光电检测技术与应用课后答案

第2章

1、简述光电效应的工作原理。什么是暗电流？什么是亮电流？P11

答：暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流；光照时，光生载流子迅速增

加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。

2、简述光生伏特效应的工作原理。为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？P15

答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应•当用适当波长的光照射PN结时, 由于内建场的作用

（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。

（2）光生伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光

伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点？P15、P17

第3章

2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电

导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会

如何？

聲；辽一型号的光敏电阻，在不同光照下和不同的环境温度下，其光电导灵歆度和时间常数不相同.在照度相同而温度不同时，苴尤电导灵啟度不相同和时间常数也不相同.其材料性质一样，只是决定了q的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子派度和热生电子浓度各貝’决定了T值不同，照度相同决定光生电子浓度珂司：温度不司决定了热主电子浓度不同，同样也决定了T值不同。

由―嚳兰匚弱頤射）和（强辐射〉可推出光电灵敏度hcP 2 尸h v K f l'*

不相同，由1 = 1比（1 —亡“）（弱辐射》和△打=小却扫nh丄〔强辐射）可推出时间常数不相r 同.

3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？

答:因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增力□，所以有光照时，光电

效应不明显。

p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反

偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。

5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使

用时如何改善其工作频率响应？

响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命T有关•减小T ,则频率响应提高：其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有九例如，光照强度和温廈的变化，因为它们都影响载流子的寿命口光伏特

器件的工作频率高于光电导器件口要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以采取的措施主要有^①减小负载电阻；②减小光伏特器件中的结电容, 即减小光伏器件的受光直积：③适当壇加工作电压。

6硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降？影响光电倍增管工作的

环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？

答：温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增

大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使

得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。从Fermi能级的变

化上来理解：温度越高，半导体Fermi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化），则两边半导体的

Fermi能级之差也就越小，所以p-n结势垒高度也就越低，也就是开压降低。

光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影

响。无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使实

验数据也更具有可靠性。因此，无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。光

电倍增管工作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温

度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。

降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流。另外，

光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。

10、简述光电耦合器件的工作原理？

光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通

过光线实现耦合构成电一光和光一电的转换器件。

15、光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？

（1）光生伏特器件有反向偏置电路，零偏置电路，自偏置电路。

⑵特点：

自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载为最

佳负载电阻时具有最大的输出功率，但是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很

差，因此在测量电路中好少采用自偏置电路。

反向偏置电路：光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光

生伏特器件的线性范围加宽，因此反向偏置电路被广泛应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。

零偏置电路：光生伏特器件在零伏偏置下，输出的短路电流Isc与入射辐射量（如照度）或线性关系变

化，因此零伏偏置电路是理想的电流放大电路。

16、试比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线，说明它们的差异。

答：比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线可知：当没有光辐射时，

二者的伏安特性曲线是一样的；当有光辐射时，则硅光电二极管的全电流为负值，特性曲线向下平移，且

向下平移的程度随辐照度的不同而变化。但是硅整流二极管的伏安特性曲线不受光照的影响。此外，正

常工作状态下，硅光电二极管两端所加正向电压必须小于0.7V，否则不能产生光电效应。该值通常为

负，即处于反偏状态；硅整流二极管两端所加偏压须为正，且要大于开启电压Uth值。

25、为什么需要将发光二极管与光电二极管圭寸装在一起构成光电耦合器件？光电耦合器件的主要特性

有哪些？

答：将发光器件与光电接收器件组合成一体，制成的具有信号传输功能的器件，即为光电耦合器件。由于

光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的，只有光信息相连。同时，它在信号传输速度、体积、

抗干扰性等方面都具有传统器件所无法比拟的优势。因此，在实际应用中它具有许多优点，被广泛应用于