光電檢測技術(shù)作業(yè)答案

光電檢測技術(shù)作業(yè)2.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時的極限照度。解：由式(解：由式(2?1)o最大照度E=(%1■=22500lx最小照度七==一C-=1501kUSU2Ss.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時吸合，問應(yīng)如何調(diào)整電阻器R?VD220VVD220V解；在照明控利電路中，入射輻射很強尸0.5,光敏電阻分壓=220-0.002*(1+5)31000=208V由人=t/SQ得，E二(上產(chǎn)=369.Sbe' 咯在光照度在31k時，入射輕射很弱，L1,由仃--二22-0.00萬(5-R)^1000.推出5ER=820Q，故應(yīng)將R值調(diào)到820Q二.在如圖所示的電路中，已知b 820 ,Re 3.3k,Uw 4V,光敏電阻為Rp，當(dāng)光照度為40lx時輸出電壓為6V，80lx時為9V。設(shè)該光敏電阻在30?100lx之間的 值不變。試求：（1）輸出電壓為8V時的照度。（2）若R增加到6k ，輸出電壓仍然為8V，求此時的照度。（3）若光敏面上的照度為70lx，求R 3.3k 與R 6k 時輸出的電TOC\o"1-5"\h\z壓。 e e（4）求該電路在輸出電壓為8V時的電壓靈敏度。答：根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過穩(wěn)壓管的電流I=5口8mA滿足穩(wěn)壓管的工作條件 1人心力\o"CurrentDocument"CL）當(dāng)U?,二4VtH，|t= 'U|"=4~07=|mA C—0匚Re3*3*10*-u由Rp=4Y■匕得輸出電壓為6伏時電阻R1=6KV\,輸出電壓為9伏時電阻Ra=3KC,故r=3R「3R]口；煙民-1明輸出電壓為8V時，光敏電阻的阻值為R=叢二四;4股犧，代入j■=1*電-電鼻L [gE「館可解得E=601x⑵與（D類似，得到2：乂以「?個I；對應(yīng)?個R）(3)當(dāng)Re=M3KM時，(=110或-1,R「二6K帽解得Rp=3.4K哂5二5/LR/86V；當(dāng)風(fēng)二6K5時，Ie=0.55mA,Uo-Ubb-IaRp=10.13V⑷心路的電壓靈敏度“二當(dāng)==0J(V/1k) 「□ 60-404.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107Hz？答：影響光生伏特器件頻率則應(yīng)的主要因素有■：點:⑴在PY結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生靚瓶了渡越緒區(qū)的時向Q,即漂移時間；⑵.PN結(jié)區(qū)外產(chǎn)生的出生載流了擴散到PN結(jié)區(qū)內(nèi)所需的時間％,即擴散時間1由PN結(jié)電容、管芯電阻凡及強載電阻氏構(gòu)成的蛻延遲時間飛.對于PX結(jié)型用..WI匚?.極管，計生載流子的擴散時間G是限制耿北電二極管頻率響應(yīng)的主要因素,由于光生載流于的擴散運動很慢，因此擴散時間［很長，約為10513,則其最高工作頻率t=J_￡107[[z5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)光照強度增大到某個特定值時，硅光電池的p-n結(jié)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)達到了最大值，即出現(xiàn)飽和，聲增大光照強度，其開路電壓不再隨之增大。硅光電池的升路電壓表達式為UM=-\n{—41）,將幾=3（1-*）中。代入（7 r口 h.udU^n的表達式并求關(guān)于的一階導(dǎo)數(shù),令二萬一 =0,求得最大開路電壓。由qU t}U于輸出電壓以=44=/而-1）國「即包含了擴散電流中和暗電流，口的影響，使得硅光電池的行載輸出電座總小于開路電壓U孤。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，存在著最佳負載電阻Ropt，在最佳負載電阻情況下負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？答:光生一伏特器件仃以下幾種偏置電路：（DH偏置電路.特點是光生伏特器件在H偏置電路中具有輸出功率-且當(dāng)負載電阻為最佳負載電阻時乂有最大輸出功率.