(完整word版)光電檢測(cè)技術(shù)作業(yè)答案

1、光電檢測(cè)技術(shù)作業(yè)21.設(shè)某只CdS光敏電阻的最大功耗為30mW光電導(dǎo)靈敏度Sg=0.5X10-6S/lx,暗電導(dǎo)g0=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（Z1）-最大照度E=（缶1-=22500lx最小照度E=J二=-=150IkUSU2Ss2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R1K。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?.W：在照明控引電路中，入射輻射很強(qiáng)尸Q工光敏電阻分壓Uc=220-0.002*（1+5）31000=208

2、V由匚USEr得，王二（丄）2二369.Slx在光照度在31k時(shí)，入射輻射很弱,t-1,由匕-丄=2丄OOOM（5-R）51000.推出5ER=820Q,故應(yīng)將R值調(diào)至I820Q匚3在如圖所示的電路中，已知820,R3.3k,U4V,光bew敏電阻為R，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p阻在30100lx之間的值不變。試求：（1）輸出電壓為8V時(shí)的照度。若R增加到6k，輸出電壓仍然為8V，求此時(shí)的照度。e若光敏面上的照度為70lx，求R3.3k與Re（2）（3）壓。6k時(shí)輸出的電(4)求該電路在輸出電壓為8V時(shí)的電壓靈敏度。答：跟據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過穩(wěn)壓管

3、的電流5二;5二縣并g.gmA滿足穩(wěn)壓管的工作條件Rh820當(dāng)氏.二4皿“害-圭養(yǎng)才皿U-H由得輸出電壓為E伏時(shí)電阻R廣6K*輸出電壓為9伏時(shí)電阻B-2=3KQ,故r=lgR|lgR-1；/IgE：-1SE.輸出電壓為即吋，光敏電阻的阻值為r=Ub十u邨嘰代入“空匸業(yè)k1皿-斟與類仙得到E=341x個(gè)E對(duì)應(yīng)一個(gè)的當(dāng)Re=3JKV吋，1嚴(yán)1mA込RpMK訕解得Uo=UbK-leRt=8.6V；le=O.55mA,Uo-Ubb-IRIO,13V迫路的電圧靈敏度Sv=4-0J(V/Ik)rCL60-404.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

4、IO7Hz？笞：影響光生伏特器件頻率則應(yīng)的主要因素有匸心：在門結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)半的光空?qǐng)?bào)漩了渡越結(jié)區(qū)的時(shí):間即凜移時(shí)間：奮PN結(jié)區(qū)外產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散到PN結(jié)區(qū)內(nèi)所需的時(shí)間億即擴(kuò)散吋間；3)由PN結(jié)電容、管芯電匹風(fēng)及負(fù)栽電阻乩構(gòu)成的曲延遲時(shí)間J對(duì)于嚴(yán)站型硅光電隈管,州生載流了的擴(kuò)敷時(shí)河沖是限制駐光電：極管頻率響應(yīng)的上要因熱由亍光工報(bào)流于的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很慢，因此擴(kuò)散時(shí)問*很長(zhǎng)，約為L(zhǎng)OOns,則其誠(chéng)鳥工作頻率f=丄W7Hz05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

5、增大到某個(gè)特定值時(shí)，硅光電池的pw結(jié)產(chǎn)牛的光生載流子數(shù)達(dá)到了最大值；即出現(xiàn)飽和，再増大光照強(qiáng)度，其開路電壓不再隨之增大。硅光電池的丿路電壓表達(dá)式為UM=In41),將打=,(1-嚴(yán)妙*代入71dhudUn的表達(dá)式并求關(guān)丁的階導(dǎo)數(shù)，令=,求得最大開路電壓。山2二人max于輸出壯壓U.-ilrl=如-內(nèi)-呱、即包含了擴(kuò)散電流原和暗電流g的影響，使得硅光電池的打載輸出電壓總小丁開略電丿|衛(wèi)恥。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，串接電阻，串接電阻越小越好。(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Pmax

6、7光生伏特器件有幾種偏置電路？各有什么特點(diǎn)？答;光牛伏特器件仃以下幾種偏電路：（DH偏置電路.特點(diǎn)是光生伏特器件在H偏置電路中具冇輸血功率，且當(dāng)負(fù)載電阻為最佳負(fù)載電阻時(shí)具百鍛大輸出功率.其缺點(diǎn)在于輸出電流或輸出電壓占入射輜射間的線性關(guān)系很差，在實(shí)際測(cè)量電路中很少應(yīng)用反向偏置電路。光生伏特器件在反向偏置狀態(tài).pn結(jié)勢(shì)全區(qū)加寬.有利于光生載流r的漂移運(yùn)動(dòng)，使光生伏特器件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,大范圍的線性光電檢測(cè)與光電變換屮。3）零伏偏遇電路。光牛伏特器件在零伏偏魚b；輸出的短路電流匚垃與入射輸射量成線性變化關(guān)系。囚此，零伏偏直屯路是理想的電流放大屯路，適合于對(duì)微弱輻射信號(hào)

7、的檢測(cè)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(cè)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(cè)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D2CR硅光電池（3）硅光電池在0）偏置時(shí)，其光電流與入射1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5

8、V，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。工9解；帆t）二札+札g就調(diào)制后為肉/）=姚卜血甲0）曲1/=51x20=1020必=1.02心所以仃輸出電壓的變化量為山坯=A/,x=1.02x1260-L285711. 真空光電倍增管的倍增極有哪幾種結(jié)構(gòu)？各有什么特點(diǎn)？答；光電但壇管的倍老砥很捋冃子軌跡的士式可嘆非為粟鴛型和非聚焦型兩科.它們的主蘿區(qū)別是:聚毎型的電子從前一倍增極飛向石一級(jí)時(shí).丁能岌生電子克的交叉非娶焦型形咸的旦場(chǎng)只乾吏電了加速，而電丁的軌跡加是行的。聚低型又可介為蘭瓦片型和圓瓦片里兩種，=1二室炷型廿為白葉窗式和宜柵式曲種。12何

