MC4044/MC4344频相比较器

MC4044和MC4344是MOTOROLA的TTL型中规模频相比较器集成电路。如图4-3所示，MC4044由两个相位比较器、充电泵和达林顿晶体管组成。其中相位比较器1由四个RS触发器和一个四与非门组成，输出端为U,和D₁。相位比较器2输出端为U₂和D₂,一般不使用，或用作相位比较器1的锁定指示。对应的国产型号是ST002。

该芯片应用时，基准频率信号R从1脚输入，反馈频率信号V从3脚输入，将相位比较器1的输出U,和D,分别接Pu(4脚)和Pp(11脚),充电泵的UF(5脚)和DF(10脚)分别经两个阻值相同的电阻连接至9脚(A)。达林顿晶体管接成放大器，集电极与基极之间接R₂和C阻容网络，组成一个有源低通滤波放大器(如图4-3虚线所示)。电源Vcc常用+5V。

MC4344与MC4044相类似，但没有相位比较器2。

在相位比较器1,脉冲信号R和V从RS触发器输入，只是它们的下跳沿是有效的。因此，MC4044对输入信号的脉宽无特殊要求。下面结合电动机起动过程分析此芯片的作用原理。

最初，电动机转速未到达预期转速，即fv<fx,比较器输出D₁为高电平，U₁输出一些较宽的负脉冲。D₁高电平使充电泵中的V₂,发射极PN结不导通，而V₃导通，跟随器Vg接法使V,基极电位很低。由于其发射极PN结二极管的作用，实际上没有电流从10脚流过，相当于Dp表现为高阻态。而U₁出现低电平时，V₁导通，使5脚电位降至1V以下。Vα结积分电容C充电，电压VoUT上升，使电动机继续加速。

如果转速已超过预期转速，即fv>fR,比较器输出U₁为高电平，D₁输出一些较宽的负脉冲。U,高电平，由于V₁截止，使Uf表现为高阻态。而D₁出现低电平时，V₂导通，V₃截止，Vcc经1kΩ电阻向V:基极注入电流，使Vg导通，跟随器V,输出端DF向9脚输入基极电流、积分电容C放电，电压VovT降低，使电动机减速。

如果fv=fR,进入鉴相阶段，参见图4-4。

若V相位滞后于R,则D,

为高电平，U,输出一串负脉冲，负脉冲的下跳沿和上跳沿分别对应于R和V的下跳沿，低电平宽度正比于相位差。充电泵作用类似于fv<f,Vou₇增加，使电动机加速，以减小滞后的相位差。

若R相位滞后于V,即V超前，则U:为高电平，D:输出一串负脉冲，负脉冲低电平宽度正比于相位差。充电泵作用类似于fv<f,Vour下降，使电动机降速，以减小超前的相位差。

若R和V达到同相位，出现U,和D₁同时为高电平。从以上分析可知，UF和DF皆为高阻态，积分电容既不充电也不放电，Vou₇维持于一定电平上。

鉴相状态下相位比较器的相位差-平均输出电压传输特性见图4-4。中值约为1.5V、对应于同相位状态。当V滞后时，电压上升，而V超前时，电压下降。在±2π范围内具有良好线性，传递函数约为0.11V/rad。

上述的分析可归纳于表4-2。表中H表示高电平，L表示低电平，Z表示高阻态。

表4-2MC4044工作方式

一般，MC4044应用时采用上述接法，以输出Vour控制外接功率放大器，驱动直流电动机，选择合适条纹数的编码器和分频器，将反馈脉冲V反馈回去。只要回路有足够增益和正确的校正，电动机转速将锁定于基准频率上，达到R和V同相位，并以微小的相位差作为微调。充电泵部分也可以用模拟开关代替，用U₁和D₁分别控制两个模拟开关。这两个串联的模拟开关一端接正电源，一端接地，公共点经电阻接由运算放大器构成的低通滤波器。·当U₁低电平时，下边模拟开关导通接地，当D₁低电平时，上边

模拟开关导通接正电源，U,和D,为高电平时，两模拟开关断开，使公共点呈高阻态。显然，这样的电路也能达到如表4-2所示的要求。如果两模拟开关分别接正负电源，此系统可工作于两象限工作方式，即电动运行和制动两种方式，加速电动机进入锁相状态。下节所述的MC14046,用一个P沟道和一个N沟道MOS开关管作为模拟开关，实现与MC4044相同的功能。

Vour也可用来控制开关式功率放大器，驱动直流电动机，它适用于较大功率的控制，有较高效率。有一个更为简化的方案，只使用MC4044相位比较器1的U₁输出，直接控制功率开关。当U₁为L时，开关导通，电动机加速。到达预定速度后，U₁变为H,把开关断开，让电动机减速。稳态时，以V滞后一定的相位差来维持电动机在预定转速下工作。由于回路增益有限，此相位差会比较大。此时电动机是以基准频率fR脉宽调制方式工作的。机电系统的惯性起了低通滤波器作用。这种直接脉宽调制应用，只要负载变化有限制，使占空比在0.15～0.85之内，系统可以稳定工作。此系统原理框图见图4-5。