期末復(fù)習(xí)題目總結(jié)課件

1、光電技術(shù)綜合習(xí)題解答 一、選擇最適當(dāng)?shù)奶钊肜ㄌ?hào)中（只填寫其中之一的符號(hào)） 在光電倍增管中，產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（A）。A陰極B陽(yáng)極C二次發(fā)射極 D光窗 光電二極管的工作條件是（C ）。A加熱 B加正向偏壓C加反向偏壓D 零偏壓 在光電倍增管變換電路中，要想獲得理想的信噪比（壓低噪聲），較小的暗電流，適應(yīng)的靈敏度和較高的穩(wěn)定度，可以適當(dāng)?shù)兀?B）。 A增加末三級(jí)并聯(lián)電容的容量 B 降壓電源電壓 C減小末級(jí)倍增極與陽(yáng)極間的電壓 D增加陰極與第一倍增極間的電阻阻值 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開路 B自偏置 C零伏偏置 D反向偏置 硅光電池在（B

2、）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 輻射通量，光通量，發(fā)光強(qiáng)度，光照度的單位分別為（ A ）。(A)瓦特，流明，坎德拉，勒克司 (B) 瓦特，坎德拉，勒克司，流明(C)流明，瓦特，瓦特每球面度，瓦特每平方米 (D)流明，瓦特，勒克司，坎德拉 在入射光輻射下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（ C ）。(A)外光電效應(yīng) (B)光熱效應(yīng)(C)光電導(dǎo)效應(yīng) (D)光生伏特效應(yīng) 在光電倍增管變換電路中，要想獲得理想的信噪比（壓低噪聲），較小的暗電流，適應(yīng)的靈敏度和較高的穩(wěn)定度，可以適當(dāng)?shù)兀?B）。 A增加末三級(jí)并聯(lián)電容的容量 B 降壓電源電壓 C減小末級(jí)倍增極與陽(yáng)極間的電壓

3、 D增加陰極與第一倍增極間的電阻阻值 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開路 B自偏置 C零伏偏置 D反向偏置 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 二 填空題1 描述光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)化能力的是量子效率。2 任何物質(zhì)，只要溫度高于絕對(duì)零度，都具有發(fā)射輻射的能力。3 利用溫差熱效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器為熱電偶。4 熱釋電探測(cè)器只能適用于交變光信號(hào)的探測(cè)和局里溫度以下。5 CCD的基本功能為電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移。6 光電技術(shù)最基本的理論是光的波粒二象性。7 光伏器件有光伏工作模式和光導(dǎo)工作模式兩種工作模式。

4、三 簡(jiǎn)答題1光子探測(cè)器與熱探測(cè)器的區(qū)別。分別列舉三種以上常見光探測(cè)器以及熱探測(cè)器。2 輻射度量與光度量的區(qū)別是什么。一句話回答。3 光電發(fā)射器件與內(nèi)光電器件的區(qū)別。4 光電導(dǎo)器件與光生伏特器件的區(qū)別。5 光電系統(tǒng)一般都是圍繞光電探測(cè)器的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。由你目前的學(xué)習(xí)，回答光電探測(cè)器的性能參數(shù)有哪些。6 熱輻射探測(cè)器通常分哪兩個(gè)階段。補(bǔ)充：熱釋電探測(cè)器的原理 什么是塞貝克效應(yīng)什么是湯姆遜效應(yīng)熱敏電阻的分類以及應(yīng)用三 簡(jiǎn)答題7 光電倍增管由哪幾部分組成。補(bǔ)充：光電倍增管的短波限和長(zhǎng)波限分別由什么決定？電子光學(xué)系統(tǒng)的作用。光電倍增管的倍增極有哪幾種結(jié)構(gòu)？各有什么特點(diǎn)。光電倍增管的暗電流有哪些，陰極接

