光電檢測技術(shù)作業(yè)答案

1、光電檢測技術(shù)作業(yè)答案光電檢測技術(shù)作業(yè)21 .設(shè)某只CdS光敏電阻的最大功耗為30mWfc電導(dǎo)靈敏度Sg=0.5XI0-6S/lx，暗電導(dǎo)go=0。試求當(dāng)CdS光敏電阻上的偏置電壓為20V時(shí)的極限照度。解：由式(2-1)得=1501X最大照度E=(2)2=(77、)'=225001X最小照度2 .在如圖所示的照明燈控制電路中，將上題所給的CdS光敏電阻用作光電傳感器，若已知繼電器繞組的電阻為5K,繼電器的吸合電流為2mA,電阻R1Ko求為使繼電器吸合所需要的照度。要使繼電器在3lx時(shí)吸合，問應(yīng)如何調(diào)整電阻器R?蟀：在照明控制電路中，入射輻射很強(qiáng)E.5,光敏電目分玉uc-220-0,002

2、*(1)*1000-208V由二$產(chǎn)得,E=369.8h在光照度在3k時(shí)，入射箱射空弱，-1.由"=上二22J(002*(5+R)*1000,推出SEyR-S20n,故應(yīng)得R宜洱到&NQt3.在如圖所示的電路中，已知R820,R3.3k,UW4V,光敏電阻為Rp,當(dāng)光照度為40lx時(shí)輸出電壓為6V,80lx時(shí)為9V。設(shè)該光敏電阻在30100lx之間的值不變。試求：(1)輸出電壓為8V時(shí)的照度。(2)若R增加到6k，輸出電壓仍然為8V,求此時(shí)的照度。(3)若光敏面上的照度為70lx,求Re3.3k與Re6k時(shí)輸出的電壓。(4) 求該電路在輸出電壓為8V時(shí)的電壓靈敏度。p=t+C

3、v7°7 二二n&'1答：根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過穩(wěn)壓管的電流QU»8209.8mA滿足穩(wěn)壓管的工作條件(1)當(dāng)Uw=4V時(shí)，1°=UU*4o.73.3*10'=lmA存輸出電壓為6伏時(shí)電阻R1=6KV,輸出電壓為9伏時(shí)電阻Rr3KC,故尸IgElgE,=1;輸出電壓為8V時(shí)，九敏電阻的阻值為Rr=2解得E-60lx（2）與（1）類似,得到E=341x（一個(gè)E對應(yīng)一個(gè)R）(3)當(dāng)R0=3.3KV時(shí)，Ie=lmA,r=l,RP=6KVM?Rp=34KVU。二UbIR8.6V；當(dāng)R=6KV時(shí)，I=O,55mA,U=Ubb-IR=10.13V

4、up®F0'uorvp電路的電壓靈敏度s,喑二舄.VM4.影響光生伏特器件頻率響應(yīng)特性的主要因素有哪些？為什么PN結(jié)型硅光電二極管的最高工作頻率小于等于107Hz?影響光生伏特.密件頻率響質(zhì)的主要因素有r點(diǎn)eCD在咫結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生截流子渡越結(jié)區(qū)的時(shí)間"r即需移時(shí)間；(2)在PN結(jié)區(qū)外產(chǎn)生的先生載流子擴(kuò)散到PN結(jié)區(qū)內(nèi)所需的時(shí)間即寸徽時(shí)間：(3)由PY結(jié)也容、管芯電阻風(fēng)及仇載電阻網(wǎng)構(gòu)成的RC延遲忖間口。.對于站型璉光山二極管，兒生就流了的“散時(shí)間q是限制硅光電二極管頻率響應(yīng)的主要因累，由于光生戟流子的獷散運(yùn)動(dòng)很慢，因此擴(kuò)散時(shí)間。很長，約為100ns,則其最高工作贖率f

