SN74LS00のIohと出力電流について

汎用ロジックICの出力電流について詳しい方にお尋ねします。
SN74LS00のデータシートに記載されているIohの意味を教えていただけないでしょうか？
データシート上ではIoh：-0.4ｍAとなっています。しかし単純なLED実験回路をソース回路で組んでみた結果、電流が足りなくて点灯しないと思っていたLEDが点灯しました。電流を実測してみたところその（Iohの）１０倍の4ｍAが観測されました。
そこでIohとは何を表しているのかが解からなく質問させていただきました。実験の条件は以下の通りです。
実験回路条件：
電源電圧＝5.00V
電流制限抵抗＝５１０Ω
４回路中１回路のみ使用
１番２番Pinに0V印加
３番Pinに上記負荷を接続。
一般的には出力電流が取れるシンク回路で”L"アクティブで回路構成する様ですが今回はIohの意味が知りたくソース回路として”H"アクティブでLEDを点灯させています。

よろしくお願いいたします。

No.7 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2019/05/04 17:47

まず、SN74LS00などのTTLの出力は大きな入力容量を持ったMOSFET入力のゲートを高速でドライブできる能力を備えてます。

最低限でも50pF以上の容量性負荷に対してもスイッチングスピードを保証してますので数mA以上のドライブ能力を持ってます。SN74LS00の出力段は上側のドライブはNPNトランジスタのダーリントン構成になってますので、出力電圧VOHはVcc－２×VBEが最大電圧になります。Vcc＝５Vの場合でVOHは　VOH=5V－２×0.7V＝3.6V　この　3.6V　がtypの値です。この電圧　3.6Vtyp　が出力「H」時の出力内部等価電圧になります。また出力「H」時の出力ショート電流はメーカーの資料（http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/sdya009c/sdya009c …　）のページ１７の　Table2.　Short-Circuit Current and Internal Registance of Logic Families　のSN74LS00から　35mAも流せるという事が分かります。また、出力の等価出力抵抗は同資料より100Ωだという事が分かります。更にこちらの資料（http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/sdya010/sdya010.pdf　）の13ページの一番下にSN74LS00の出力特性が載ってます。この特性グラフからだと出力電圧が3.6Vで電流は120mA流れてますから出力抵抗は36Ωくらいですね。

質問者の　ともさんのだんな　さんが実験に使ったLEDがどんなLEDなのか不明ですが、赤色LEDとした場合、VFは約1.8Vなので、その場合、510ΩをLEDに直列に繋いだ時のLED電流　ID（mA)はVccを５Vとして

　　ID(mA)＝（3.6V－1.8V）／（510Ω+36Ω）＝3.3mA

と計算できます。実験された結果の4mAに近い値ですね。

　それから、データシート上ではIoh：-0.4ｍAととても小さな電流の規定になっているのはVOHが内部のダーリントンNPNトランジスタのVBE2段による電圧降下ギリギリの出力電圧が条件なのでスペックとしてはどうしてもこういう小さな値になってしまうという理由からです。
　それから出力ショート時のスペックは　IOS（ｍA）で規定さてていて　minで-20ｍA　maxで100mA　となってますのでVOHでLEDを駆動しても問題ありません。

この回答へのお礼

お忙しい中大変詳しいご説明を頂き誠に恐れ入ります。Iohの意味も具体的に記載していただき有難う御座います。因みに実際に点灯させたLEDはその辺に転がっていたもので実験をしてしまったため型番等不明ですが、その後でフォトカプラを接続して実験を行いました。使用したフォトカプラはPS2561F-Y-A（RENESAS）です。実測値約4ｍAはこちらの値となります。ご回答への御礼になっているかどうか解かりませんがご不明点への情報になればと思い記載させていただきます。
本当に有難う御座いました。

お礼日時：2019/05/07 09:55

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/05/03 22:48

Iohは出力端子から、出力がHレベルのとき流し出せる電流の「最大値」。

これ以上の電流が流れ出すような回路を組んでは「いけない」
という意味です。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答頂き有難う御座いました。
このような回路構成はNGだと理解しました。

お礼日時：2019/05/07 09:01

No.5 回答者： kawagoe_L 回答日時： 2019/04/30 19:39

Q: 点灯しないと思っていたLEDが点灯しました。

■それは「0.4mAしか流れない」のでは無く「流したら補償しないよ」と言う意味です。
定格無視なら破損するまでもっと沢山流せますよ。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答有難う御座いました。
流してはいけない事、理解しました。

お礼日時：2019/05/07 08:59

No.4 回答者： xs200 回答日時： 2019/04/26 18:55

ロジックICだということを忘れていませんか?

