什么是电平?

什么是电压、电流、电功率?无线电爱好者都十分清楚。而谈及“电平”能说清楚的人却不多。尽管人们经常遇到,书刊中亦多次谈起电路中的高电平、低电平、电平增益、电平衰减,就连电工必备的万用表上都有专测电平的方法和刻线,而且“dB”、“dBμ”、“dBm”的字样也常常可见。尽管如此,因“电平”本身概念抽象,更无恰当的比喻,故人们总是理解不清、记忆不深。笔者从业近40年,目前又从事电工电子教学工作,对上述现象感觉颇深。为此,对“电平”的概念进行了多方探寻,觅得一简捷。概括的定义并找到贴切的比喻,能加深理解,故欲旧题重谈。
      人们在初学“电”的时候,往往把抽象的电学概念用水的具体现象进行比喻。如水流比电流、水压似电压、水阻喻电阻。解释“电平”不妨如法炮制。我们说的“水平”,词典中解释与水平面平行、或在某方面达到一定高度,引申指事物在同等条件下的比较结论。如人们常说到张某工作很有水平、李某办事水平很差。这样的话都知其含义所在。即指“张某”与“李某”相比而言。故借“水平”来比喻“电平”能使人便于理解。
      什么是“电平”?“电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数,用“分贝”表示,记作“dB”。分别记作:10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。
      使用“dB”有两个好处:其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘,用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明,声音的分贝数增加或减少一倍,人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差100万倍,但人的感觉仅有60倍的差异,而100万倍恰是60dB。
### TTL电平与CMOS电平的概念及区别 TTL(Transistor-Transistor Logic)电平和CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)电平是两种常见的数字逻辑电平标准,广泛应用于集成电路中。以下是它们的基本概念、工作原理以及主要区别。 #### 1. 基本概念 TTL电平基于双极型晶体管技术,其核心思想是利用晶体管的开关特性来实现逻辑功能。在TTL系统中,通常规定+5V为逻辑“1”,0V为逻辑“0”[^3]。这种定义方式使得TTL成为早期计算机和电子设备中广泛使用的信号标准。 CMOS电平则基于互补金属氧化物半导体技术。与TTL不同,CMOS电路使用场效应晶体管(FET)作为基本元件,其电源电压范围更广,可以从几伏到几十伏不等,因此对电源的要求相对较低[^1]。 #### 2. 工作原理 - **TTL电平**:TTL电路通过调节基极电流控制晶体管的工作状态,从而实现逻辑门的功能。由于采用双极型晶体管,TTL电路具有较高的驱动能力,但功耗较大且速度相对较慢。 - **CMOS电平**:CMOS电路通过控制栅极电压来改变场效应晶体管的导通状态,从而实现逻辑运算。CMOS技术的优点在于低功耗和高速度,但由于其内部结构特点,驱动能力通常不如TTL电路[^2]。 #### 3. 主要区别 | 特性 | TTL电平 | CMOS电平 | |-------------------|----------------------------------|------------------------------------| | **电源电压范围** | 固定为+5V | 可变范围大,通常为3V~18V | | **逻辑高电平** | > 2.7V | > 3.6V | | **逻辑低电平** | < 0.8V | < 1.5V | | **功耗** | 较高 | 较低 | | **速度** | 较慢 | 较快 | | **驱动能力** | 较强 | 较弱 | | **兼容性** | 在一定条件下可以与CMOS兼容 | 需要注意高电平可能损坏TTL电路 | 需要注意的是,虽然TTL和CMOS电路在某些情况下可以互相兼容,但由于它们的电气特性和驱动能力存在差异,在实际应用中需谨慎处理。 ```python # 示例代码:简单的TTL与CMOS电平比较 def check_voltage(ttl_high, ttl_low, cmos_high, cmos_low): if ttl_high > 2.7 and ttl_low < 0.8: print("TTL电平符合要求") else: print("TTL电平不符合要求") if cmos_high > 3.6 and cmos_low < 1.5: print("CMOS电平符合要求") else: print("CMOS电平不符合要求") check_voltage(3.3, 0.4, 4.5, 0.2) ```
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