光電檢測(cè)技術(shù)課程作業(yè)與答案

1、思考題及其答案習(xí)題01一、填空題1、通常把對(duì)應(yīng)于真空中波長(zhǎng)在（0.38m）到（0.78m）范圍內(nèi)的電磁輻射稱(chēng)為光輻射。2、在光學(xué)中，用來(lái)定量地描述輻射能強(qiáng)度的量有兩類(lèi)，一類(lèi)是（輻射度學(xué)量），另一類(lèi)是(光度學(xué)量)。3、光具有波粒二象性，既是（電磁波）又是（光子流）。光的傳播過(guò)程中主要表現(xiàn)為（波動(dòng)性），但當(dāng)光與物質(zhì)之間發(fā)生能量交換時(shí)就突出地顯示出光的（粒子性）。二、概念題1、視見(jiàn)函數(shù)：國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）根據(jù)對(duì)許多人的大量觀(guān)察結(jié)果，用平均值的方法，確定了人眼對(duì)各種波長(zhǎng)的光的平均相對(duì)靈敏度，稱(chēng)為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀(guān)察者”的光譜光視效率V(),或稱(chēng)視見(jiàn)函數(shù)。2、輻射通量：輻射通量又稱(chēng)輻射功率，是輻射能的時(shí)

2、間變化率，單位為瓦(1W=1J/s)，是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能。3、輻射亮度：由輻射表面定向發(fā)射的的輻射強(qiáng)度，除于該面元在垂直于該方向的平面上的正投影面積。單位為(瓦每球面度平方米)。4、輻射強(qiáng)度：輻射強(qiáng)度定義為從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的，在單位時(shí)間內(nèi)、給定方向上單位立體角內(nèi)所輻射出的能量，單位為Wsr(瓦每球面度)。三、簡(jiǎn)答題輻射照度和輻射出射度的區(qū)別是什么？答：輻射照度和輻射出射度的單位相同，其區(qū)別僅在于前者是描述輻射接又半徑為R的球面上的輻射照度為E收面所接收的輻射特性，而后者則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。四、計(jì)算及證明題證明點(diǎn)光源照度的距離平方反比定律，兩個(gè)相距10倍的相同

3、探測(cè)器上的照度相差多少倍？答：設(shè)點(diǎn)光源的輻射強(qiáng)度為I在理想情況下，點(diǎn)光源的總輻射通量為4IddA4R2d4IIEdA4R2R2設(shè)第一個(gè)探測(cè)器到點(diǎn)光源的距離為L(zhǎng)，1第二個(gè)探測(cè)器到點(diǎn)光源的距離為L(zhǎng)2L10L12又EIR210L2L2E1IIIL2100L2122EI22E100E21習(xí)題02一、填空題1、物體按導(dǎo)電能力分（絕緣體）（半導(dǎo)體）（導(dǎo)體）。2、價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,使它躍遷到新的能級(jí)上的條件是（具有能向電子提供能量的外力作用）、（電子躍入的那個(gè)能級(jí)必須是空的）。3、熱平衡時(shí)半導(dǎo)體中自由載流子濃度與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)：一是在能帶中（能態(tài)的分布），二是這些能態(tài)中（每一個(gè)能態(tài)可能被電子占據(jù)的概率

4、）。4、半導(dǎo)體對(duì)光的吸收有（本征吸收）（雜質(zhì)吸收）（自由載流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要是（本征吸收）。二、概念題1、禁帶、導(dǎo)帶、價(jià)帶：inn0npnnnnn0n0inn為強(qiáng)光注入。弱光注入:滿(mǎn)足npnpnnnnn0n0iinnp條件的注入稱(chēng)為n0nn弱光注入。4、非平衡載流子壽命：非平衡載流子從產(chǎn)生到復(fù)合之前的平均存在時(shí)間。三、簡(jiǎn)答題1、摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響是什么？答：半導(dǎo)體中不同的摻雜或缺陷都能在禁帶中產(chǎn)生附加的能級(jí)，價(jià)帶中的電子若先躍遷到這些能級(jí)上然后再躍遷到導(dǎo)帶中去，要比電子直接從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶容易得多。因此雖然只有少量雜質(zhì)，卻會(huì)明顯地改變導(dǎo)帶中的電子和

