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1、精选优质文档-倾情为你奉上第三章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
2、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I与入射光波长的关系I=F()。 频率特性：假定其他条件不变，光电流I与入射光调制频率f的关系I=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
3、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U。（2）若光敏电阻的最大耗散功率为100mW，
4、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RL0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I几乎全部流向二极管，即： IID 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9PIN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
5、，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=1/2R6C4=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=1/21/2R10C8=0.23Hz。经两极放大后，0.2Hz左右的信号被放大到40
6、00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
7、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3脚输出为低电平，3脚与555I的4脚相连，所以刚通电瞬间，555I的4脚为低电平，单稳态电路不能工作，即上电时不会报警。延时的时间决定于C14及R21。在这一段延时时间内，若有人在报警区内移动也不能报警，防止自己人没走开就报警。延时结束后，555II的3脚为高电平，555I即能正常工作，从而使整个系统工作在监视状态。 电路调整：调制电位器RP，可调整报警器的灵敏度；调整R19，可调节报警时间的长短。13何为PSD？分析下图的工
8、作原理。答：PSD是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件。既当入射光点落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不通的电信号。通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光点在PSD的位置。入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。PSD的位置输出只与入射光点的“重心”位置有关。工作原理：当入射光照到PSD光敏面上某一点时，在入射位置产生了与光能成比例的电荷，此电荷作为光电流通过电阻层由电极输出。假设产生的总的光生电流为I0，信号电极上的光电流分别为I1和I2,（假设负载电阻RL相对于R1、R2可以忽略）,则：式中L为PSD中点到信号电极的距离，x为入射光点距PSD中点的距离I0
9、=I1+I2 14描述CCD 的MOS光敏元工作原理答：一般都以硅作为半导体衬底，在其上热生长一层二氧化硅(SiO2)，并在二氧化硅上面淀积金属层。因为它是由金属（M）氧化物（O）半导体（S）三层所组成，故称MOS结构。 以P型衬底为例,加正电压时,空穴被排斥，形成一“耗尽区”（俗称“表面势阱”，其深度近似与电压成正比），电子被吸引耗尽区。光照时，半导体硅产生电子-空穴对，电子被势阱收集，空穴被排出耗尽区。势阱吸收的光生电子数与入射光强成正比。一个MOS结构单元称为一个光敏单元或一个像素。 15结合教材图3.2.2-2及图3.2.2-3说明CCD移位寄存器工作原理图3.2.2-2 CCD的电荷
10、位移答： 16结合教材图3.2.2-4及图3.2.2-5说明CCD光敏单元中的电荷向移位寄存器转移的工作过程 。图3.2.2-4 光敏区向移位寄存器转移电荷答：从t0到t2光敏单元a1中的电荷已转移至a1极下的势阱。同理，光敏单元a1、 a2、an中的电荷同时转移至a1、 a2、an极下的势阱。由于t2以后转移电极Z上的电压恢复为零，相当于把光敏区和位移寄存器之间的“门”阻塞。自t3以后，光敏单元又重新进行光累积（积分），位移寄存器a1、b1、c1；a2、b2、c2；an、bn、cn等进行移位（电荷传输），各自执行自己的任务。光敏单元a1中的电荷不移至b1和c1极下，是靠制造适当的沟道和b1、
11、c1极上加适当的电压来实现的。当t=t1时，转移电极Z上加正脉冲，这是Ua=U，Ub=0，Uc=0，即这时b1、c1极下不产生势阱，因此a1中的电荷沿沟道转移至a1极下的势阱。17右图所示为用二块CCD测量大物体直径D的示意图。设所用的CCD有N0个光敏元，每个光敏元的大小为13，CCD间的距离固定为L， CCD1的计数值为N1，CCD2的计数值为N2，写出D值表达式.答： DL13N1+13(N0-N2)18 试用光电耦合器组成如下逻辑电路（画出电路图）。 （参见课本P131）19增量式编码器的原理是光栅的莫尔条纹。20二进制编码方式中，码盘的码道数n和码道编码容量M之间关系为M=2n 。
12、21 简要说出循环码盘的三个特点答：（1）相邻的两组数码之间只有一位是变化的（2）最外层的码字宽比二进制的大一倍（3）高位二种码的取值相同，用C表示二进制，R表示循环码，i表示码道数，i1，代表最里层（高位）的码道。22右图为格雷码图案（白的表示透光“1”），请用线在该图上画出编码输出为“00011”时的位置23画出循环码的译码电路示意图答：24名词解释：Sagnac 效应答：在任意集合形状的闭合光路中，从某一点观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位（或他们经历的光程）将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同，其相位差（光程差）的大小与闭合光路的转速速率成正比。专心-专注-专业