單運放雙滯后轉(zhuǎn)換特性實現(xiàn)

　　在需要間斷控制器的過程控制應(yīng)用中，大多數(shù)初步選擇是兩個位置模型或開/關(guān)控制器。這種控制器的典型例子是空間加熱器。如果溫度低到設(shè)置點以下，加熱器打開，而如果溫度高過設(shè)置點，加熱器關(guān)閉。在模擬域，雙位置控制器的主要部分是模擬比較器或開環(huán)運算放大器。然而，為避免開關(guān)誤觸發(fā)，典型應(yīng)用是使用熟知的Schmitt觸發(fā)器。

　　雙位置控制器模型的合理擴(kuò)展是能夠提供若干個(多于兩個)控制器輸出的中間設(shè)定。使用這種間斷控制器模型減少雙位置模型固有的循環(huán)行為、超過目標(biāo)或未達(dá)目標(biāo)。然而實際上，雙位置模型不能達(dá)到滿意的時候，使用其它模型通常更快。最通用的例子是三位置控制器。圖1表示實現(xiàn)這種控制器的一個簡單方法。圖中，運算放大器周圍的Schmitt觸發(fā)器A1和A2分別實現(xiàn)負(fù)和正滯后。可以用模擬比較器，如LM311或相近的產(chǎn)品替代A1和A2。圖2顯示了圖1中電路的I/O轉(zhuǎn)換特性:　　

　

　

　　VZ 和VY分別為四個齊納二極管的擊穿和正向?qū)妷骸?/P>

　　圖3顯示了實現(xiàn)三位置控制器更有效的方法。電路基礎(chǔ)是單運算放大器，其不需要參考電壓。輸入和輸出二極管決定高于高壓和低于低壓的開關(guān)門限和比較器滯后。在中間帶放VIN(t)消除電路的輸入二極管，電路本質(zhì)上是帶正反饋的電壓跟隨器。輸出電壓跟隨VA(t)，但是正反饋確定VA(t)，在輸出電壓的某些片斷設(shè)定這個電壓。所以，兩個約束確定電路狀態(tài)的輸出水平：VOUT(t)=VA(t), 和

　

　　滿足這兩個約束的唯一條件是VOUT和VA=0V，所以當(dāng)輸入二極管反向偏置時，輸出仍為0V。0V的輸出狀態(tài)持續(xù)到輸入電壓增加正或負(fù)值。然后，雙輸入齊納二極管的一個傳導(dǎo)，驅(qū)動放大器以輸入電壓±VH的正或負(fù)電壓輸出。在這個條件下，當(dāng)絕對輸入電壓下降時，放大器在±VL的輸入電壓上輸出再次為0V。因此，VH 和VL的設(shè)計公式為

　　圖4顯示了電路用圖3值的I/O轉(zhuǎn)換特性，而D1A和D1B為6.8V 1N4099齊納二極管和D2A和D2B為3V 1N5225齊納二極管。圖5顯示當(dāng)電路輸入采用三角波的輸出電壓。