ‭4.42‬

• פרק 5 ספקי כוח מיוצבים

• 5.1 מבוא

• 5.2 ספק כוח מיוצב – מבנה כללי

• איור ‭5.1‬ תרשים מלבנים של ספק כוח מיוצב

• 5.3 מייצב זנר

• איור ‭5.2‬ הגדלים המאפיינים דיודת זנר

• איור ‭5.3‬ מייצב זנר

• 5.4 מייצב טורי עם משוב

• איור ‭5.4‬ מבנה עקרוני של מייצב טורי עם משוב

• איור ‭5.5‬ מימוש הייצוב הטורי עם משוב שלילי באמצעות מגבר שרת

• איור ‭5.6‬

• 5.5 מייצבי מתח משולבים

• 5.5.1 משפחת המייצבים 78XX

• איור ‭5.7‬ תיאור עקרוני של המייצב מהמשפחה ‭78XX‬

• 5.5.2 המבנה הפנימי של המייצב 78XX

• איור ‭5.8‬ מבנה פנימי של מייצבי הסדרה ‭78XX‬

• 5.5.3 יישומים של מייצבי מתח משולבים

• איור ‭5.9‬ מייצב בסיסי

• איור ‭5.10‬ שימוש במייצב ‭78XX‬ כמקור זרם קבוע

• איור ‭5.11‬ הוספת טרנזיסטור לדחיפת זרם נוסף לעומס

• סיכום פרק 5

• שאלות חזרה לפרק 5

• איור ‭5.12‬

• איור ‭5.13‬

• פרק 6 מתנדים לגל ריבועי

• 6.1 מבוא

• 6.2 תגובת רשת מעבירת-נמוכים (LP) לאות מדרגה ולדופק

• 6.2.1 תגובה לאות מדרגה

• איור ‭6.1‬ מעגל RC בסיסי

• איור ‭6.2‬ אות מדרגה

• איור ‭6.3‬ סרטוט האותות בדוגמה ‭6.1‬

• איור ‭6.4‬ תגובת RC לאות מדרגה

• 6.2.2 תגובת מעגלי LP לדופק ריבועי

• איור ‭6.5‬ מעגל LP שבמבואו דופק ריבועי

• איור ‭6.6‬ מתח המוצא של המעגל שבאיור ‭6.5‬א, מאז קפיצת המתח במבוא ברגע ‭,t = 0‬ ועד קפיצת המתח ברגע ‭t = 1 ms‬

• איור ‭6.7‬ מתח המוצא – בתלות בזמן – של המעגל שבאיור ‭6.5‬א. מתח המבוא נתון באיור ‭6.5‬ב

• איור ‭6.8‬ מעגל ‭,LP‬ שבמבואו דופק ריבועי

• איור ‭6.9‬ מתח המוצא של המעגל המתואר באיור ‭6.8‬

• 6.3 תגובת רשת מעבירת-גבוהים (HP) לאות מדרגה ולדופק

• 6.3.1 תגובה לאות מדרגה

• איור ‭6.10‬ מעגל RC מעביר גבוהים

• איור ‭6.11‬ צורות הגל במעביר גבוהים

• 6.3.2 תגובת מעגלי HP לדופק

• איור ‭6.12‬ מעגל HP שבמבואו דופק ריבועי

• איור ‭6.13‬ מתח המבוא ומתח המוצא – בתלות בזמן – של המעגל המופיע באיור באיור ‭6.12‬א

• איור ‭6.14‬ דופק ריבועי שרוחבו T

• איור ‭6.15‬ מתח המוצא של מעגלי HP בעלי קבועי זמן שונים, כשמתח המבוא הוא דופק ריבועי