5、=J_£10"Hz5為什么在光照度增大到一定程度后，硅光電池的開路電壓不再隨入射照度的增大而增大？硅光電池的最大開路電壓為多少？為什么硅光電池的有載輸出電壓總小于相同照度下的開路電壓？答：答：當(dāng)光照強(qiáng)度增大到某個(gè)特定值時(shí)，硅光電池的pn結(jié)產(chǎn)生的先生我流數(shù)達(dá)到了最大位，即出現(xiàn)飽和，再增大光照屈度，其開路電壓不再隨之增大.硅光電池的開路電壓表達(dá)式為口標(biāo)=旦加(?十1)*將八二3a一尸)叱j代入qInhudUn的表達(dá)式并求關(guān)于的階導(dǎo)數(shù)，令高-=。,求得最大開路電壓。山幽迎于輸出電壓也三九4=%-匕"-D%即包含了擴(kuò)散電流后。和暗電流。的影響，使得硅光電池的有載輸出電壓總

6、小于開路電壓U儀口6硅光電池的內(nèi)阻與哪些因素有關(guān)？在什么條件下硅光電池的輸出功率最大？答：(1)極電容，用接電阻，用接電阻越小越好。(2)顯然，存在著最佳負(fù)載電阻Ropt,在最佳負(fù)載電阻情況下負(fù)載可以獲得最大的輸出功率Pmax7光生伏特器件有幾種偏置電路？各有什么特點(diǎn)？答；光生伏特器件有以卜幾種偏置電路；(1)自偏置電路.特點(diǎn)是光生伏特器件在自偏置電路中具右輸出功率,且當(dāng)負(fù)載電阻為最佳負(fù)載電阻時(shí)具仃最大輸出功率JC缺點(diǎn)在于輸出電流或輸出電壓與入射輻射間的線性關(guān)系很差，在實(shí)際測量電路中很少應(yīng)用.反向偏置電路u光生伏特器件在反向偏置狀態(tài)，PN結(jié)勢皇區(qū)加蜜，有利于先生我流了的源移運(yùn)動(dòng)，使光生伏特器件

7、的線性范圍和光電變換的動(dòng)態(tài)范圍加寬，被廣泛應(yīng)用于大抵用的線性光電檢測與光電變換中.(3)零伏偏置電珞.光生伏特器件在零伏偏置3輸出的短路電流八七與入射輻射量成線性變化關(guān)系.因此，零伏偏置電路是理想的電流放大電路，適合于對撇弱輻射信號(hào)的檢測.8 .選擇最適當(dāng)?shù)拇鸢柑钊肜ㄌ?hào)中(只有一個(gè)答案正確)(1)用光電法測量某高速轉(zhuǎn)軸(15000r/min)的轉(zhuǎn)速時(shí)，最好選用(D)為光電接收器件。APMTBCdS光敏電阻C2CR42硅光電池D3DU型光電三極管(2)若要檢測脈寬為107s的光脈沖，應(yīng)選用(A)為光電變換器件。APIN型光電二極管B3DU型光電三極管CPN結(jié)型光電二極管D2CRi硅光電池(3)

8、硅光電池在(D)偏置時(shí)，其光電流與入射輻射通量有良好的線性關(guān)系，且動(dòng)態(tài)范圍較大。A恒流B自偏置C零伏偏置D反向偏置(4)硅光電池在(B)情況下有最大的功率輸出。A開路B自偏置C零伏偏置D反向偏置9 .假設(shè)調(diào)制波是頻率為500Hz,振幅為5V,初相位為0的正弦波，載波頻率為10kHz,振幅為50V,求調(diào)幅波的表達(dá)式、帶寬及調(diào)制度。左陪謫曲丸W(川I點(diǎn).表達(dá)式網(wǎng)，)=弧+1+磯爐。)耽sin3=網(wǎng)-bSxI+mV(/)Jsin500/調(diào)制度陋=虹=-=0,9以5。帶寬&=2心A=(10-0.5),丁押=(10十05吊/反則B審=1KH*10 .利用2CU22光電二極管和3DG40三極管構(gòu)成