5、價(jià)帶中的空穴數(shù)目，從而顯著地影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。2、為什么空穴的遷移率比電子的遷移率?。看穑哼w移率與載流子的有效質(zhì)量和平均自由時(shí)間有關(guān)。由于空穴的有效質(zhì)量比電子的有效質(zhì)量大，所以空穴的遷移率比電子的遷移率小。3、產(chǎn)生本征吸收的條件是什么？答：入射光子的能量（h）至少要等于EE材料的禁帶寬度。即ch1.24m0gg四、計(jì)算題1、本征半導(dǎo)體材料Ge在297K下其禁帶寬度E=0.67(eV)，現(xiàn)將其摻g入雜質(zhì)Hg，鍺摻入汞后其成為電離能E=0.09(eV)的非本征半導(dǎo)體。試計(jì)i算本征半導(dǎo)體Ge和非本征半導(dǎo)體鍺汞所制成的光電導(dǎo)探測(cè)器的截止波長(zhǎng)。E0.67解：1.24m1.24m1.851m01g021

6、.24m1.24m13.778mE0.09i12、某種光電材料的逸出功為1Ev，試計(jì)算該材料的紅限波長(zhǎng)。（普朗克常數(shù)h6.62610-34(J.s)，光速C2.998108(m/s)，電子電量e1.610-19庫(kù)侖）解：cch1.24m1.24m1.24m0000習(xí)題03一、概念題1、光電效應(yīng)：當(dāng)光照射到物體上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化，或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)等，這種因光照而引起物體電學(xué)特性的改變統(tǒng)稱(chēng)為光電效應(yīng)。2、光電發(fā)射第一定律：也稱(chēng)斯托列托夫定律。當(dāng)入射光線(xiàn)的頻譜成分不變時(shí)，光電陰極的飽和光電發(fā)射電流IK與被陰極所吸收的光通量K成正比。3、光電發(fā)射第二定律：也稱(chēng)愛(ài)因斯坦定律。發(fā)射出光電子的

7、最大動(dòng)能隨入射光頻率的增高而線(xiàn)性地增大，而與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)。二、簡(jiǎn)答題外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)的區(qū)別是什么？答：外光電效應(yīng)是物質(zhì)受到光照后向外發(fā)射電子的現(xiàn)象，而內(nèi)光電效應(yīng)是物質(zhì)在受到光照后產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)而不會(huì)逸出物質(zhì)外部。習(xí)題04一、概念題：1、光電探測(cè)器的響應(yīng)度（或靈敏度）光電探測(cè)器的輸出電壓V或輸出電o流I與入射光功率P之比。o2、熱噪聲：載流子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)造成的噪聲，又稱(chēng)為約翰遜噪聲。3、信噪比：在負(fù)載電阻R上產(chǎn)生的信號(hào)功率與噪聲功率之比。L4、量子效率：在某一特定波長(zhǎng)上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。二、簡(jiǎn)答題熱電檢測(cè)器件和光電檢測(cè)器件的特點(diǎn)是什么？答：熱電檢

8、測(cè)器件特點(diǎn)：響應(yīng)波長(zhǎng)無(wú)選擇性，它對(duì)從可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外的各種波長(zhǎng)的輻射同樣敏感。響應(yīng)慢，吸收輻射產(chǎn)生信號(hào)需要的時(shí)間長(zhǎng)，一般在幾毫秒以上。光電檢測(cè)器件特點(diǎn)：響應(yīng)波長(zhǎng)有選擇性，存在某一截止波長(zhǎng)0，超過(guò)此波長(zhǎng)，器件沒(méi)有響應(yīng)。（10220m）響應(yīng)快，一般在納秒到幾百微秒。習(xí)題05一、簡(jiǎn)答題1、光電倍增管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理是什么？答：光電倍增管由光入射窗、光電陰極，電子光學(xué)輸入系統(tǒng)(光電陰極到第一倍增極D1之間的系統(tǒng))、二次發(fā)射倍增系統(tǒng)及陽(yáng)極等構(gòu)成。工作原理：光子透過(guò)入射窗入射到光電陰極K上。此時(shí)光電陰極的電子受M0.04lmm20.04lxAlmam大10倍以上。AE光子激發(fā)，離開(kāi)表面發(fā)射到真空中。光電

