【题目编号】MC1-0877
【题目】制约现代无线电接收机灵敏度的主要因素是:
【答案】A
[A]机内噪声
[B]放大电路的增益
[C]放大电路的稳定性
[D]电源噪声
考点速览
这题问制约现代接收机灵敏度的主要因素,答案指向机内噪声,也就是设备自己产生的热噪声与器件噪声。干扰项给出放大电路的增益、稳定性和电源噪声,都是接收机设计里真实存在的考虑,但对灵敏度下限的作用完全不同。做题的关键是分清"锁住下限的量"与"影响使用的量"。
噪声底决定灵敏度的下限
灵敏度是接收微弱信号的能力,具体表现为:输入信号弱到一定程度,输出端的信噪比再也达不到判据要求,此时对应的输入电平就是灵敏度。决定这个点的不是我们能放多大,而是噪声有多大。室温下导体中自由电子的热运动产生热噪声,功率等于玻尔兹曼常数乘绝对温度乘带宽。这份噪声从天线上进来、从电阻上进来、从第一级晶体管的沟道里进来,与信号一起被放大。信号再弱,只要增益足够高,它依然能被放大到同样的电压幅度;可与它竞争的噪声也一样被放大,两者之比不变。功率信噪比是理想放大器的不变量——放大器对信号和噪声一视同仁,增益改变不了信噪比。所以增益堆得再高,也捞不出已经淹没在噪声里的信号,灵敏度的天花板由噪声底压着。
噪声都从哪里来
接收机内部的噪声源主要有几类:电阻等无源器件的热噪声,与绝对温度成正比;半导体器件的散粒噪声与闪烁噪声,与工作点、工艺和频率有关;混频器与放大器的非线性还会把噪声搬移过来。把它们的贡献统一折算到输入端,就是噪声系数。噪声系数每降低一分贝,灵敏度指标就往好里走一分贝,两者直接对应。这也说明了为什么微弱信号场景要挑低噪声系数的前端器件,并且尽量缩短天线到第一级放大器之间的馈线:馈线是有损的无源网络,它的噪声系数等于自身的损耗,插进去几分贝损耗,整机噪声系数就往坏里涨几分贝。
逐项辨析
选项 A 给出的机内噪声,正是热噪声与器件噪声的统称,也就是把灵敏度下限锁住的那一份噪声,与题干问的主要因素对得上,是正确项。
选项 B 说放大电路的增益。增益不足会让后级噪声的占比上升,也会让输出幅度不够,但多增加一级就能解决;而且理想放大器的增益不改变信噪比,所以增益不是制约灵敏度的量。
选项 C 说放大电路的稳定性。自激与寄生振荡确实会让接收机没法正常工作,但那属于"能不能用"的问题,用中和、屏蔽、负反馈和合理布线就能解决,不能因此说它决定了灵敏度能低到什么程度。
选项 D 说电源噪声。电源纹波和开关噪声会串进信号通道、抬高底噪,靠稳压、滤波与分开供电可以抑制。它本身就是机内噪声的一个具体来源;题干问的是主要因素,给出的答案是囊括了它的大项,所以 D 不是并列的主要答案。
机内噪声与外部噪声的边界
还要把机内噪声和外部噪声分开。天电噪声、宇宙噪声、城市电磁噪声与同频干扰都从天线进来,属于外部噪声,靠天线指向、滤波和屏蔽改善;机内噪声是设备自己产生的,只能靠器件选择与电路设计压制。灵敏度的理论下限由噪声底决定,而这个底是外部噪声与机内噪声之和。短波低段,外部噪声往往远高于机内噪声,机器的噪声系数做得再好也无济于事;到了甚高频与特高频,天空噪声很低,机内噪声就成了主角。低噪声前端在这两个波段特别值钱,原因就在这里。
应试要点
一句话:增益决定信号被放得多大,噪声决定信号能不能被听见。灵敏度的上限定死在噪声底上,"主要因素"选机内噪声。