Betrachten Sie in der folgenden Schaltung den Operationsverstärker als ideal (Verstärkung = ∞, Eingangswiderstand = ∞) und der Transistor Beta beträgt 20 A / A.

Ursprünglich habe ich hier ein virtuelles Erdungskonzept verwendet, aber in der angegebenen Antwort ist der Transistor abgeschaltet, sodass die Spannung am -ve-Anschluss 5 V beträgt. Gibt diese Schaltung eine Rückmeldung an den Operationsverstärker oder nicht? Wie kann es abgeschnitten werden? Wir müssen Strom durch 1 kΩ Widerstand und Spannung am Kollektor finden. Meine Antwort: 300 uA Gegebene Antwort: 0A

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.

Ihre berechneten Zahlen erscheinen gemäß CircuitLab korrekt.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Aber dem würde ich nicht vertrauen.

In LTSPICE kann ich es jedoch nur zum Laufen bringen, indem ich die 5-V-Versorgung verlangsame, damit es in der richtigen Reihenfolge geschieht. Dann ist der Transistor gesättigt und der Kollektor folgt der Emitterspannung mit ~ 2 mA Emitterstrom.

Wenn in Sättigung ...

$Vc = V_b-V_{be}+V_{CE-SAT}$

Als solches steigt die Kollektorspannung mit der Basisspannung an und umgekehrt. Da der Transistor nicht mehr invertiert, ist die Rückkopplung des Operationsverstärkers in Ihrer Schaltung effektiv negativ.

Aufgrund der magischen Eigenschaft von Transistoren, die Ihnen einen Vce-SAT ergibt, der kleiner als Vbe ist, befinden Sie sich in dem Modus, in dem Vc <Vb ist, sodass der Basiskollektorübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist ...

Die Schaltung wird effektiv dies ....

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Wie auch immer ... es ist eine schlechte Strecke. Wie OLIN betont, wird der Transistor wirklich auf bizarre Weise verwendet.

Also, um Ihre eigentliche Frage zu beantworten ..

Ist der Transistor abgeschaltet?

Es hängt davon ab, wann die 5V hochgefahren sind.

Wenn es zuletzt kam, kann der Transistor gesättigt sein,

Wenn es zuerst hochkam, ist der Transistor ausgeschaltet.

Wenn es irgendwo in der Mitte auftauchte ... wirf eine Münze!

Ich beschloss, meinen Kommentar in eine Antwort umzuwandeln, um alle Grundlagen abzudecken und Menschen, die dieselbe Frage beantworten, dazu zu bringen, die Denkschule des anderen auf unterschiedliche Weise zu sehen.

Da wir uns in der völlig idealen und unendlich schnellen Welt befinden, ist die endgültige Antwort undefiniert, es sei denn, wir geben die Anfangsbedingungen aller Knoten an.

Die wirklich entscheidende Anfangsbedingung ist, ob die Spannung des invertierenden Eingangs anfänglich über 2 V oder unter 2 V oder gleich 2 V liegt.

V- (@ t = 0) = über 2 V.

In diesem Fall ist der Ausgang des OpAmp niedrig und der BJT ist ausgeschaltet und wird niemals eingeschaltet.

V- (@ t = 0) = weniger als 2V

In diesem Fall ist der Ausgang des Operationsverstärkers hoch und der BJT eingeschaltet und stabilisiert sich um 300 uA, um den invertierenden Eingang bei 2 V zu halten.

V- (@ t = 0) = 2 V.

In diesem Fall bestimmt der Anfangszustand des Ausgangs des Opamp, wo sich die Schaltung stabilisiert. Wenn der Ausgang des Opamp hoch genug ist, dass der BJT sofort 300 uA oder mehr leitet, stabilisieren wir uns am invertierenden Eingang bei 2 V. Wenn der Opamp-Ausgang niedriger als erforderlich ist, um etwa 300 uA zu erhalten, steigt am invertierenden Eingang die Spannung an, was dazu führt, dass das Geländer auf 5 V geschaltet wird und der BJT ausgeschaltet wird.

Das Design ist falsch, bei invertierender BJT-Rückmeldung MÜSSEN die +/- Eingänge umgekehrt werden.

Dann ist Ve = 0,3 Vc = 2 V Vb = 0,95, Vce = 1,05

Wenn die Spannung am nicht invertierenden Eingang ansteigt, steigt die Ausgangsspannung an und somit nimmt die Spannung am invertierenden Eingang ab . Das ist positives Feedback. Das Konzept des virtuellen Bodens gilt nur bei negativer Rückkopplung.

Wenn der invertierende Eingang anfänglich bei 5 V liegt, ist der Ausgang des Operationsverstärkers negativ und der Transistor ist abgeschaltet.