9、如下圖所示的探測電路。已知光電二極管的電流靈敏度Si=0.4A/W,其暗電流Id=0.2A,三極管3DG40的電流放大倍數(shù)=50,最高入射輻射功率為400W時(shí)的拐點(diǎn)電壓UZ=1.0Vo求入射輻射功率最大時(shí)，電阻Re的值與輸出信號(hào)Uo的幅值。入射輻射變化50W時(shí)的輸出電壓變換量為多少？利用2CU22光電二極管和3DG40三極管構(gòu)成如圖Tvbb、Z2CU2L3DG40X3-46所示的探測電路。已知光電二極管的電流靈敏度G0.4A/W,其暗電流ID0.2A,三極管3DG40的電流放大倍數(shù)50,最高入射輻射功率為400W寸的拐點(diǎn)電壓UZ1.0Vo求入射輻射功率最大時(shí)，電阻Re的值與輸出信號(hào)10的幅值。

10、入射輻射變化50W時(shí)的輸出電壓變換量為多少？解：由題意，當(dāng)最高入射輻射功率為400uW時(shí)，拐點(diǎn)電壓為L0V,則由乙二中得乙=400x0.4=I60i«A>/,=/r=160-0.2=159.8uAtrL£JrLrUU由力=(1+13)1b-51x159,8M=8J5wl4XUUiJh-U.-t/v=12-1-0.7=10.3V則K=5=-=L264KQ=1260£lIe(4.15=04x5020«/4從而M=(1+BW=51x20=10203=L02mA所以有輸出電壓的變化R為=1.02x1260=1.285V11 .真空光電倍增管的倍增極有哪幾種

11、結(jié)構(gòu)？各有什么特點(diǎn)？笞；光電倍增管的倍姆板根據(jù)電子軌跡的附式可以分為聚焦型和非聚焦型兩種。它們的主要區(qū)別是I型焦型的也干從前一倍增極飛向后一級(jí)時(shí).可能發(fā)生電子束的交霓；非案真型形成的電場只能使蟲子加速，而電子由軌跡的是平行的口聚焦型又可分為直瓦片型和圓瓦片型商種，非聚焦型分為百葉窗式和直柵式兩種.12何謂光電倍增管的增益特性？光電倍增管各倍增極的發(fā)射系數(shù)3與哪些因素有關(guān)？最主要的因素是什么？答：電流放大倍數(shù)表征光電倍增甘的求益特性，它不但與倍地極忖*1的一次發(fā)射系數(shù)6有關(guān),血旦與光電倍增管的級(jí)數(shù)N有關(guān)：光電倍增管的備倍增極的發(fā)射系數(shù)64次電子的加速電壓倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。在幾十幾百伏范圍時(shí)

12、，5=3；.其中C是常數(shù)，上與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)“最主要的因素是一次電子的加速電壓“陷氐吊!源野管產(chǎn)生暗電流的原因有哪些？如何答：產(chǎn)生暗電流的原因主要有1歐姆漏電熱發(fā)射坡余氣體放電場致發(fā)射破理口殼放電和玻璃熒光降低暗電流的&主要有：直流撲卷選頻和鈍相放大冷卻光電倍增管漕加電磁圻版采用磁場把未被照射的光電阻極邊叫暗電流的電子散射掉14 .怎樣理解光電倍增管的陰極靈敏度和陽極靈敏度？二者的區(qū)別是什么？二者有什么關(guān)系？答：光電信博管陰極出流與入射光譜軸射刖星之比稱為羽板靈敏度，陽極電流與入刖光唔輸射道吊之比稱為陽極滅敏度.陰極靈坡度表征了光電倍增管陰極材料的一次發(fā)射能力，而光電倍增管的陽

13、極靈敏度則反應(yīng)r倍增極忖料的二次電了發(fā)射能力.15 .光電倍增管GDB44F的陰極光照靈敏度為0.5從A/lm,陽極靈敏度為50A/lm,要求長期使用時(shí)陽極允許電流限制在2A以內(nèi)。求：(1)陰極面上允許的最大光通量。(2)當(dāng)陽極電阻為75K?時(shí)，最大的輸出電壓。(3)若已知該光電倍增管為12級(jí)的CsSb倍增極，其倍增系數(shù)0.2(Ud/,實(shí)計(jì)算它的供電電壓。(4)當(dāng)要求輸出信號(hào)的穩(wěn)定度為1州寸，求高壓電源電壓的穩(wěn)定度。=2x105()四U二田。小麻(2)Uq*、=J.x*&-2乂1CT、父755d0、=0JI5V(J)對干Cs赤卜倍增極材科有崢驗(yàn)公式；臬50凡一Ex。'=lx|O