其缺點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，在實際測量電路中很少應(yīng)用.{2}反向偏置電路口花工伏特器件在反向偏置狀態(tài)，pn結(jié)勢壁區(qū)加寬，有利于光生載流r的漂移運動，使光生伏特器件的線性范圍和光電變換的動態(tài)范圍加寬，被廣泛應(yīng)用「大范圍的線性光電檢測與光電變換U1。（3）零伏偏置電路口光生伏特器件在零伏偏置卜，輸出的短路電流/祐與入射帽射量成線性變化美系。因此，零伏偏置電路是理想的電流放大電路，適合于對微弱福射信號的檢測..選擇最適當(dāng)?shù)拇鸢柑钊肜ㄌ栔校ㄖ挥幸粋€答案正確）（1）用光電法測量某高速轉(zhuǎn)軸（15000r/min）的轉(zhuǎn)速時，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 D2CR硅光電池硅光電池在①）偏置時，其光電流與入射輻射通量有良好的線性關(guān)系，且動態(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.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)幅波的表達式、帶寬及調(diào)制度。工9解；次』）二瑜十%就I〕創(chuàng)調(diào)制后為阿）二魏卜⑴⑶同切卜。）!/初始0=5OOHj4二5H強幅調(diào)制熱卬⑴]=[]+mF⑴隊.衣達式或f）= +[1+橫V⑴]以sinter=I-5x11+mV（ty\sin500#調(diào)制度5==——-=0.9耙50帶寬線=2Fe，。="在5曄,6=（10十注5MH工婦用=IKHe..

10.利用2CU22光電二極管和3DG40三極管構(gòu)成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時的拐點電壓UZ=1.0V。求入射輻射功率最大時，電阻Re的值與輸出信號Uo的幅值。入射輻射變化50W時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3-46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）X0.2A，三極管3DG40的電流放大倍數(shù) 50，最高入射輻射功率為400W時的拐點電壓U 1.0V。求入射輻 ^42五2CU2? 3DG40射功率最大時，電誨e的值與輸出信號U ^42五2CU2? 3DG40解,由題意，當(dāng)最高入肘輻射功率為 400uW時，拐點電壓為L0V,則由4=叱/得4-400x0.4=160iMtlly=lp-ib=160-0.2=159.8M由九+ =51xl59.8^=8.15f?iA又U,= 12-1-0.7=10.3V則&= =1,264A：Q=1260QL845由『=\xL，則AF=0.4x5020?A從而M=(1+%=51x20=1020&=1.02惟4所以有扁T出電壓的變化量為A%=Mx七=1.02x1260=1.285711.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？答；光電伊埋官的倍理球根據(jù)目子軌跡的書式可以分為聚隹型和非聚陣?yán)稞埛N3石們的主要區(qū)別是:聚焦型的電子從前一倍增極飛向后一級時,可能發(fā)生電子克的交叉;非聚住型形成的馬場只能■吏屯了加速，正由下的th跡加足平行的。聚焦型又可分為玄瓦片型和圓瓦片型的種，=1二髡住型號為白葉茴M前含柵式兩種.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)5與哪些因素有關(guān)？最主要的因素是什么？皆電流放大倍數(shù)表征九電倍增管的增益特性.它不但與倍增極材料的二次發(fā)射系數(shù)5營關(guān),「1%尤弓偌增管四級數(shù)N仃關(guān).光電倍增濘的各倍增極的發(fā)射系數(shù)3與一次用戶的加速血l；V小倍增極的材料和結(jié)構(gòu)4關(guān)。八兒」-凡百伏范用肘，3=。匕〉！15c是常數(shù)，k與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。最主要的因素是收電子的加速q瓜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)生暗電流的原因上要有一①歐姆漏電②熱發(fā)射③殘余氣體放電④場致發(fā)射⑤玻璃殼放電和玻璃熒光降低用電流的“法主要有：①流補償②選頻和鎖相放大③冷卻光電倍增管④增加電磁屏蔽⑤果用磁場把未被照射的光電陰極邊緣暗電流的電子放肘掉，.