光电信息技术 第三章答案 有部分错误.docVIP

第三章 1．简述四种光电效应. 答：1.外光电效应。在入射光能量作用下，某些物体内的电子逸出物体表面，向外发射电子，用此原理制成的光电信息转换器件有光电倍增管、真空光电管、充气光电管等。 2.光电导效应。在入射光线的作用下，半导体材料中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子的激发，将由价带越过禁带跃迁到导带，从而使导带中电子浓度加大，材料的电阻率减小。基于这种原理的光电信息转换器件有光敏电阻等。 3.光伏效应。在入射光能量作用下能使物体产生一定方向的电动势。以PN结为例，由于光学照射PN结而产生的电子和空穴，在内电场作用下分别向N和P区，从而对外形成光生电动势。基于该效应制成的光电信息转换器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。 4.光电热效应。光照引起材料温度发生变化而产生电流，如热释电、碲镉汞（CMT）等，这类器件成为热电探测器。 2．光电信息转换器件的主要特性中，光谱特性与频率特性有何区别？ 答：光谱特性：对相同的入射光功率，光电流IΦ与入射光波长λ的关系IΦ=F(λ)。 频率特性：假定其他条件不变，光电流IΦ与入射光调制频率f的关系IΦ=F(f)。 3．光电倍增管的电子光学系统任务是什么？ 答：1.通过对电极结构的适当设计，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1。 2.使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经历的时间尽可能相同，使渡越时间差异最小。 4．光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。 5．说出下面两图中右图的优点 答：左图中，当入射光通量变化时，会引起I和V0的同时变化，使整个系统线性变坏，噪声增加。右图为恒流偏置电路。由于采用稳压管D，故Vb不变，Ic也不变，达到横流的目的，这时，入射光通量的变化仅引起电压V0的变化。 6．（P265.29）如右图所示，设光敏电阻的暗阻为108欧，亮阻为104欧，E=12V，为使使其输出电压U的变化最大，求： （1）R及最大的输出电压变化ΔU。 （2）若光敏电阻的最大耗散功率为100mW，它的极限电压为100V，求容许的最大E为多少伏？ 答： （1） （2） 7．画出光电池带负载时的等效图，说明负载太大时的后果。 答： 当RL≠0时，当U继续增大到PN结的导通电压时（RL非常大时），U就不会再增大，此时，PN结的rD变得很小，光照所产生的光电流Iφ几乎全部流向二极管，即： Iφ≈ID 这时，在负载RL上除有少量的电流维持PN结的导通电压U外，光照产生的光电流几乎都消耗在光电池内部。 8．硒光电池与硅光电池中，哪个在人的视觉范围内？ 答：硒光电池 9．PIN管和APD管的频率特性为什么比普通的光敏二极管好？ 答：PIN管和APD管都是减少零电场P区和N区厚度而增加耗尽层厚度，使光生载流子的运动时间大大缩短，从而提高了频率特性。 10．分析右图的测量原理。 答： 11．画出热释电的典型输出电路。 答： 12．下图热释电防盗报警器的电路图，分析其电路工作原理。 答：检测放大电路：检测放大电路由热释电信息转换器及铝箔放大器A1、A2等组成。R2为热释电的负载（RL）。来自热释电的信号经C2耦合到A1上。运放A1组成第一级滤波放大电路，它是一个低频放大倍数约为AF1=R6/R4=27的低通滤波器，其截止频率为f01=1/2πR6C4=1.25Hz。A2也是一个低通放大器，其低频放大倍数约为AF2=R10/R7=150 。其截止频率为f02=1/21/2πR10C8=0.23Hz。经两极放大后，0.2Hz左右的信号被放大到4000倍以上。 比较器电路：调节Rp，使比较器同相端电压在2.5-4V左右变化。在无报警信号输入时，比较器反相端电压大鱼同相端，比较器输出为低电平。当有人入侵使，比较器翻转，输出为高电平，LED亮，当人体运动时，则输出一串脉冲。 驱动电路：VT1、555I和VT2组成驱动电路。当A端输入一个脉冲时，C12将少量充电，若没有再来脉冲，则C12将通过R17放电；若有人在报警区内移动，则会产生一系列脉冲，使C12不断充电，当到达一定电压时，VT1导通而输出低电平。这个低电平输入到由555I组成的单稳态电路的2脚，使555I出发，3脚输出高电平，从而使VT2导通，使继电器吸合，从而控制警报器。单稳态的暂态时间由R19及C13决定，调节R19可改变报警的时间。 延时电路：555II组成上电延时电路。当接通电源的瞬间，555II的2、6脚处于高电平（C14）来不及充电，其