9、子通過(guò)電場(chǎng)加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級(jí)倍增后，光電子就放大N次。經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極a收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流，在負(fù)載R上產(chǎn)生信號(hào)電壓。L2、光電倍增管的供電電路注意哪些問(wèn)題？答：(1)倍增管各電極要求直流供電，從陰極開(kāi)始至各級(jí)的電壓要依次升高，常多采用電阻鏈分壓辦法供電。流過(guò)電阻鏈的電流I至少要比陽(yáng)極最大的R平均電流I(2)供電電源電壓穩(wěn)定性要求較高。(3)為了不使陽(yáng)極脈動(dòng)電流引起極間電壓發(fā)生大的變化，常在最后幾級(jí)的分壓電阻上并聯(lián)電容器。(4)倍增管供電電路與其后續(xù)信號(hào)處理電路必須要有一個(gè)共用的參考電位，即接地點(diǎn)

10、。二、計(jì)算題現(xiàn)有GDB-423光電倍增管的陰極有效面積為2cm2，陰極靈敏度為25A/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)105，陽(yáng)極額定電流為20A，求允許的最大照度。解：i20AM105aiia2104AkiiSkkIi2104AkEAS2104m225I習(xí)題06一、分析題紅外報(bào)警電路如圖所示，分析它的工作原理？答：當(dāng)光信號(hào)被阻擋時(shí)，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，光敏三極管的集電極為高電平，即三極管基極為高電平，三極管飽和導(dǎo)通，三極管的集電極為低電平，驅(qū)動(dòng)繼電器J工作，使開(kāi)關(guān)閉合，電路形成回路，晶閘管控制端有效，晶閘管導(dǎo)通，報(bào)警器正常工作。S為復(fù)位鍵。當(dāng)有光信號(hào)時(shí)，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，光敏三極管的集電極

11、為低電平，即三極管基極為低電平，三極管截止，三極管的集電極為高電平，驅(qū)動(dòng)繼電器不工作，開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，晶閘管控制端無(wú)效，報(bào)警器不工作。二、畫(huà)圖解釋題用PN結(jié)簡(jiǎn)圖表示出光生電壓的極性和光生電流的方向。習(xí)題07一、填空題熱電探測(cè)器是將輻射能轉(zhuǎn)換為（熱）能，然后再把它轉(zhuǎn)換為（電）能的器件。二、簡(jiǎn)答題1、熱電探測(cè)器與光電探測(cè)器比較，在原理上有何區(qū)別？答：熱電探測(cè)器件是利用熱敏材料吸收入射輻射的總功率產(chǎn)生溫升來(lái)工作的，而不是利用某一部分光子的能量，所以各種波長(zhǎng)的輻射對(duì)于響應(yīng)都有貢獻(xiàn)。因此，熱電探測(cè)器件的突出特點(diǎn)是，光譜響應(yīng)范圍特別寬，從紫外到紅外幾乎都有相同的響應(yīng)，光譜特性曲線(xiàn)近似為一條平線(xiàn)。2、熱電

