Diese Schaltung:
macht nicht viel Sinn. Aufgrund der positiven Rückkopplung gibt es zwei mögliche stabile Zustände.
In einem stabilen Zustand ist der Transistor vollständig ausgeschaltet. Das heißt, der negative Eingang des Operationsverstärkers liegt bei 5 V. Da der positive Eingang immer bei 2 V liegt, wird der Operationsverstärkerausgang so niedrig wie möglich gehalten. Da Sie sagten, zu analysieren, wie der Operationsverstärker ideal wäre, bedeutet dies, dass der Ausgang auf 0 geht. Dies hält den Transistor aus. Dieser Zustand ist daher in der Tat stabil.
Der andere mögliche stabile Zustand ist, wenn der negative Eingang des Operationsverstärkers unter 2 V liegt. Dies würde den Ausgang hoch treiben, was den Transistor eingeschaltet halten würde. Da dies jedoch ein idealer Operationsverstärker ist, würde der Ausgang zur positiven Versorgung gehen. Sie haben nicht gesagt, was das ist, also gehe ich davon aus, dass es die gleichen 5 V sind, mit denen der Rest des Stromkreises versorgt wird. Bei 5 V an der Basis würde der Emitter etwa 4,3 V betragen und 4,3 mA würden durch den unteren Widerstand fließen (Argh, keine Komponentenbezeichner). Dies würde 4,5 V über dem oberen Widerstand erzeugen, was eindeutig nicht möglich ist, da die Spannungsabfälle nicht zu 5 V addieren.
Angenommen, der Transistor kann bei ausreichender Basisstromstärke auf 200 mV CE abfallen. Damit bleiben 4,8 V an den beiden Widerständen. Da der Transistor eine Verstärkung von 20 hat, ist der Emitterstrom 5% höher als der Kollektorstrom. Die Spannungsabfälle an den beiden Widerständen sind daher gleich, dh sie betragen jeweils 2,4 V. Das bedeutet, dass die Kollektorspannung 2,6 V beträgt. Diese liegt über 2 V, auf die der positive Eingang festgelegt ist, sodass die Schaltung schnell in den ersten stabilen Zustand übergeht, wenn sie jemals in den voll eingeschalteten Zustand des Transistors gelangt.
Wenn die Basis ohnehin höher angesteuert würde, wäre der BC-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und die Kollektorspannung würde immer noch nicht unter 2 V liegen. Der hochgeschlagene Opamp-Ausgang ist daher kein stabiler Zustand. Diese Schaltung würde daher immer in dem einzigen stabilen Zustand enden, den es gibt, nämlich dem Ausgang, der niedrig zugeschlagen wird.
Also ja, der Transistor ist immer ausgeschaltet.
Hoppla
Ich habe gerade festgestellt, dass ich den oberen Widerstand als 1,05 kΩ falsch verstanden habe, wenn er tatsächlich 10,5 kΩ beträgt. Dies macht den zweiten möglichen stabilen Zustand jedoch immer noch nicht stabil.
Im zweiten möglichen stabilen Zustand wird der Opamp-Ausgang hochgeschlagen. Dies ist ein idealer Operationsverstärker, dh sein Ausgang beträgt 5 V (vorausgesetzt, 5 V versorgen den Operationsverstärker ebenfalls wie zuvor angegeben). Mit 5 V an der Basis kann der Kollektor des Transistors nicht unter 4,3 V fallen, da er dann in Vorwärtsrichtung vorgespannt wäre und als Diode wirkt. Der negative Eingang würde deutlich über 2 V liegen, so dass der Ausgang niedrig zugeschlagen würde und die Schaltung auf diese Weise verriegeln würde.
Mal sehen, was genau am Wendepunkt zwischen den beiden Vollschienenausgängen passieren würde. Das heißt, der Kollektor hat eine Spannung von 2 V, was bedeutet, dass ein Kollektorstrom von 286 µA fließen würde. Die Verstärkung des Transistors beträgt 20, also würden 21/20 davon, dh 300 uA Emitterstrom, fließen. Das heißt, der Emitter liegt bei 300 mV.
Das ist ein theoretisch möglicher Zustand, aber kein stabiler. Lärm passiert immer. Wenn die Kollektorspannung nur ein wenig höher wäre, würde der Operationsverstärkerausgang sinken. Dadurch wird der Strom durch den Transistor reduziert, wodurch die Kollektorspannung weiter erhöht wird, wodurch der Transistorstrom weiter reduziert wird.
Was würde also an diesem Wendepunkt passieren, wenn der Kollektorstrom ein wenig sinken würde? Die Basisspannung würde ansteigen und mehr Kollektorstrom verursachen, wodurch die Kollektorspannung abfällt, wodurch die Basisspannung ansteigt usw. Schließlich würde die Basisspannung genug ansteigen, um den BC-Übergang in Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Jetzt steigt die Kollektorspannung wieder an. Wenn es 2 V erreicht, steigt die Basisspannung nicht mehr an.
Jetzt haben wir tatsächlich eine negative Rückkopplung, weil der BC-Übergang wie eine Diode wirkt. Dies ist daher ein stabiler Zustand, aber nicht einer, in dem der Transistor auf normale Weise verwendet wird oder in dem seine Datenblattparameter viel Orientierungshilfe sind.
Die Antwort lautet nun, dass es zwei mögliche Antworten gibt, je nachdem, in welchem Zustand die Schaltung stecken bleibt. Im ersten Fall ist der Transistor immer ausgeschaltet. Im zweiten Fall ist der BC-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt, sodass es keine sinnvolle Frage mehr ist, ob er sich im "Cutoff" befindet oder nicht.
