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[FAQ] 如何确定 CMOS 逻辑器件的输出电压(VOH、VOL)或输出电流(IOH、IOL)?

无负载逻辑器件的高逻辑电平输出电压将是电源电压。

逻辑器件的输出电流由连接到器件的负载和输出驱动器的能力决定

必须注意的是,VOH 或 VOL 始终与测试电流(分别为 IOH 或 IOL)一起提供。 

例如:

理想情况下,连接到 100Ω 负载的 5V 逻辑门(输出阻抗为 0Ω)将会在 VOH = 5V 时输出 IOH = VCC/100 = 50mA

实际情况下,具有 25Ω 输出阻抗的 5V 逻辑门将会在 VOH = VCC100/(100+25) = 4V 时输出 IOH = VCC/(100+25) = 40mA

关于这个主题,我们通常收到两种问题,下面将分别答复。这两种问题都相当复杂,并不是仅仅发布一个常见问题解答贴子就能够解答的,但我将尝试提供快速简单的答案来帮助读者。

(1) 数据表给出了电源为 X 时的 VOH VOL,而我需要电源值为 Y 时的 VOH VOL

假设您保持输出电流不变,当 VCC 等于或略高于数据表中给出的值时,输出端的压降将保持不变。例如,如果数据表显示 3V 电源时的 VOH 为 2.7V,则压降为 3 - 2.7 = 0.3V。如果您将电源更改为 3.3V,则可以肯定地说最小 VOH 现在将为 3.3 - 0.3 = 3V。

VOL 很容易得知,VOL 保持不变,即 4.5V 电源时 VOL 为 0.55V,5V 电源时 VOL 仍将为 0.55V。

如果您需要更精确的值,可在给定数据表值之间通过线性内插或在数据表值之外通过线性外插直接找到正确的值。请务必确保:(a) 使用数据表中最接近的 2 个值来进行内插/外插,(b) 保持所有其他值不变。

(2) 数据表显示,在 Y 电源电压下,IOH IOL X mA。我需要知道 Z 电源电压下的输出电流。

这是一个回答起来更棘手的问题,IOH IOL 的定义似乎存在一些混淆。

IOH 和 IOL 定义为测试数据表中 VOH 和 VOL 值时的电流。这些电流额定值很好地说明了逻辑门的最大期望输出电流,但是它们并不表示器件的限制。

例如:

5V(15Ω 输出)逻辑器件列出了 24mA 的 IOL,并将一个 35Ω 电阻器从输出连接至 5V。

产生的电流将不限于 24mA;它将受欧姆定律的约束:IOL = (VCC)/(15 + 35) = 100mA。

对于大多数逻辑器件,这会导致器件损坏,并且可能会损坏系统。

如果您需要了解器件的最大电流额定值,请参阅数据表中的绝对最大额定值表。  在该表中,您通常可以找到每个输出的绝对最大电流额定值和器件总电流的绝对最大额定值(通常称为“通过 Vcc 或接地点的电流”)