12、探測(cè)器與普通溫度計(jì)有何區(qū)別？答：相同點(diǎn)：二者都有隨溫度變化的性能。不同點(diǎn)：溫度計(jì)要與外界有盡量好的熱接觸，必須達(dá)到熱平衡。熱電探測(cè)器要與入射輻射有最佳的相互作用，同時(shí)又要盡量少的與外界發(fā)生熱接觸。3、簡(jiǎn)述輻射熱電偶的使用注意事項(xiàng)。答：由半導(dǎo)體材料制成的溫差電堆，一般都很脆弱，容易破碎，使用時(shí)應(yīng)避免振動(dòng)。額定功率小，入射輻射不能很強(qiáng)，它允許的最大輻射通量為幾十微瓦，所以通常都用來(lái)測(cè)量微瓦以下的輻射通量。應(yīng)避免通過(guò)較大的電流，流過(guò)熱電偶的電流一般在1微安以下，決不能超過(guò)100微安，因而千萬(wàn)不能用萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)熱電偶的好壞，否則會(huì)燒壞金箔，損壞熱電偶。保存時(shí)不要使輸出端短路，以防因電火花等電磁干擾產(chǎn)生

13、的感應(yīng)電流燒毀元件。工作時(shí)環(huán)境溫度不宜超過(guò)60。習(xí)題08一、概念題1、電極化：電介質(zhì)的內(nèi)部沒(méi)有載流子，所以沒(méi)有導(dǎo)電能力。但是它也是由帶電粒子電子和原子核組成的。在外電場(chǎng)的作用下，帶電的粒子也要受到電場(chǎng)力的作用，它們的運(yùn)動(dòng)也會(huì)發(fā)生一些變化。例如，加上電壓后，正電荷平均講來(lái)總是趨向陰極，而負(fù)電荷趨向陽(yáng)極。雖然其移動(dòng)距離很小，但電介質(zhì)的一個(gè)表面帶正電，另一表面帶負(fù)電。稱(chēng)這種現(xiàn)象為電極化。2、居里溫度：鐵電體的極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，極化強(qiáng)度減低。升高到一定溫度，自發(fā)極化就突然消失，這個(gè)溫度稱(chēng)為居里溫度（或居里點(diǎn)）。二、簡(jiǎn)答題1、為什么由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻溫度系數(shù)是負(fù)的，由金屬材料制成的熱

14、敏電阻溫度系數(shù)是正的？答：半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻吸收輻射后，材料中電子的動(dòng)能和晶格的振動(dòng)能都有增加。因此，其中部分電子能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，從而使電阻減小，電阻溫度系數(shù)是負(fù)的。金屬材料制成的熱敏電阻，因其內(nèi)部有大量的自由電子，在能帶結(jié)構(gòu)上無(wú)禁帶，吸收輻射產(chǎn)生溫升后，自由電子濃度的增加是微不足道的。相反，因晶格振動(dòng)的加劇，卻妨礙了電子的自由運(yùn)動(dòng)，從而電阻溫度系數(shù)是正的，而且其絕對(duì)值比半導(dǎo)體的小。2、簡(jiǎn)述熱釋電探測(cè)器的工作原理。答：當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化了的鐵電薄片時(shí)，引起薄片的溫度升高。因而表面電荷減少，這就“釋放”了一部分電荷。釋放的電荷通過(guò)放大器轉(zhuǎn)換成輸出電信號(hào)。如果紅外輻射

15、繼續(xù)照射，使鐵電薄片的溫度升高到新的平衡值，表面電荷也達(dá)到新的平衡，不再釋放電荷。也就沒(méi)有輸出信號(hào)。而在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號(hào)下降到零，只有在薄片溫度有變化時(shí)才有輸出信號(hào)。三、計(jì)算題1、可見(jiàn)光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍（給出計(jì)算公式）各是多少?答：可見(jiàn)光的波長(zhǎng)：0.38微米0.78微米頻率：3.851014HZ7.891014HZ【利用公式n】505000光子能量：2.551019J5.231019J【利用公式Eh】2、一塊半導(dǎo)體樣品,有光照時(shí)電阻為50，無(wú)光照時(shí)為5000,求樣品的光電導(dǎo)。答：有光照時(shí)的電導(dǎo)為：G10.02S1無(wú)光照時(shí)的電導(dǎo)為：G10.0002S2故：該樣品的光電導(dǎo)為GGG0

