Chương 4 Các bộ khuếch đại cao tần có tạp âm nhỏ
1. Tính chất của các hệ phân tử
Ta đã biết mọi vật chất đều đ−ợc cấu thành từ các hạt, mà cụ thể nhất là các phần tử. Các hạt này luôn nằm trong mạng liên kết với nhau, nên chuyển động của chúng không thể là hoàn toàn bất kì và ngẫu nhiên về mọi tham số : tốc độ, mô men, năng l−ợng. Mỗi hạt vật chất trong mạng liên kết chỉ có một số giá trị
động năng nhất định, gọi là những mức năng l−ợng. Nói cách khác, nội năng của các hạt đều đ−ợc l−ợng tử hoá và chúng chỉ nằm ở một mức năng l−ợng nào đó trong số những mức năng l
4 - 27).
N1
N2
N W1
W2
W3
W
H×nh 4 - 27
Song các hạt không phải luôn nằm ở mức năng l−ợng nhất định, mà có thể chuyển từ mức này san mg ức khác khi bị tác động bên ngoài.
ì nó lại bức xạ một
l−ợng ênh lệch hai mức năng l−ợng ấy, cho môi
tr−ờng bên ngoài.
Các quá trình hấp thụ và bức xạ này, nếu không do một nguyên nhân có
điều khiển nào đó (thí dụ không do một nguồn năng l−ợng nhất định) thì sẽ là các quá t
(4.62) Trong đó : h - là hằng số Plank ( erg.gy hay 6,62.10-34 j.gy).
ật hàm mũ của Bolzman (hình 4 - 28).
Khi hạt chuyển từ một mức thấp (thí dụ w1) lên mức cao hơn (thí dụ w2) thì
nó đã hấp thụ đ−ợc một l−ợng tử nhất định của ngoại lực (nhiệt năng, cơ năng hay năng l−ợng điện từ tr−ờng…). Đây là quá trình hấp thụ cộng h−ởng.
Còn khi nó chuyển mức ng−ợc lại từ cao xuống thấp th tử nhất định, tương ứng với độ ch
rình ngẫu nhiên hỗn loạn và gây nên sự bức xạ năng l−ợng tạp âm do các l−ợng tử khác nhau tạo thành.
Các l−ợng tử này tuân theo điều kiện Bor, sẽ phụ thuộc vào tần số của dao
động điện từ trường hấp thụ hoặc bức xạ. Thí dụ : ứng với độ chênh lệch hai mức năng l−ợng w1 và w2 thì l−ợng tử phụ thuộc vào tần số f12.
12 1 2
12 W W hf
W = − =
Một tính chất nữa của các hạt vật chất chúng luôn có xu h−ớng chiếm mức năng l−ợng thấp nhất. Cho nên khi không có một ngoại lực nào tác dụng, chúng sẽ ở một trạng thái cân bằng động nhất định, và phân bố số hạt N theo mức năng l−ợng sẽ tuân theo qui lu
10 27
. 62 ,
6 −
kT
hf kT
W kT
W W
e e
N e
N 2 1 12 12
1
2 − − −∆ −
=
=
= (4.63) Trong đó: k - là hằng số Bolzman (1,38.10-23 j/độ);
T- là nhiệt độ tuyệt đối (Kenvin) của vật chất.
Từ những tính chất trên ta có thể rút ra một số nhận xét sau:
Khi nhiệt độ của hệ phân tử càng thấp thì đường cong càng dốc và càng có nhiều hạt nằm ở mức năng l−ợng nhỏ.
Việc kích thích hạt chuyển mức năng l−ợng phụ thuộc chủ yếu vào tần số của dao động điện từ tác động lên vật chất, chứ không phải là năng l−ợng của tr−êng lín hay nhá.
Khi kích thích đúng tần số ứng với một mức năng l−ợng nào đó thì mức đó sẽ có nhiều hạt hơn so với số hạt cần có theo qui luật Bolzman. Khi ngừng kích thích các hạt d
t−ơng ứng với b−ớc nhảy năng l−ợng.
thái. Thời gian này phụ thuộc vào bản thân vật chất và tăng lên khi nhiệt
cã tÇ
− ấy sẽ dần dần nhảy về mức năng l−ợng thấp ban đầu và phát ra các l−ợng tử có b−ớc sóng
Thời gian để hạt về trạng thái cũ gọi là thời gian tích thoát hay thời gian chuyển trạng
độ giảm xuống.
Nh− ta đã nêu trên, nếu khi nhảy về mức năng l−ợng thấp hơn mà không có tr−ờng nào tác dụng thì các l−ợng tử thoát ra sẽ b−ớc xạ hỗn loạn và sinh ra tạp
âm nhiệt trong vật chất. Nhưng nếu lúc này ta tác động một trường điện từ nào đó n số phù hợp với b−ớc nhảy năng l−ợng về thì các l−ợng tử thoát ra sẽ không còn là hỗn loạn nữa. chúng sẽ tương can (đồng pha) với trường điện từ này và trao cho tr−ờng toàn bộ năng l−ợng của các l−ợng tử. Tr−ờng điện từ sẽ đ−ợc khuếch
đại lên có thể tới hàng trăm lần. Đó là hiện t−ợng bức xạ cảm ứng hay bức xạ c−ỡng bức.
H×nh 4 - 28