Iohの意味
これ以上の電流を流すとロジックのHを保証できない

試しに出力電圧を測ってみては? 0.4mAでもVohは最小2.5Vです。Iohを4mAも流してしまったらVihの最低条件2Vは守れません。IolとIohの特性は対称ではありません。

データシートにあるのは推奨条件です。最大ではありません。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答有難う御座いました。

お礼日時：2019/05/07 08:59

No.3 回答者： isoworld 回答日時： 2019/04/26 16:52

ＳＮ７４シリーズのＴＴＬ ＩＣ（には限りませんが）では、出力がＨになったときに出せる電流（ＩOH）は少ない（ＬＳでは0.4mA）のですが、出力がＬの場合の引き込める電流（ＩOL）はかなりあります（ＬＳでは4mA）。

ゆえに、ＬＥＤを点灯させるときは、＋Ｖcc（5V）から５１０Ωの電流制限抵抗を介してＬＥＤ（VF＝2.0Vと想定）のアノードにつなぎ、そのカソードをSN74LS00Nの出力につなぐと、ＬＥＤに流れる電流は（5V－2.0V－0.4V）÷510＝0.005A　となり、規格の4mAはちょっと超えますが、点灯します。0.4VはＶOLの代表値です。

でも”H"アクティブではＬＥＤは点灯させられません（点灯するかも知れませんが、させてはいけません）。電流が規格を大幅に超え、問題があります。小電流のＬＥＤを点灯させる場合は、”L"アクティブが常識だと思ってください。アマチュアが実験でやる分には構いませんが、プロがやるべき設計ではありません。
なお、”L"アクティブでも「オープンコレクタ」のＴＴＬを使うのがふつうです（例：SN74LS38N）。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答頂き有難う御座いました。

お礼日時：2019/05/07 08:58

No.2 回答者： m-jiro 回答日時： 2019/04/26 16:33

IOHは電源電圧や周囲温度などにかかわらず最悪値として保証された値です。

すなわち「-0.4mAしか流れない」ではなく「動作条件にかかわらず-0.4mA以上流すことができる」ということです。（ここで言う動作条件とは電源電圧、周囲温度、入力電圧などがデータシートに書いてある範囲内であればどんな悪条件の組合わせであっても、という意味です。）
ですからデバイスによっては-2mAとかｰ5mA流れることもあるわけで、最悪値として保証されている値が-0.4mAと解釈してください。
これに関連する値としてVOHがあります。規定では「VOHが2.7Vの時に-0.4mA以上流すことができる」となっています。因ってVOHがもっと低いところまで許容すればIOHはもっと流すことができます。

ちょっと余計なこと（ご存知のご様子ですが）
TTLのソース電流を積極的に利用するのはお勧めしません。改めてメーカーのデータブックを見たのですがIOHについては絶対最大定格は規定されていないものの、推奨最大値は-0.4mAになっています。つまり-0.4mA流すな、ということです。実際ソース側の電圧降下は大きいのでチップが熱を持ちます。なるべくシンク電流で使うようにしましょう。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答頂き有難う御座いました。
流れないのではなく流してはいけないと言う事、理解しました。

お礼日時：2019/05/07 08:57

No.1 回答者： 噛めんサイダー 回答日時： 2019/04/26 12:47

IOHではなく、IOLで見てください。

負荷のLEDと電流制限抵抗器は出力と電源の間につなぎます。
H出力時に点灯させたければ、ドライブトランジスターなどを介さないと点きません。
この種の質問は回路図を示して聞くべきですよ。
IOHは、Output Current – High
IOLは、Output Current – Low
です。

この回答へのお礼

お忙しい中ご回答頂き有難う御座いました。

お礼日時：2019/05/07 08:55