5、地或者陽(yáng)極接地哪種暗電流更小？8 寫出硅光電二極管的全電流方程，說明各項(xiàng)的物理意義。9 光生伏特器件有幾種偏置電路？補(bǔ)充：PIN光電二極管和雪崩光電二極管分別是為了提高光電二極管的什么性能參數(shù)？10 黑體的定義，簡(jiǎn)述一種黑體模型的制作方法。11 光調(diào)制的目的是什么？有哪些方法。 12 為什么光照度增加到一定強(qiáng)度以后，光電池的開路電壓不再隨光強(qiáng)增大13 光電系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成，簡(jiǎn)述每部分的作用。第一章第1題、在距離標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈2m遠(yuǎn)處放置一個(gè)照度計(jì)探頭，已知探頭的光敏面積為0.5 cm2，若照度計(jì)測(cè)得的最大照度為100(lx)，試求 1、 標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈在該方向的發(fā)光強(qiáng)度為多少？2、鎢絲燈所發(fā)出總的光

6、通量為多少？解：首先計(jì)算光電探頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈所張的立體角 再計(jì)算光電探頭所接收的光通量 v=EvS=1000.5 cm2=5.010-3(lm) 因而可以計(jì)算出燈在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度Iv Iv=v/=5.010-3/1.2510-5=400(cd) 標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈在整個(gè)球面空間各向同性發(fā)光，因此，燈所發(fā)出的光通量為 第一章第2題、某輸出功率為6mW的氦氖激光器，發(fā)出波長(zhǎng)為0.6328m的光束，均勻地投射到0.8cm2的白色屏幕上。已知屏幕的反射系數(shù)為0.96，設(shè)光速C= 3108m/s，普朗克常數(shù) h = 6.62610-34js ，氦氖激光的視見函數(shù)V(6328) = 0.268， 試求：（1）

7、幕的光照度為多少lx？ （2）幕的反射出射度為多少lx？ （3）幕每秒鐘接收多少個(gè)光子？解：先將氦氖激光器輸出單色輻射的輻射功率轉(zhuǎn)換為光通量v v=KmV()e=6830.268610-3=1.098(lm)白色屏幕上的光照度應(yīng)為 Ev=v/S=1.098/0.810-4=1.37104 (lx)幕的反射光照度為 Evr=r Ev=0.961.37104 =1.32104 (lx)幕每秒鐘接收的光子為 （個(gè)/秒）第一章第3題、今測(cè)得某液態(tài)金屬輻射體的光譜輻射峰值波長(zhǎng)m=0.7245m，試求該液態(tài)金屬的溫度T、峰值光譜輻射出射度Me，S，m和總輻射出射度Me各為多少？ 解：根據(jù)維恩位移定律，有

8、m=2898/T 因此得到液態(tài)金屬的溫度T為 T =2898/0.7245 =4000(K) 再根據(jù)斯忑潘-波爾茲曼定律得到液態(tài)金屬的峰值光譜輻射出射度Me，S，m和總輻射出射度Me分別為 Me,s,m= 1.30910-18T5 = 1.34(Wcm-2nm-1) Me=T4 = 5.6710-1240004 = 1.45103(W/cm2) 例題 例2-1 在如圖2-13所示的恒流偏置電路中，已知電源電壓為12V，Rb為820，Re為3.3k，三極管的放大倍率不小于80，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓為4 V，光照度為40lx時(shí)輸出電壓為6V，80 lx時(shí)為8V。（設(shè)光敏電阻在30到100lx之間的

9、值不變） 試求：（1）輸出電壓為7伏的照度為多少勒克司？（2）該電路的電壓靈敏度（V/ lx）。 解 根據(jù)已知條件，流過穩(wěn)壓管DW的電流滿足穩(wěn)壓二極管的工作條件 （1）根據(jù)題目給的條件，可得到不同光照下光敏電阻的阻值 將Re1與Re2值代入值計(jì)算公式，得到光照度在4080lx之間的值 輸出為7V時(shí)光敏電阻的阻值應(yīng)為 此時(shí)的光照度可由值計(jì)算公式獲得 E3=54.45（lx） （2）電路的電壓靈敏度SV 例2-2 在如圖2-14所示的恒壓偏置電路中，已知DW為2CW12型穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓值為6V，設(shè)Rb=1k，RC=510, 三極管的電流放大倍率不小于80，電源電壓Ubb=12V，當(dāng)CdS光

