【题目编号】MC1-0885
【题目】不产生任何内部噪声的理想放大器或接收机的噪声系数 Fn、噪声指数 NF 和噪声温度 Te 分别为:
【答案】A
[A]1,0dB,0°K
[B]0,0dB,-273°K
[C]0,1dB,17°K
[D]0,0dB,-275°K
考点速览
题干给的是极限情形:一个不产生任何内部噪声的理想放大器或接收机。问它在噪声系数、噪声指数、等效噪声温度三个指标上各取什么值。这道题把上一类换算关系用来确定理论下限,记住下限值,也就能一眼排除所有含负温度的选项。
理想器件的三个值
噪声系数是输入端信噪比与输出端信噪比之比。理想器件只放大、不添噪,输出端信噪比与输入端完全相同,比值为一,所以噪声系数等于一。噪声指数是它的对数形式,取常用对数后为零,也就是零分贝。等效噪声温度由系数减一再乘标准噪声温度给出,以二百九十开尔文为标准噪声温度,代入得零开尔文。三个数合起来就是一、零分贝、零开尔文,整条接收链一点额外噪声都不贡献。
这三个值也可以互推:系数一对应零分贝,也对应零开尔文,三者是同一条下限的三种写法。工程上把它们当作参照系,任何实测值都是在这条下限之上的偏移,偏移越小说明该部件越接近理想。
为什么这是下限而不是可达值
现实中任何放大器都有热噪声与器件噪声,输出信噪比一定比输入信噪比差,噪声系数严格大于一,噪声指数严格大于零分贝,等效噪声温度严格大于零开尔文。理想值只能逼近不能达到,所以它是一把标尺:某个前端的噪声温度越接近零,就越接近理想。月面反射这类弱信号通信追求的正是把前端噪声温度压到最低,同时把天线指向冷天空以降低外部送进来的噪声。
顺带说清楚系数为什么不能小于一。噪声系数是两个信噪比之比:输入端信噪比是信号功率除以噪声功率,输出端信噪比同样如此,而输出端的噪声里必然包含输入端噪声被放大的那一份,还要加上器件自己添的噪声,分母只会变大、分子只按增益放大,比值因此只会变小。取倒数之后就不小于一。要让它小于一,等于要求器件凭空消除噪声,实际电路做不到。
逐项辨析
选项 A 正确:系数一、零分贝、零开尔文,三项互相自洽,正是理想无噪声器件应有的取值。它不是没有噪声这个概念,而是噪声的等效量取到最小值:系数取一、指数取零分贝、等效温度取绝对零度,三种说法指的是同一个极限。
选项 B 错误:把系数写成零。噪声系数是两个功率之比,恒不小于一,不可能为零;同一选项里的零分贝对应的其实是系数一,前后矛盾;负二百七十三开尔文也不是合法的绝对温度,绝对零度在开氏温标上写作零,摄氏写法才是负二百七十三点一五度。
选项 D 错误:犯了与选项 B 相同的两处错误,即系数为零、温度为负值,只是负温度数值换成了负二百七十五,同样没有物理意义,而且这两个负温度数值之间只差两度,属于命题人随手改数字造出的干扰。
选项 C 错误:系数为零违反比值不小于一的关系;一分贝与理想器件应有的零分贝不符;十七开尔文更与零开尔文相去甚远。
易混淆点:绝对零度的两种写法
绝对零度既可以写成零开尔文,也可以写成负二百七十三点一五摄氏度。这两个写法指的是同一个温度点,只是一个用开氏温标、一个用摄氏温标。干扰项里出现的负二百七十三开尔文、负二百七十五开尔文,正是把摄氏的零下数值硬塞进开氏温标造出来的错误答案。看到开氏温度带负号,不必计算,直接排除。
考试里围绕这三个值还有一类常见问法:给出实际器件,问哪些数值不可能出现。抓住三条边界就够了——系数不小于一、指数不小于零分贝、等效温度不小于零开尔文,凡越界的一律排除。反过来,只给出其中两项而另一项自相矛盾时,也要靠这条边界去判。
应试要点
理想无噪器件:系数一、零分贝、零开尔文。实际器件:系数大于一、指数大于零分贝、噪声温度大于零开尔文。噪声系数不会等于零或小于一,开氏温度不会为负。