• סיכום ביניים בנושא מעגלי LP ו-HP

• שאלות חזרה בנושא מעגלי LP ו-HP

• איור לשאלה ‭6.1‬

• איור לשאלה ‭6.2‬

• איור לשאלה ‭6.3‬

• איור לשאלה ‭6.4‬

• איור לשאלה ‭6.5‬

• 6.4 רב-רטט חד-יציב

• איור ‭6.16‬ דפקים במוצא החד-יציב בתגובה לדרבון המבוא

• 6.4.1 פעולתו של רב-רטט חד-יציב כקוצב זמן

• 6.4.2 הכרת הרכיב 555

• איור ‭6.17‬ רכיב ‭– 555‬ מבנה עקרוני

• 6.4.3 חיבור ה-555 כחד-יציב

• איור ‭6.18‬ מימוש חד-יציב בעזרת 555

• איור ‭6.19‬ תיאור המתחים במוצא הדלגלג, על-פני הקבל ובהדק הדרבון

• 6.5 רב-רטט אל-יציב (חופשי)

• 6.5.1 חיבור ה-555 כאל-יציב

• איור ‭6.20‬ מימוש אל-יציב בעזרת 555

• איור ‭6.21‬ תיאור מתח הקבל ומתח המוצא כתלות בזמן

• איור לשאלה ‭6.7‬

• סיכום ביניים בנושא "רבי-רטט"

• שאלות חזרה בנושא "רבי-רטט"

• איור לשאלה ‭6.10‬

• איור לשאלה ‭6.11‬

• פרק 7 המרת אותות

• 7.1 הצורך בהמרת אותות

• איור ‭7.1‬ תרשים מלבנים של מערכת להמרת אות אנלוגי לאות ספרתי, עיבוד האות הספרתי במערכת ממוחשבת והפיכתו שוב לאות אנלוגי

• 7.2 המרת אות ספרתי לאות אנלוגי

• 7.2.1 המרה באמצעות רשת נגדים R-2R

• איור ‭7.2‬ ממיר ‭D/A‬ עם סולם נגדים ‭R–2R‬

• 7.2.2 המרת אות ספרתי לזרם אנלוגי

• איור ‭7.3‬ ממיר ‭D/A‬ בשיטת מיתוג זרמים

• 7.2.3 ממיר D/A מעשי – המעגל המשולב DAC-08

• איור ‭7.4‬ תרשים מלבנים של הממיר המשולב ‭DAC-08‬

• איור ‭7.5‬ תרשים חשמלי בסיסי של הממיר המשולב ‭DAC-08‬

• איור ‭7.6‬ ממיר משולב עם מוצאי מתח

• איור ‭7.7‬ המרת מילה בינרית למתח יחיד

• 7.3 המרת אות אנלוגי לאות ספרתי

• 7.3.1 מבוא

• 7.3.2 ממיר A/D בשיטת הקירוב המדורג

• איור ‭7.8‬ תרשים מלבנים של ממיר בשיטת הקירוב המדורג

• 7.3.3 הממיר המשולב ADC08

• איור ‭7.9‬ חיבור אופייני של הממיר ‭ADC08‬

• איור ‭7.10‬ המרת מתח אנלוגי בתחום ‭0-5 V‬

• סיכום פרק 7

• נספח א חישוב הערך הממוצע והערך היעיל של מתח מיושר בחצי-גל

• איור לנספח א יישור חצי גל

• נספח ב דפי מפרט של הרכיב LM555

• תשובות לשאלות

• איור לתשובה ‭2.1‬

• איור לתשובה ‭2.2‬

• איור לתשובה ‭2.3‬

• איור לתשובה ‭2.4‬

• איור לתשובה ‭2.5‬

• איור לתשובה ‭2.6‬

• איור לתשובה ‭2.7‬

• איור לתשובה ‭6.3‬

• איור לתשובה ‭6.4‬

• איור לתשובה ‭6.5‬

• איור לתשובה ‭6.6‬

• איור לתשובה ‭6.11‬

עמודים:

1  2  3  4  5  6  7  9  10  11  12  13  14  15  16  17  19  20  21  22  23  24  25  26  27  
28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  
53  54  55  56  57  58  59  60  61  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  
79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  
105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  
131  132  133  134  135  136  137  138  139  140  141  142  143  145  146  147  148  149  150  151  152  153  154  155  156  
157  158  159  160  161  162  163  164  165  166  167  168  169  170  171  172  173  174  175  176  177  178  179  180  181  
182  183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  194  195  196  197  198  199  200  201  203  204  205  207  209  
210  211  212  213  214  215  216  217  218  219  220  221  222