10、敏電阻光敏面上的照度為150lx時(shí)恒壓偏置電路的輸出電壓為10V,照度為450lx時(shí)輸出電壓為8V,試計(jì)算輸出電壓為9V時(shí)的照度（設(shè)光敏電阻在100500lx間的值不變）為多少lx？ 照度到500lx時(shí)的輸出電壓為多少？ 解 分析電路可知，流過穩(wěn)壓二極管的電流滿足2CW12的穩(wěn)定工作條件，三極管的基極被穩(wěn)定在6V。 設(shè)光照度為150lx時(shí)的輸出電流為I1，與光敏電阻的阻值R1，則 同樣,照度為300lx時(shí)流過光敏電阻的電流I2與電阻R2為R2=680 由于光敏電阻在500到100lx間的值不變，因此該光敏電阻的值應(yīng)為 當(dāng)輸出電壓為9V時(shí)，設(shè)流過光敏電阻的電流為I3，阻值為R3，則 R3=900

11、 代入值的計(jì)算公式便可以計(jì)算出輸出電壓為9V時(shí)的入射照度E3E3=196(lx) 由值的計(jì)算公式可以找到500lx時(shí)的阻值R4及三極管的輸出電流I4為 R4=214 I4=24.7(mA)而此時(shí)的輸出電壓UO為 UO=UbbI4R4=6.7(V)即，在500lx的照度下恒壓偏置電路的輸出電壓為6.7V。 例2-3 、在如圖所示的電路中，已知Re=3.3k，UW=4V，Ubb=12V；光敏電阻為RP，當(dāng)光照度為30lx時(shí)輸出電壓為6V，80 lx時(shí)為9V。（設(shè)該光敏電阻在30到100lx之間的值不變） 第2章 光敏電阻 試求： 輸出電壓為8V時(shí)的照度為多少lx ？ 解：首先看穩(wěn)壓二極管是否工作在

12、穩(wěn)壓狀態(tài)，DWRRRUUbbbe0穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓區(qū)； 再求流過恒流偏置的光敏電阻的電流Ip, Ip =Ie=(Uw Ube)/Re =1(mA)計(jì)算在不同照度下光敏電阻的阻值光照度為30lx時(shí), R1=(UbbUo1)/ Ip=6( k);光照度為80lx時(shí), R2=(Ubb Uo2)/ Ip=3( k);光照度為E3時(shí), R3=(Ubb Uo3)/ Ip=4( k);由于且，光敏電阻在30到100lx之間的值不變 lgE3=( lg3- lg4)/0.7+lg80=1.7246 E3=53（lx） 第三章 光電子發(fā)射探測(cè)器例3-1 設(shè)入射到PMT上的最大光通量為v=1210-6lm左右

13、，陽(yáng)極電阻Ra=82k，當(dāng)采用GDB-235型倍增管為光電探測(cè)器，已知它的倍增級(jí)數(shù)為8級(jí)，陰極為SbCs材料，倍增極也為SbCs材料，SK=40A/lm，若要求入射光通量在610-6lm時(shí)的輸出電壓幅度不低于0.2V，試設(shè)計(jì)該P(yáng)MT的變換電路。若供電電壓的穩(wěn)定度只能做到0.01%，試問該P(yáng)MT變換電路輸出信號(hào)的穩(wěn)定度最高能達(dá)到多少？解 (1) 首先計(jì)算供電電源的電壓根據(jù)題目對(duì)輸出電壓幅度的要求和PMT的噪聲特性，陽(yáng)極電流應(yīng)不小于Iamin，因此 Iamin=UO/Ra=0.2V /82 k=2.439A入射光通量為0.610-6lm時(shí)的陰極電流為 IK= SKv=4010-60.610-6=2

