灌电流、拉电流、吸电流与扇出系数
吸电流、拉电流和灌电流在逻辑电路中具有重要的意义,直接给出其概念:
拉电流是数字电路输出端口为高电平时给外部负载提供的电流:拉即泄,主动输出电流,是从输出端口输出电流,表征输出电流的能力;
灌电流是数字电路输出端口为低电平时外部负载输入的电流:灌即充,被动输入电流,是从输出端口流入电流,表征输入电流的能力;
吸电流就是数字电路输入端口主动吸收外电路的电流,是从输入端口流入电流。
当逻辑门输出端口是低电平时,灌入逻辑门的电流称为灌电流,灌电流越大,输出端的低电平就越高(电流乘以内阻)。由三极管的输入特性曲线(或者输出特性曲线),如下图1所示,也可以看出灌电流越大,饱和压降越大,对应的低电平越大。然而,逻辑门的低电平是有一定限制的,它有一个最大值UOL.MAX。在逻辑门工作时,不允许超过这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOL.MAX ≤ 0.4~0.5V。所以,灌电流有一个上限。
图1 三极管的输入特性曲线
当逻辑门输出端是高电平时,逻辑门的电流是从逻辑门输出端中流出,这个电流称为拉电流。拉电流越大,输出端的高电平就越低。这是因为输出级三极管是有内阻的,内阻上的电压降会使输出电压下降。拉电流越大,输出端的高电平越低。然而,逻辑门的高电平是有一定限制的,它有一个最小值UOH.MIN。在逻辑门工作时,不允许小于这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOH.MIN ≥ 2.4V。所以,拉电流也有一个上限。
可见,输出端的拉电流和灌电流都有一个上限,否则高电平输出时,拉电流会使输出电平低于UOH.MIN;低电平输出时,灌电流会使输出电平高于UOL.MAX。所以,拉电流与灌电流反映了输出驱动能力。
芯片的拉、灌电流参数值越大,意味着该芯片可以接更多的负载。例如灌电流是外部负载给的,负载越多,被灌入的电流越大
由于高电平输入电流很小为微安级,所以有些单片机I/O口为高电平时会点不亮LED灯,因为点亮LED灯的电流为3~10mA,一般可以不必考虑。低电平电流较大,在毫安级。所以,往往低电平的灌电流不超标就不会有问题。用扇出系数来说明逻辑门来驱动同类门的能力,
扇出系数No是低电平最大输出电流和低电平最大输入电流的比值。
扇出系数NO 是描述集成电路带负载能力的参数,它的定义式如下:
NO= IOL.MAX / IIL.MAX
其中IOL.MAX为最大允许灌电流,IIL.MAX是一个负载门灌入本级的电流。No越大,说明门的负载能力越强。一般产品规定要求No≥8。