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：光電倍懈管陰極電流與入射光譜軸射通量之比稱為陰極靈敏度，陽極電流與入射光譜指見通量之比稱為陽極髭敏度。陰極靈敏度表征了光電倍增管陰極材料的一次發(fā)射能人廣光電儕芾管的陽的靈敏度則反應(yīng)「倍了極材料的二次電子發(fā)射發(fā)力,.光電倍增管GDB44F的陰極光照靈敏度為0.5uA/lm,陽極靈敏度為50A/lm,要求長期使用時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，最大的輸出電壓。(3)若已知該光電倍增管為12級的Cs3sb倍增極，其倍增系數(shù) 0.2(U，。.7,實計算它的供電電壓。(4)當(dāng)要求輸出信號的穩(wěn)定度為1%時，求高壓電源電壓的穩(wěn)定度。St⑵凡X= -兄=2乂10175*10手=0.15V(3)時干C,Sb信增極材料有經(jīng)就公K：6=￡=一四—=ix|/又05x10G=5"8H4.6425二。孫萬總山源電小七％力=「ANL?%j廣120].SV幽冷粉e會7%上二二0一用外.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？答：對?于PN結(jié)/.人發(fā)匕的發(fā)光：極管，當(dāng)PN結(jié)處于平衡位省時.存亦一定的勢全區(qū)。當(dāng)工」.向偏n;時，pn結(jié)區(qū)外皇降低，從擴散區(qū)注入沱大量豐、」衡載流；不新E復(fù)門發(fā)光，1主要發(fā)生在P區(qū)口這是因為發(fā)光二極管在正向電壓的作用下，電子與空穴做相對運動，即將子山N區(qū)向P區(qū)運動.而向穴向NY運動/I.由于電廣的遷移率/比空穴的遷移率外同20倍左打，電子/快從N區(qū)遷移到P區(qū),因門紅合發(fā)光主要發(fā)生在PX,17為什么發(fā)光二極管必須在正向電壓下才能發(fā)光？反向偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？答：由于LED的發(fā)光機理:是非平衡載源于即電子與空穴的獷散運動導(dǎo)致復(fù)介發(fā)光,因此要求有非平衡截流廠的相對運動，使電「由NX向P區(qū)運動.而空穴由P區(qū)向N區(qū)運動.在不加偏加或加反向偏出的情況下,PN結(jié)內(nèi)部的漂移運動占上要優(yōu)勢,佃這種少子運動的結(jié)果址電子與空穴的復(fù)會幾率小，而IL表現(xiàn)在數(shù)量」?他是很微弱的，不足以使LED發(fā)洸.因此，要使LED發(fā)光，必須加正向偏壓。.產(chǎn)生激光的三個必要條件是什么？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？鍬產(chǎn)生激元的二個必要條件是ri）必須相處「低能態(tài)的I匕子激發(fā)或袋浦到較商能態(tài)L去,為此需要泉浦源二（2）要有大量的?！笖?shù)反特.使受激就射里以II服損耗？<3）有一個諧振腔為!h時光/提供正反饋及廬的增益，.用以維持受檄輻射的撲續(xù)振嬴答士要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占主導(dǎo)地位,就必須從外部給工作物質(zhì)提供能量，如光激功或正向PN結(jié)泮入等.使處于激發(fā)志向載流二廣數(shù)遠大于處于基■念的載流于?數(shù)，也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn).這也是產(chǎn)生激九的三個條件中之一：要有泵浦源，在微光「作物質(zhì)發(fā)生粒廣數(shù)反轉(zhuǎn)后.盡管增盆仃所-提高,①還不足以使其產(chǎn)生讖光，為使發(fā)射光束具有激光的特點,還必須使其產(chǎn)生“振蕩㈤以形成諧振.諧振腔峋作用正在于此，當(dāng)腔內(nèi)的增益遼超過損耗時，使」..使光波"1諧振’.半導(dǎo)體激光器有什么特點？LD與LED發(fā)光機理的根本區(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,而量輕，效率高，壽命長,并同采用簡單的注入電流的方式來泵浦.其工作電壓和電流與集成電路兼容,因而可以與之單片集成，并且還可用高達GHz的頻率直接進行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出電由于這些優(yōu)點，它廣