光电探测技术与应用第3章课后习题与答案
第三章 光电信号的采集
(2)匹配偏置电路 匹配偏置指的是偏置电阻RB等于探测器内阻Rd 。
图为一匹配偏置电路。由于光敏电阻的阻值对温度变化特别敏 感，偏置电路中的RB通常不采用一个固定电阻，而是用一个与所 用探测器相同规格的光敏电阻代替，使RB与Rd随温度产生相同的 变化，以减小由于环境温度变化对输出信号的影响，从而保持输 出端A点电位的稳定。
(2) 孔径误差 由于模拟量转换成数字量有一个过程，对于一 个动态模拟信号，在模/数转换器接通的孔径时 间里，输入的模拟信号值是不确定的，从而引 起输出的不确定误差。 可见，孔径误差与信号的最高频率f和系统的 孔径时间有关
。
假设输入信号为一频率为ƒ的正弦信号V=Vmsin2 π ƒt，如图所示。
它基本上是一个电流-电压变换器，在环路增益很大的情况 下，输出电压与与输入电流之间的关系为： Vo = -ZFIi； 式中，ZF是从放大器的输出到输入的有效反馈阻抗。
2. 低噪声放大 第一级低噪声前置放大器多采用分立元件，因为集成运算放大 器的噪声一般比低噪声分立元件的噪声大。晶体管的选择是设计 前置放大器的重要环节，通常根据光电探测器的阻抗来选择合适 的晶体管。对于低噪声放大器，源电阻的大小是选择第一级放大 元件的重要依据。如果源电阻RS在1kΩ~1M Ω之间，选用运算放 大器； RS在1MΩ~1G Ω之间，多采用结型场效应管(JFET)；当RS 超过1G Ω，可采用MOSFEF。 要得到低噪声前置放大器，必须选用噪声系数小的晶体管，同 时还要使光电探测器的源电阻与晶体管的最佳源电阻相等，以得 到最小的噪声系数。但在实际使用中，这二者不会刚好相等，可 以采用变压器匹配和并联来达到阻抗匹配的目的。 此外，还要减少背景光、杂散光以及外界电磁场对光电探测器 和前置放大器的影响。
光电探测技术与应用第4章课后习题与答案
国防工业出版社
第4章 半导体结型光电器件
1 写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。
答：硅光电二极管的全电流方程为
I
q
hc
(1 e
d
) e , I D (e
qU kT
1)
式中， 为光电材料的光电转换效率， 为材料对光的吸收系数。 光电流为
U o I sc 2 R f I sc 2
Uo 1 0.0416mA Rf 24
则，E
e2
I sc 2 0.0416 Ee 100 0.69mW / cm 2 I sc 6
6 已知 2CR44 型硅光电池的光敏面积为 10mm 10mm，在室温为 300K、辐照 度为 100 mW / cm 2 时的开路电压 U oc 550mV ，短路电流 I sc 28mA 。试求：辐 照度为 200 mW / cm 2 时的开路电压 U oc 、短路电流 I sc 、获得最大功率的最佳负载 电阻 RL 、最大输出功率 Pm 和转换效率 m
解： （1）由题意，在温度为 300K 条件下，当辐照度 E e 为 100mW / cm 2 时， 开路电压 U oc 550mW ，短路电流 I sc 6mA ，则由
U oc
I q kT (1 e d ) e, 得，在室温情况下，辐照度为 ln( 1) 及 I sc I h q ID
KT I 1 3 0.026 ln ln 0.018V 18mV q I 6
所以 U oc1 U oc 18 550 18 532mV （2）由于运放的开环增益 A 10 5 ，故可将电路视为零伏偏置电路，则
光电检测技术复习三(光生伏特器件)
问题四 半导体光电器件的特性参数与选择 1 半导体光电器件的特性参数 半导体光电器件主要包括光电导器件与光生伏特器件等两大类， 要根据具体情况选择不 同特性参数的器件。 光谱响应（nm） 光电器件 短 波 长 400 300 750 400 峰值 640 长 波 长 900 122 0 灵敏 度 (A/W ) 1A/l m 0.30.6 0.30.8 0.30.6 输出电 流(mA) 光电 响应 特性 非线 性 动态特性 频率 响应 (MHz) 0.001 上升时 间 (μ s) 200-10 00 ≤0.1 ≤100 ≤ 0.002 ≤0.1 电源 及偏 置 交、 直流 三种 偏置 暗电 流与 噪声
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
第三章 光生伏特器件 问题一 硅光生伏特器件 硅光生伏特器件具有制造工艺简单、 成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特 器件。 问题二 硅光电二极管 硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN 结硅光电二极管为 最基本的光生伏特器件。 1 工作原理—基于 PN 结的光伏特效应 2 基本结构 1) 光电二极管可分为以 P 型硅为衬底的 2DU 型 与以 N 型硅为衬底的 2CU 型两种结构形式。 如图 3-1（a）所示的为 2DU 型光电二极管的 原理结构图。 2) 图 3-1（c）所示为光电二极管的电路符号，其 中的小箭头表示正向电流的方向（普通整流二 极管中规定的正方向） ，光电流的方向与之相 反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 3 电流方程—普通二极管的电流方程 qU （反向偏置时） 且 |U|>> kT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV， ID 为 U 为负值 I ID e kT 1 很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
光电检测技术与应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用_郭培源_课后答案光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说道晓得的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器――数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵ccd医疗卫生――数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务――扫描仪：文档读取---线阵ccd红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测―激光光源的应用领域用一定波长的红外激光反射第五版人民币上的荧光字，可以并使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿造困难，故用作古文学很精确。
（2）红外反射检测―红外信号的检测红外反射的工作原理就是利用人民币的纸张比较厚实、密度较低以及用凹陷印技术印刷的油墨厚度较低，因而对红外信号的吸收能力较强去分辨钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征存有一定的差异，用红外信号对钞票展开反射检测时，它们对红外信号的吸收能力将可以相同，利用这一原理，可以同时实现古文学。
（3）荧光反应的检测―荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
光电检测技术课程作业及答案打印版
思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在（0.38 ）到（0.78 ）范围内旳电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中, 用来定量地描述辐射能强度旳量有两类, 一类是（辐射度学量）, 另一类是(光度学量)。
3、光具有波粒二象性, 既是（电磁波）, 又是（光子流）。
光旳传播过程中重要体现为（波动性）, 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳（粒子性）。
二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会（CIE）根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。
2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。
3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。
单位为 (瓦每球面度平方米) 。
4、辐射强度：辐射强度定义为从一种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W／sr(瓦每球面度)。