16、.0198S12習(xí)題09一、填空題發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，基本上是正比于（電流密度）。2、氦氖激光器以（直流）電源驅(qū)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上分（全內(nèi)腔）全外腔）（半內(nèi)腔）激光器。3、發(fā)光二極管是（注入式電致發(fā)光器件）器件，它能將（電）能轉(zhuǎn)變?yōu)椋ü猓┠?。二、?jiǎn)答題1、半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理答：半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過(guò)PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)

17、光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度E，即1.24meVgEg2、應(yīng)用發(fā)光二極管時(shí)注意哪些要點(diǎn)？答：開(kāi)啟電壓：發(fā)光二極管的電特性和溫度特性都與普通的硅、鍺二極管類(lèi)似。只是正向開(kāi)啟電壓一般都比普通的硅、鍺二極管大些，而且因品種而異。溫度特性：利用發(fā)光二極管和硅的受光器件進(jìn)行組合使用時(shí)，應(yīng)注意到二者的溫度特性是相反的。溫度升高時(shí)，發(fā)光二極管的電光轉(zhuǎn)換效率變小，亮度減弱。而硅的受光器件，光電轉(zhuǎn)換效率卻是增加的。所以使用時(shí)，應(yīng)把二者放到一起考慮，注意其組合后的整體溫度特性。方向特性：發(fā)光二極管一般都帶有圓頂?shù)牟ＡТ?，?dāng)利用它和受光器件組合時(shí)，應(yīng)注意到這一結(jié)構(gòu)上的

18、特點(diǎn)。發(fā)光管與受光管二者對(duì)得不準(zhǔn)時(shí)，效果會(huì)變得很差。3、激光的產(chǎn)生有哪些條件？答：需要泵源,把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去。介質(zhì)必須能發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),使受激輻射足以克服損耗。必須要有一個(gè)共振腔提供正反饋及增益,以維持受激輻射的持續(xù)振。4、簡(jiǎn)述注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過(guò)程。答：注入式半導(dǎo)體激光器的工作過(guò)程是，加外電源使PN結(jié)進(jìn)行正偏置。正向電流達(dá)到一定程度時(shí)，PN結(jié)區(qū)即發(fā)生導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這時(shí)，導(dǎo)帶中的電子會(huì)有一部分發(fā)生輻射躍遷，同時(shí)產(chǎn)生自發(fā)輻射。自發(fā)輻射出來(lái)的光，是無(wú)方向性的。但其中總會(huì)有一部分光是沿著諧振腔腔軸方向傳播的，往返于半導(dǎo)體之間。通過(guò)這種光子的誘導(dǎo)，即可使導(dǎo)

19、帶中的電子產(chǎn)生受激輻射（光放大）。受激輻射出來(lái)的光子又會(huì)進(jìn)一步去誘導(dǎo)導(dǎo)帶中的其它電子產(chǎn)生受激輻射。如此下去，在諧振腔中即形成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。只要外電源不斷的向PN結(jié)注入電子，導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就會(huì)繼續(xù)下去，受激輻射即可不停地發(fā)生，這就是注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過(guò)程。5、光器和發(fā)光二極管的時(shí)間響應(yīng)如何？使用時(shí)以什么方式（連續(xù)或脈沖）驅(qū)動(dòng)為宜？答：發(fā)光二極管：發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間很短，一般只有幾納秒至幾十納秒。采用脈沖驅(qū)動(dòng)的情況下，獲得很高的亮度，但應(yīng)考慮到脈沖寬度、占空度比與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。半導(dǎo)體激光器：響應(yīng)時(shí)間很短。半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較高，由于激光器工作時(shí)需要的

