单运放双滞后转换特性实现

　　在需要间断控制器的过程控制应用中，大多数初步选择是两个位置模型或开/关控制器。这种控制器的典型例子是空间加热器。如果温度低到设置点以下，加热器打开，而如果温度高过设置点，加热器关闭。在模拟域，双位置控制器的主要部分是模拟比较器或开环运算放大器。然而，为避免开关误触发，典型应用是使用熟知的Schmitt触发器。

　　双位置控制器模型的合理扩展是能够提供若干个(多于两个)控制器输出的中间设定。使用这种间断控制器模型减少双位置模型固有的循环行为、超过目标或未达目标。然而实际上，双位置模型不能达到满意的时候，使用其它模型通常更快。最通用的例子是三位置控制器。图1表示实现这种控制器的一个简单方法。图中，运算放大器周围的Schmitt触发器A1和A2分别实现负和正滞后。可以用模拟比较器，如LM311或相近的产品替代A1和A2。图2显示了图1中电路的I/O转换特性:　　

　

　

　　VZ 和VY分别为四个齐纳二极管的击穿和正向导通电压。

　　图3显示了实现三位置控制器更有效的方法。电路基础是单运算放大器，其不需要参考电压。输入和输出二极管决定高于高压和低于低压的开关门限和比较器滞后。在中间带放VIN(t)消除电路的输入二极管，电路本质上是带正反馈的电压跟随器。输出电压跟随VA(t)，但是正反馈确定VA(t)，在输出电压的某些片断设定这个电压。所以，两个约束确定电路状态的输出水平：VOUT(t)=VA(t), 和

　

　　满足这两个约束的唯一条件是VOUT和VA=0V，所以当输入二极管反向偏置时，输出仍为0V。0V的输出状态持续到输入电压增加正或负值。然后，双输入齐纳二极管的一个传导，驱动放大器以输入电压±VH的正或负电压输出。在这个条件下，当绝对输入电压下降时，放大器在±VL的输入电压上输出再次为0V。因此，VH 和VL的设计公式为

　　图4显示了电路用图3值的I/O转换特性，而D1A和D1B为6.8V 1N4099齐纳二极管和D2A和D2B为3V 1N5225齐纳二极管。图5显示当电路输入采用三角波的输出电压。