불연속 컨트롤러가 필요한 공정 제어 애플리케이션에서 가장 기초적인 선택은 2위치 모드 또는 온/오프 컨트롤러다. 이러한 컨트롤러의 전형적인 예로 스페이스 히터를 들 수 있다. 온도가 설정 지점 아래로 떨어지면 히터가 켜지고 온도가 설정지점 위로 올라가면 꺼진다. 아날로그 영역에서 기본적인 2위치 컨트롤러를 구현하기 위해서는 아날로그 비교기 또는 개방 루프 연산 증폭기가 필요하다. 그러나 스위칭 오작동을 방지하기 위해서는 일반적으로 잘 알려진 슈미트(Schmitt) 트리거를 사용해 구현한다.
2위치 컨트롤 모드의 확장은 2개가 아닌 더 많은 중간 컨트롤러 출력 설정을 제공하는 것이다. 이러한 불연속 컨트롤 모드를 사용하면 2위치 모드에서 필연적으로 발생하는 사이클링 동작, 오버슈트, 또는 언더슈트를 줄일 수 있다. 그러나 사실 2위치 모드가 만족스럽지 않을 경우 다른 모드를 사용하는 편이 더 빠를 수도 있다. 가장 일반적인 예가 3위치 컨트롤러다. 그림 1은 이 컨트롤러를 구현하는 간단한 한 가지 방법을 보여준다. 이 구성에서 슈미트 트리거는 각각 음성과 양성 히스테리시스(Hysteresis)를 구현하는 A1 및 A2 연산 증폭기 주변에 위치한다. A1과 A2는 LM311 등의 아날로그 비교기로 대체할 수 있다. 그림 2는 그림 1 회로의 I/O 전송 특성을 보여준다.
여기에서 VZ 및 VY는 각각 4개의 젠더(Zener) 다이오드의 브레이크다운과 순방향 전압이다.
그림 3은 3위치 컨트롤러를 구현하는데 있어 더욱 효과적인 방법을 보여준다. 회로의 기반은 하나의 연산 증폭기이며, 레퍼런스 전압은 필요 없다. 입력과 출력 다이오드가 상위 고전압과 하위 저전압 스위칭 경계값(Threshold) 수준과 비교기의 히스테리시스를 결정한다. 중간 대역에 VIN(t)를 넣으면 회로에서 입력 다이오드가 제거되며, 회로는 기본적으로 양성 피드백(Positive Feedback)의 전압 팔로우어가 된다. 출력 전압은 VA(t)를 따르지만 VA(t)를 구성하는 양성 피드백이 이 전압을 출력 전압의 부분 값으로 설정한다. 따라서 아래의 공식으로 이 회로 상태의 출력 수준을 정의할 수 있다.
VOUT(t)=VA(t)
이를 만족하는 유일한 조건은 VOUT 및 VA=0V이다. 따라서 입력 다이오드가 역 바이어스될 때 출력은 0V를 유지하게 된다. 0V 출력 상태는 입력 전압이 양수 또는 음수 값으로 증가될 때까지 계속된다. 그 다음 두 개의 입력 젠더 다이오드 중 하나가 동작하면서 증폭기 출력을 ±VH의 입력 전압에서 양 또는 음으로 구동한다.
이 조건에서 절대 입력 전압이 감소하면 증폭기 출력은 ±VL 입력 전압에서 다시 0V가 된다. 따라서 VH 및 VL에 대한 디자인 공식은 다음과 같다.
VH=VZ1+Vγ,
그림 4는 그림 3의 값으로 회로의 I/O 전송 특성을 보여 준다. 여기에서 D1A와 D1B는 6.8V 1N4099 젠더 다이오드이며, D2A와 D2B는 3V 1N5225 젠더 다이오드다. 그림 5는 회로의 입력에 삼각 파형을 적용할 때의 출력 전압을 보여준다.
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Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 5