20、電流很大，電流通過(guò)結(jié)和串聯(lián)電阻時(shí)，將使結(jié)的溫度上升，這又導(dǎo)致閾值電流上升。所以閾值電流很高的激光器，通常用脈沖電流來(lái)激勵(lì)，以降低平均熱損耗。習(xí)題10一、填空題光電耦合器是由（發(fā)光）器件與（光敏）器件組成的（電）（光）（電）器件。這種器件在信息傳輸過(guò)程中是用（光）作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信號(hào)耦合在一起的。二、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述光電耦合器件的電流傳輸比與晶體管的電流放大倍數(shù)的區(qū)別？答：晶體管的集電極電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流，即大；光電耦合器件的基區(qū)內(nèi)，從發(fā)射區(qū)發(fā)射過(guò)來(lái)的電子是與光激發(fā)出的空穴相復(fù)合而成為光復(fù)和電流，可用I表示，為光激發(fā)效率（它是發(fā)光二極F。管的發(fā)光效率、光敏三極管的光敏效率及二者之間距

21、離有關(guān)的系數(shù)）一般光激發(fā)效率比較低，所以I大于I。即光電耦合器件在不加復(fù)合放大三極FC管時(shí)，小于1。2、簡(jiǎn)述光電耦合器件的特點(diǎn)。答：具有電隔離的作用。它的輸入、輸出信號(hào)完全沒(méi)有電路聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零電位可以任意選擇。絕緣電阻高達(dá)10101012，擊穿電壓高達(dá)10025KV，耦合電容小到零點(diǎn)幾皮法。信號(hào)傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用。適用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。具有抗干擾和噪聲的能力。它作為繼電器和變壓器使用時(shí)，可以使線(xiàn)路板上看不到磁性元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。響應(yīng)速度快。一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)。它可傳輸?shù)男盘?hào)頻率在直流和10MHz之間。使用

22、方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水，性能穩(wěn)定，耗電省，成本低，工作溫度范圍在55100之間。三、分析題光電耦合器件測(cè)試電路如圖所示，分析它的工作原理。S1開(kāi)關(guān)接通后：S2開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通，正常情況下LED是不發(fā)光的。如果它是發(fā)光的，則說(shuō)明光電耦合器的接收端已經(jīng)短路。S2開(kāi)關(guān)接通，正常情況下LED發(fā)光，它的發(fā)光強(qiáng)度可以用電位器RP來(lái)調(diào)節(jié)。如果LED沒(méi)有發(fā)光，則說(shuō)明光電耦合器是壞的。習(xí)題11一、填空題1、光電成像器件包括（掃描成像器件）（非掃描成像器件）。2、掃描型光電成像器件又稱(chēng)（攝像器件）。光電攝象器件應(yīng)具有三種基本功能（光電變換）（光電信號(hào)存儲(chǔ)）（掃描輸出）。3、分辨

23、率是用來(lái)表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力。分辨率常用兩種方式來(lái)描述（極限）分辨率和（調(diào)制傳遞）函數(shù)。習(xí)題12一、概念題1、轉(zhuǎn)移效率：電荷包從一個(gè)勢(shì)阱向另一個(gè)勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移，不是立即的和全部的，而是有一個(gè)過(guò)程。在一定的時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，設(shè)電荷包的原電量為Q(0)，在時(shí)間t時(shí)，大多數(shù)電荷在電場(chǎng)的作用下向下一個(gè)電極轉(zhuǎn)移，但總有一小部分電荷某種原因留在該電極下，若被留下來(lái)的電荷為Q(t)，則轉(zhuǎn)移效率定Q0Qt義為轉(zhuǎn)移的電量與原電量之比，即Q02、轉(zhuǎn)移損失率：電荷包從一個(gè)勢(shì)阱向另一個(gè)勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移，不是立即的和全部的，而是有一個(gè)過(guò)程。在一定的時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，設(shè)電荷包的原電量為Q(0)，在時(shí)間t時(shí)，大多數(shù)電荷在電場(chǎng)