9、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)5與哪些因素有關(guān)？最主要的因素是什么？箒電堿放大倍數(shù)表征上電岱增管的增益特性*它不但與倍増極材斜的二次發(fā)射系數(shù)有關(guān)，佃”人況電涪增背購級(jí)數(shù)n快光電倍增竹的各倍増極的發(fā)射系數(shù)&打一次電子的加速電川刃、倂増極的材料和結(jié)構(gòu)右關(guān)。在兒十兒百伏范爾出=H屮C是常數(shù)，kj倍增極的材料和結(jié)構(gòu)育關(guān).最主要的i素是次qif的加:速門13光電倍增管產(chǎn)生暗電流的原因有哪些？如何降低暗電流？答：產(chǎn)4暗山沆的原丙4要有歐姆漏電熱覽射殘余氣協(xié)放電場(chǎng)毀霞射玻璃殼放電和玻璃熒允降低暗電流的廳找上要冇:血毓補(bǔ)償選頻和鎖相放大閭冷卻光電倍增管増加電磁屏蔽采丿IJ磁場(chǎng)把未被照射的

10、光電陰極邊緣暗電流的電子散肘掉-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？卷光電倍蝌管陰極電流與入射光譜輸射通厭之比稱為陰極靈幀L陽極電流耳入射光譜輸射通配之比稱為陽極靈敏度-陰極靈魏度表征光電倍増忙陰概材料的一洗發(fā)射能力,11光屯倍譜管的陽極靈敏度則反閔門咅增極材料的-一次電子發(fā)射能力。15.光電倍增管GDB44F的陰極光照靈敏度為0.5uA/lm，陽極靈敏度為OA/lm,要求長(zhǎng)期使用時(shí)陽極允許電流限制在2uA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Cs3Sb倍增極

11、，其倍增系數(shù)O2(Udd)o.7,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%時(shí)，求高壓電源電壓的穩(wěn)定度。16.為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在PN結(jié)的P區(qū)？這與電子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？菩:對(duì)TPN結(jié)沖入發(fā)的發(fā)出：極管.JPK結(jié)處丁汗衡位胃討.存汗一定的勢(shì)壘區(qū)。半加&向倔圧時(shí),FN結(jié)區(qū)勢(shì)壘降低，從擴(kuò)散區(qū)注入的大量匸平衡載流了不斷地復(fù)合發(fā)光宀丄要發(fā)生在P區(qū)。這是因?yàn)榘l(fā)光二極管在正向電壓的作用下，電子與空穴做相對(duì)運(yùn)動(dòng).即Lr-iHNU卩乂運(yùn)動(dòng)Mgn畑動(dòng)jnji-1初王移率如比空真1遷移率旳禹初倍匚兒電J-倔快從遷移到P區(qū).因血冥佇發(fā)光壬要發(fā)生川PK17為什么發(fā)光二極管必須在正向電壓下才能

12、發(fā)光？反向偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？答*I：【于LED的發(fā)汕機(jī)理肚兒下衡竝流-r即色了與空冗的擴(kuò)散迄幼導(dǎo)致復(fù)仔發(fā)光悶此要求有卄叩衡載流r的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使電f由N鯊向P區(qū)迄動(dòng)聞空真由PX.jNK運(yùn)如不加偏加或加反向偏壓的情況卜*PN結(jié)內(nèi)部的標(biāo)移運(yùn)動(dòng)占工驀優(yōu)勢(shì),們這種少了運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是電了均空穴的復(fù)會(huì)幾率小,而IL衷現(xiàn)在數(shù)量上也處很微弱的.不圧以使LED發(fā)光。囚此,要使LED發(fā)光,必?zé)﹨u匸向偏壓。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？春產(chǎn)生激j牲的二個(gè)必要條杵是Ml)必須將處J低能態(tài)的也了激發(fā)或泵浦到較苗能態(tài)L去,為此需要泵浦源；(2)更育大最的粒/

13、數(shù)反轉(zhuǎn)使受激輸射足以口服損耗有一個(gè)i皆振腔為出射光了提供:止反饋及百的窒益，川嘆維持受激輻射的持續(xù)振蕩答，芻便激光工作物質(zhì)的愛激詬射占主導(dǎo)地位就必須從外部給工作物質(zhì)提供能杲.如光澈勵(lì)或正向PN汁Q入等”便處丁激發(fā)態(tài)詢載流于數(shù)近天F址丁姑態(tài)的戟流于數(shù)*也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來.稱術(shù)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這也是產(chǎn)生徽光的三個(gè)條件屮之一要有泵浦源、在激光作物質(zhì)發(fā)僉粒廣數(shù)反轉(zhuǎn)不盡管增益有冊(cè)提臥宜還不址以使其產(chǎn)2激光.為使發(fā)射光束具有激光的特點(diǎn).還必須使其產(chǎn)生“振蕩”以母成諧振諧掘腔的作用正在于此，當(dāng)腔內(nèi)的增益遠(yuǎn)超過插耗時(shí)”使訓(xùn)使光涯-I謂艮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)體激光器體積小帀哉輕，效率汛壽命長(zhǎng),井訶采川簡(jiǎn)單的注入電流的方式來泵油。其工作電壓和電歳與集成電路兼容，因而可以與之單片集成，井且還可用高達(dá)GHz的頻率H接逬行電流調(diào)制以荻得高邃調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于