【题目编号】MC1-0827
【题目】接收机前置放大器的主要作用是:
【答案】A
[A]降低接收机内部噪声的影响
[B]提高接收机最终的音频输出功率电平
[C]提高接收机音频输出的保真度
[D]提高接收机的动态范围
考点速览
接收机前置放大器装在接收天线与混频器之间,通常是一只低噪声放大器(LNA,Low Noise Amplifier)。这题问它的主要作用,四个选项分别落到内部噪声、音频输出功率、音频保真度、动态范围上。判据是:前置放大器改善的是信号进入后级之前的信噪比,也就是把整机噪声系数压下来,与音频末级和动态范围并不在同一个环节。
噪声系数与弗里斯公式
接收机内部每一级电路都会给信号叠加自身噪声。衡量这种恶化程度的量叫噪声系数(noise figure),用输入信噪比与输出信噪比之比表示,取对数后单位是分贝。多级级联电路的噪声系数由弗里斯公式(Friis formula)给出:整机噪声系数等于第一级噪声系数,加上第二级噪声系数减一之后再除以第一级增益,再加上后续各级的类似项。
公式的结构决定了第一级最关键。它的噪声系数直接计入总和,后面各级的贡献都被前面级的增益除小了。把噪声系数低、又有增益的放大器放在最前面,正是压住整机噪声系数的标准手段。这也是为什么前置放大器又叫低噪声放大器——重点不只是放大,更是“放大得足够干净”。举个数量级的例子:第一级噪声系数一分贝、增益二十分贝,那么第二级即使噪声系数高达十分贝,折算到整机也只剩约零点一分贝的贡献;反过来若第一级就有一分贝损耗,这点损耗会原样加到整机噪声系数上,所以要尽量避免在天线与第一级之间有插损。
前置放大器怎样改善信噪比
天线送来的微弱信号功率可能只有皮瓦量级,混频器与中频放大器自身的热噪声与器件噪声跟它相当甚至更大。信号先经前置放大器放大约十几到二十几分贝,进入后级时电平已经明显高于后级要叠加的噪声,后级噪声对信噪比的破坏被按增益的倒数缩小。前提是前置放大器自身的噪声系数足够低,否则公式里的第一项就很大,其他项的缩小也救不回来。所以低噪声放大器与天线、与第一级之间的位置很讲究,馈线损耗要尽量小,馈线越长越应该把放大器放到天线端。
逐项辨析
选项 A 正确:前置放大器把来自天线的微弱信号先行放大,使其电平高于后级电路产生的噪声,从而压低整机噪声系数,减小接收机内部噪声对接收质量的影响,这是它存在的首要理由。
选项 B 错误:送到扬声器的音频功率由末级音频放大电路与扬声器决定。前置放大器工作在射频前端,对音频功率没有贡献,两者在信号链上相隔混频、中频、解调、音频好几级。
选项 C 错误:音频保真度主要取决于解调器性能、音频滤波器与末级放大器的失真。前端放大器只影响信噪比,改变不了解调与音频电路引入的失真程度。
选项 D 错误:动态范围描述接收机同时处理强信号与弱信号而不失真的能力,主要受混频器、中频放大与自动增益控制电路制约。前端增益过高还会压缩动态范围,让强信号引起过载与互调,性能反而变差。
什么时候加前置放大器反而更糟
在城市或竞赛台这类强信号环境里,外部前置放大器容易把大量强信号一并放大,混频器进入非线性区,产生互调(intermodulation)产物,落到有用频率上形成听不见的干扰,此时在输入端加衰减器比加前置放大器更有用。判断是否需要前放,可以看一个简单现象:接上前放后底噪明显上升、弱信号却没变清楚,那就是增益过剩而选择性不足,应该改用衰减。
甚高频、特高频波段用天线端低噪声放大器收效明显,短波波段则要权衡:业界的常见经验是先把天线与馈线做好,再判断前端是否真的需要额外增益。接收机的互调指标与本地强信号环境,比单纯的前放增益更能决定实际听感。
应试要点
一句话:前置放大器的作用是压低整机噪声系数,让微弱信号不被后级噪声淹没。看到音频功率、音频保真度、动态范围三个方向,都不是它负责的环节;增益越高噪声系数越好的说法也要打问号,第一级的低噪声才是关键。