24、的作用下向下一個(gè)電極轉(zhuǎn)移，但總有一小部分電荷某種原因留在該電極下，若被留下來(lái)的電荷為Q(t)，則轉(zhuǎn)移損失率定義為殘留于原勢(shì)阱中的電量與原電量之比，即Qt二、簡(jiǎn)答題Q01、為什么CCD必須在動(dòng)態(tài)下工作？其驅(qū)動(dòng)脈沖的上、下限頻率受哪些條件限制，應(yīng)如何估算？答：CCD是利用極板下半導(dǎo)體表面勢(shì)阱的變化來(lái)儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移信息電荷的，所以它必須工作于非熱平衡態(tài)。時(shí)鐘頻率過(guò)低，熱生載流子就會(huì)混入到信息電荷包中去而引起失真。時(shí)鐘頻率過(guò)高，電荷包來(lái)不及完全轉(zhuǎn)移，勢(shì)阱形狀就變了，這樣，殘留于原勢(shì)阱中的電荷就必然多，損耗率就必然大。因此，使用時(shí)，對(duì)時(shí)種頻率的上、下限要有一個(gè)大致的估計(jì)。為了避免由于熱平衡載流子的干擾，注入

25、電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所用的時(shí)間t必須小于少數(shù)載流子的平均壽命。當(dāng)時(shí)鐘頻率過(guò)高時(shí)，若電荷本身從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所需的時(shí)間t大于時(shí)鐘脈沖使其轉(zhuǎn)移的時(shí)間T/3，那么，信號(hào)電荷跟不上驅(qū)動(dòng)脈沖的變化，轉(zhuǎn)移效率大大下降。f上決定于電荷包轉(zhuǎn)移的損耗率，就是說(shuō)，電荷包的轉(zhuǎn)移要有足夠的時(shí)間，電荷包轉(zhuǎn)移所需的時(shí)間應(yīng)使之小于所允許的值。三、分析題分析浮置擴(kuò)散放大器輸出的工作原理。答：V為復(fù)位管，R為限流電阻，V為輸出管，R為負(fù)載電阻，C為等111L效電容。電荷包輸出前，要先給V的柵極加一窄的復(fù)位脈沖，這時(shí)，V1R1導(dǎo)通，C被充電到電源電壓，V管的源極S的電壓也跟隨上升接近于電源22電壓。變?yōu)榈碗娖?/p>

26、以后，V截止，但V在柵極電壓的控制下仍為導(dǎo)通R12狀態(tài)。當(dāng)電荷包經(jīng)過(guò)輸出柵OG流過(guò)來(lái)時(shí)，C被放電，V的源極電壓也跟2隨下降，下降的程度則正比于電荷包所攜帶的電量，即構(gòu)成輸出信號(hào)。習(xí)題13一、填空題1、變像管還是像增強(qiáng)管取決于（陰極材料）。如果對(duì)（紅外或紫外）光線(xiàn)敏感，則它就是變像管；如果它只對(duì)（微弱的可見(jiàn)）光敏感，則它就是像增強(qiáng)管。2、變像管和像增強(qiáng)管都具有圖像增強(qiáng)的作用，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)一般有兩種方法：增強(qiáng)（電子圖像密度）和增強(qiáng)（增強(qiáng)電子的動(dòng)能）。3、增強(qiáng)電子圖像密度，一般利用（二次電子發(fā)射）來(lái)實(shí)現(xiàn)；增強(qiáng)電子動(dòng)能，用增強(qiáng)（增強(qiáng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的）的方法。二、簡(jiǎn)答題1、變像管？像增強(qiáng)管？像管和攝像管的區(qū)

27、別？答：變象管是指能夠把不可見(jiàn)光圖象變?yōu)榭梢?jiàn)光圖象的真空光電管。圖象增強(qiáng)管是指能夠把亮度很低的光學(xué)圖象變?yōu)橛凶銐蛄炼葓D象的真空光電min=15W變到max=35管。2、簡(jiǎn)述像管的工作原理。答：目標(biāo)物所發(fā)出的某波長(zhǎng)范圍的輻射通過(guò)物鏡在半透明光電陰極上形成目標(biāo)的像，引起光電發(fā)射。陰極面每一點(diǎn)發(fā)射的電子數(shù)密度正比于該點(diǎn)的輻射照度。這樣，光陰極將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訑?shù)密度圖像。加有正高壓的陽(yáng)極形成很強(qiáng)的靜電場(chǎng)，合理的安排陽(yáng)極的位置和形狀，讓它對(duì)電子密度圖像起到電子透鏡的作用，使陰極發(fā)出的光電子聚焦成像在熒光屏上。它還使光電陰極發(fā)射出來(lái)的光電子圖象，在保持相對(duì)分布不變的情況下進(jìn)行加速。熒光屏在一定速度的電