14、410-6A此時(shí)，PMT的增益G應(yīng)為 由于 ，N=8，因此，每一級(jí)的增益=4.227，另外，SbCs倍增極材料的增益與極間電壓UDD有， ，可以計(jì)算出=4.227時(shí)的極間電壓UDD 總電源電壓Ubb為 Ubb=（N+1.5）UDD=741V (2) 計(jì)算偏置電路電阻鏈的阻值設(shè)流過電阻鏈的電流為IRi，流過陽(yáng)極電阻Ra的最大電流為Iam=GSKvm=1.021054010-61210-6=48.96A取IRi10 Iam，則 IRi=500A因此，電阻鏈的阻值Ri= UDD/ IRi=156k 取Ri=120 k，R1=1.5Ri=180 k。(3) 計(jì)算偏置根據(jù)式（4-35）輸出信號(hào)電壓的穩(wěn)定

15、度最高為 例3-2 某種光電發(fā)射材料的光電發(fā)射長(zhǎng)波限為680nm,試求該光電發(fā)射材料的光電發(fā)射閾值解 由光電發(fā)射長(zhǎng)波限為則即該光電發(fā)射材料的光電發(fā)射域值為1.82電子伏特。 光電倍增管GDB44F的陰極光照靈敏度為0.5A/lm，陽(yáng)極靈敏度為50A/lm，要求長(zhǎng)期使用時(shí)陽(yáng)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(yáng)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) ,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%時(shí)，求高壓電源電壓的穩(wěn)定度。 解 (1)例3-3(2)最大的輸出電壓(3)CsSb倍增極材料的增益與極間

16、電壓UDD有N=12，每一級(jí)的增益=4.642(2)最大的輸出電壓(3)CsSb倍增極材料的增益與極間電壓UDD有N=12，每一級(jí)的增益=4.642總電源電壓Ucc為 Ucc=（N+1.5）UDD=1201.5V (4) 輸出信號(hào)電壓的穩(wěn)定度最高為 第五章 光生伏特器件例5-1 已知某光電三極管的伏安特性曲線如圖3-42所示。當(dāng)入射光通量為正弦調(diào)制量v,=55 +40sint lm時(shí)，今要得到5V的輸出電壓，試設(shè)計(jì)該光電三極管的變換電路，并畫出輸入輸出的波形圖，分析輸入與輸出信號(hào)間的相位關(guān)系。 解 : 首先根據(jù)題目的要求，找到入射光通量的最大值與最小值 max=55+40=95 lm min=

17、5540=15 lm在特性曲線中畫出光通量的變化波形，補(bǔ)充必要的特性曲線。 再根據(jù)題目對(duì)輸出信號(hào)電壓的要求，確定光電三極管集電極電壓的變化范圍，本題要求輸出5V，指的是有效值，集電極電壓變化范圍應(yīng)為雙峰值。即 Uce=2U14V 根據(jù)偏置電路可知，入射為最大時(shí)輸出電壓應(yīng)最小，但不能進(jìn)入飽和區(qū)。為此，在特性曲線的“拐點(diǎn)”右側(cè)找一點(diǎn)“A”并做垂線交橫軸于“C”點(diǎn)，從“C” 向右量14V，找“D”點(diǎn)。由“D”做垂線交入射為最小的特性曲線與“B”。通過“A”、 “B”做直線，此線即為負(fù)載線。由負(fù)載線可以得到負(fù)載電阻RL和電源電壓Ubb。 顯然， “C”點(diǎn)電壓為3.7V ， “D”點(diǎn)電壓為17.7V 。電源電壓Ubb 近似為19V，取標(biāo)稱電壓20V。 電源電壓Ubb取標(biāo)稱電壓20V后可以適當(dāng)?shù)匦拚?fù)載線。例5-2 在7-6圖所示的光電變換電路中，Ubb=12V，已知3DU2的電流靈敏度SI=0.15mA/lx，RL=51k，三極管9014的電流放大倍率=120；（1）若要求該光電變換電路在照度變化為200 lx的范圍時(shí)，輸