14、B。一5"6=442S=0.2(U)°'總電源電壓為%=(川41§。加=12OL5y空兇=1%AUML,f4)=n-U心=0.0X3%16.為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在PN結(jié)的P后?這與電子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？|答：對fPN結(jié)注入發(fā)光的發(fā)九二極管,當(dāng)PN結(jié)處于平衡位時(shí)時(shí)，存在一定的駐卒區(qū)。當(dāng)加正向偏壓時(shí)PN結(jié)區(qū)勢皇降低，從獷散區(qū)注入的大量非平衡載流了不斷地復(fù)合發(fā)九，并主要發(fā)生在P區(qū)口這是閃為發(fā)光二極管在正向電壓的作用下.電子與空穴做相對運(yùn)動(dòng)，即電子由N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng),而空穴向'區(qū)運(yùn)動(dòng)JU由于電子的遷移率從比空穴的遷移濡小高20倍左右.電子限快從N區(qū)

15、遷移到P區(qū)，因血兔合發(fā)光主要發(fā)生在PbC17為什么發(fā)光二極管必須在正向電壓下才能發(fā)心反向偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？答：由于LED的發(fā)光機(jī)理是非平衡截流于即電子與空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光，因此要求有非平衡我流子的相對運(yùn)動(dòng)，使電子由N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，而空穴由P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。在不加偏加或加反向偏壓的情況下，P、結(jié)內(nèi)部的漂移運(yùn)動(dòng)占主要優(yōu)勢，而這種少于運(yùn)動(dòng)的結(jié)梁是電子與空穴的復(fù)合幾率小，而且表現(xiàn)在數(shù)量上也是很推弱的，不足以使LED發(fā)光，因此，要使LED發(fā)光，必須加正向偏壓，18 .產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是什么？粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的條件是什么？為什么LD必須有諧振腔？若:產(chǎn)生檄光的二個(gè)必要條件是：（I）必須相

16、處于低能態(tài)的電廣激發(fā)或泉浦到較商能態(tài)L去.為此需要泉浦源：（2）饕有大量的粒r數(shù)反轉(zhuǎn),使受激強(qiáng)射足以口服損耗：（3行個(gè)博振曾為出射無子提供正反饅及高的增益，用以維持受激福射的持續(xù)振蕩0睿：要使激光T作物質(zhì)的受撤輻射占主導(dǎo)地位.就必須從外部給T作物歷提供能量，如光激的或正向PN結(jié)注入等，使處于激發(fā)態(tài)的我流了數(shù)遠(yuǎn)大丁姓于基志的截流了數(shù)，山就是把我流了的正常分布倒轉(zhuǎn)過來,稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn).這也是產(chǎn)生激光的三個(gè)條件中之*要有泵浦源.在激光工作物質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后盡管增益有所提高，怛還不比以使其產(chǎn)生激光,為使發(fā)射光束只有激光的特點(diǎn)，還必須使我產(chǎn)生“振濤”以形成謔振"諧振腔的作用正在于此.當(dāng)腳內(nèi)的增蹺遠(yuǎn)超過損耗時(shí),便卻使光波產(chǎn)牛諧掇”19 .半導(dǎo)體激光器有什么特點(diǎn)？LD與LED發(fā)光機(jī)理的根本區(qū)別是什么？為什么LD光的相干性要好于LED光？答；半導(dǎo)體激光器體枳小，重量輕，效率高，壽命長.用川米用簡單的注入電流的方式來象浦,，作電壓和電流與集成電路兼容.閃而可以與之單片集成.井口.還可用高達(dá)GHr的蜿幸直接進(jìn)行電