28、子轟擊下發(fā)出可見(jiàn)的熒光，這樣，在熒光屏上便可得到目標(biāo)物的可見(jiàn)圖像。習(xí)題141、已知硅光電二極管2DU2的靈敏度S=0.55A/W，結(jié)間漏置電導(dǎo)iG=0.02S，轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓U=13V，入射光功率從MW，供電偏電壓為U=55V。b求：取得最大線(xiàn)性輸出電壓下最佳負(fù)載R輸出電壓U。(3)輸出電流L。I。解：(1)GUGUS000imaxG0GUS0iU0maxGSimax0.02U00.5535131.5S又GUUUG00b0LGLGU00UUb01.51355130.464SRL1GL2.16MGG35.7V(2)GUUGULbmaxUUSmaxLbimaxminSGLminUUmaxU22.7V0

29、(3)IImaxIminGU0.46422.710.5AL2、已知硅光電池2CR32的受光面積為510mm2，在室溫30，人射光照度為1000W/m2的條件下，U=0.55V，I=1210-3A。求能在OCSC200700W/m2照度范圍內(nèi)，求：取得最大線(xiàn)性輸出電壓下最佳負(fù)載RL。輸出電壓U。輸出電流I。解：E1000Wm2時(shí)I1SC12103AUOC0.55VESISC12106Am2Wi1Emax700Wm2時(shí)的UUOCOCUlnTEE0.54V(1)從經(jīng)驗(yàn)公式可知RM0.7UOCIP0.7UOCSEiMAX0.70.544512106700(2)URIRSEMPMimaxEmin4512

30、1065000.27V(3)IUM450.270.006A6mAR3、光敏電阻R與R20k的負(fù)載電阻串聯(lián)后接于U12V的直流電源Lb上，無(wú)光照時(shí)負(fù)載上的輸出電壓為U20mV，有光照時(shí)負(fù)載上的輸出電1壓為U2V，求光敏電阻的暗電阻和亮電阻值若光敏電阻的光電導(dǎo)2靈敏度S6106S/lx,求光敏電阻所受的照度。g解：光敏電阻的暗電阻和亮電阻值的計(jì)算RRbURLULLURbRULLRL暗態(tài)時(shí)U12VR20KU20mVbLLUURbR暗LLR11980K11.98ML亮態(tài)時(shí)U12VbR20KU2VLLR亮UUbRLLR100KL光敏電阻所受的照度RRR11980K暗G10.08S暗暗R100K亮G110

31、S亮亮GGG9.92S光亮暗又SgG光6106SlxEEG光Sg9.92106S6106Slx1.65lx4、已知CdS光敏電阻的最大功耗為40mW,光電導(dǎo)靈敏度S=0.5g10-6S/lx暗電導(dǎo)g0，若給其加偏置電壓20V，此時(shí)入射到光敏電阻上0的極限照度為多少？解：負(fù)載電阻為0時(shí)，光敏電阻流過(guò)的電流為最大。g0p0max40mWU20VIPmaxp40103maxU202103A2mAPminPmax又SEU20R1010310KI2103Pmax1G104S0.1mSRPminGPmaxgmaxEmaxGPmaxSg1040.5106200lx習(xí)題15設(shè)計(jì)一套測(cè)量材料透過(guò)率的光電測(cè)試自動(dòng)裝置，要求消除光源的不穩(wěn)定性因素的影響。繪出工作原理圖。繪出原理框圖。說(shuō)明工作原理。答：工作原理圖原理框圖說(shuō)明工作原理：在裝上被測(cè)樣品4之前，光屏處于最大吸收位置，并使二通道的輸出光通量相等，處于平衡狀態(tài)。當(dāng)插入被測(cè)樣品之后