Diese Schaltung:

macht nicht viel Sinn. Aufgrund der positiven Rückkopplung hat es zwei mögliche stabile Zustände.

In einem stabilen Zustand ist der Transistor vollständig ausgeschaltet. Das bedeutet, dass der negative Eingang des Operationsverstärkers auf 5 V liegt. Da der positive Eingang immer auf 2 V liegt, treibt dies den Ausgang des Operationsverstärkers so niedrig wie möglich. Da Sie gesagt haben, dass der Operationsverstärker ideal wäre, bedeutet dies, dass der Ausgang auf 0 geht. Dadurch wird der Transistor ausgeschaltet. Dieser Zustand ist also tatsächlich stabil.

Der andere mögliche stabile Zustand ist, wenn der negative Eingang des Operationsverstärkers unter 2 V liegt. Das würde den Ausgang hoch treiben, was den Transistor eingeschaltet halten würde. Da dies jedoch ein idealer Operationsverstärker ist, würde der Ausgang an die positive 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 der Schaltung 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 Komponentenbezeichnungen). Das würde 4,5 V über dem oberen Widerstand erzeugen, was offensichtlich nicht möglich ist, da sich die Spannungsabfälle nicht zu 5 V addieren.

Nehmen wir an, der Transistor kann auf 200 mV CE sinken, wenn er mit genügend Basisstrom angesteuert wird. Damit bleiben 4,8 V über 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, was bedeutet, dass sie jeweils 2,4 V betragen. Das bedeutet, dass die Kollektorspannung 2,6 V beträgt. Das liegt über den 2 V, auf die der positive Eingang festgelegt ist, sodass die Schaltung schnell in den ersten stabilen Zustand einrasten würde, wenn sie jemals den voll eingeschalteten Zustand des Transistors erreichen würde.

Wenn die Basis ohnehin höher getrieben würde, wäre der BC-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und die Kollektorspannung wäre immer noch nicht unter 2 V. Der hoch geschlagene Ausgang des Operationsverstärkers ist daher kein stabiler Zustand. Diese Schaltung würde daher immer in dem einzigen stabilen Zustand landen, den es gibt, nämlich dem auf Low geschlagenen Ausgang.

Also ja, der Transistor ist immer aus.

Hoppla

Mir ist gerade aufgefallen, dass ich den oberen Widerstand falsch als 1,05 kΩ gelesen habe, obwohl er tatsächlich 10,5 kΩ beträgt. Damit ist aber der zweite mögliche stabile Zustand noch nicht stabil.

Im zweiten möglichen stabilen Zustand wird der Ausgang des Operationsverstärkers auf High gesetzt. Dies ist ein idealer Operationsverstärker, was bedeutet, dass sein Ausgang 5 V beträgt (vorausgesetzt, 5 V versorgen auch den Operationsverstärker, wie zuvor erwähnt). Bei 5 V an der Basis kann der Kollektor des Transistors etwa 4,3 V nicht unterschreiten, da er dann in Vorwärtsrichtung vorgespannt wäre und als Diode wirken würde. Der negative Eingang würde weit über 2 V liegen, so dass der Ausgang niedrig zugeschlagen würde und die Schaltung auf diese Weise verriegeln würde.

Mal sehen, was genau am Kipppunkt zwischen den beiden Full-Rail-Ausgängen passieren würde. Das bedeutet, der Kollektor liegt auf 2 V, was bedeutet, dass 286 µA Kollektorstrom fließen würden. Die Verstärkung des Transistors beträgt 20, also 21/20 davon, was 300 µA Emitterstrom fließen würde. 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 würde, würde der Ausgang des Operationsverstärkers sinken. Das reduziert den Strom durch den Transistor, was die Kollektorspannung etwas mehr erhöht, was den Transistorstrom weiter reduziert, ...

Was würde also an diesem Wendepunkt passieren, wenn der Kollektorstrom etwas sinken würde? Die Basisspannung würde ansteigen und mehr Kollektorstrom verursachen, wodurch die Kollektorspannung absinken würde, wodurch die Basisspannung ansteigen würde 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 kein Zustand, in dem der Transistor normal verwendet wird oder in dem seine Datenblattparameter viel Orientierung bieten.

Die Antwort lautet also jetzt, 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 in "Cutoff" ist oder nicht.

Ihre berechneten Zahlen erscheinen laut CircuitLab korrekt.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Aber darauf würde ich mich nicht verlassen.

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 eingeschaltet und der Kollektor folgt der Emitterspannung mit einem Emitterstrom von ~ 2 mA.

Bei Sättigung...

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

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

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

Die Schaltung wird effektiv zu diesem ....

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

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

Also um deine eigentliche Frage zu beantworten..

Ist der Transistor gesperrt?

Es hängt davon ab, wann die 5V ankamen.

Wenn es zuletzt aufgetaucht ist, ist der Transistor möglicherweise gesättigt.

Wenn es zuerst kam, ist der Transistor ausgeschaltet.

Wenn es irgendwo in der Mitte auftaucht ... werfen Sie 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 vollkommen idealen und infinitesimal 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 sich niemals einschalten.

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

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

V- (@t=0) = 2V

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

Das Design ist falsch, mit invertierendem BJT-Feedback MÜSSEN die +/- Eingänge umgekehrt werden.

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

Wenn die Spannung am nichtinvertierenden Eingang steigt, steigt die Ausgangsspannung und damit sinkt die Spannung am invertierenden Eingang . Das ist positives Feedback. Das Konzept der virtuellen Masse gilt nur bei negativer Rückkopplung.

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