三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么？答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。
四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍？ 答:2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02一、填空题1.物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。
光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案
光电子技术及应用（第2版）章节习题及自测题参考答案第一章习题参考答案一、单选题1.ABCD2.ABC3.ABC4.D5.B6.C7.B8.B9. A 10.A二、填空题11.500，30012.无线电波，.红外光，可见光和紫外光，X 射线，γ射线13.0.77---1000μm ，近红外，中红外和远红外14.泵浦源，谐振腔和激活介质15.频率，相位，振幅及传播方向16.受激辐射，实现粒子数反转，谐振腔；方向性好，相干性好，亮度高 17.935μm18.919.125103.1--⋅⋅⨯s m kg20.三、计算题21.解：（1）根据距离平方反比定律2/R I E e e =，太阳的辐射强度为sr W R E I e e /10028.3252⨯==。
得到太阳的总功率为W I e e 26108.34⨯==Φπ（2）太阳的辐射亮度为()sr cm W A I L e ./10989.127⨯== 太阳的辐射出射度为27/1025.6m W L M e e ⨯==π 太阳的温度为K M T e 57614==σ22.解：222z r r ='=，22cos cos z r z+'='=θθ，r d r dS '∆'=ϕ 由：2cos cos r BdS S d d dE θθ'='Φ'=2202222022)(2cos 2z R RB z r r d r z B r d r r B E R R+=+'''=''=⎰⎰ππθπ 23.解：设相干时间为τ，则相干长度为光束与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ 根据相干时间和谱线宽度的关系c L c v ==∆τ1 又因为00γλλv ∆=∆，λc v =0，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式：单色性=101200010328.6108.632-⨯===∆=∆nm nm L v v c λλλ 24.证明：若t=0时刻，单位体积中E 2能级的粒子数为n 20，则单位体积中在t→t+dt 时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：2122122120A t dn A n dt A n e dt --==故这部分粒子的寿命为t ，因此E2能级粒子的平均寿命为212120020211A t tA n e dtn A τ∞-==⎰ 25.解：设两腔镜1M 和2M 的曲率半径分别为1R 和2R ，121m,2m R R =-=工作物质长0.5m l =，折射率 1.52η=根据稳定条件判据：（1） 其中（2） 由（1）解出2m 1m L '>>由（2）得所以得到： 2.17m 1.17m L >>第二章习题参考答案011 1 21L L ''⎛⎫⎛⎫<-+< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭() l L L l η'=-+10.5(1)0.171.52L L L ''=+⨯-=+一、选择题1.ABCD2.D3.ABCD4.AC5.ABCD6.A7.A8.A9.A 10. B二、 是非题911.√ 12.× 13.× 14.× 15.√ 16.√三、 填空题17.大气气体分子及气溶胶的吸收和散射；空气折射率不均匀；晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电压后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。
光电检测技术习题答案
光电检测系统作业答案：第一章：1-2：使用一定的敏感器和传感器，对被测量感知，并转化为电信号，实现非电量的检测。
1-7：题目自拟。
第二章：2-2：光照PN结产生光生载流子，在PN结两端出现电动势，称为光生伏特效应。
在光生伏特效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载流子的寿命通常很短，所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。
2-4：光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。
光电效应对光频率(波长)具有选择性，在光子与电子的相互作用下，其响应速度比较快。
按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应，具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动，引起探测元件温度的上升，温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上，光热效应对光波频率(波长)没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率，而与入射光辐射的光谱成分无关。
因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。
第三章3-4：该题参数不够3-5：光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。
光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。
实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应，如合理地设计负载电阻的大小。
3-13: 由于光照度增大到一定程度后，硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和，其开路电压也将受到势垒高度的限制，因此不会再随入射照度的增大而增大。
硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=，其中U T ≈0.26mV ，S 为光电灵敏度，Ø为光照度，通常U oc ≈0.45~0.6V 。
光电检测技术课后部分答案
第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制：光强，波长，相位，偏振形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换，变换电路，前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。
第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。
受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。
2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。
两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。
3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。
4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。
光电探测技术与应用第一章课后习题与答案
光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分）1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。
辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。
光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。
1.2一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mw 。
该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。
（1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。
（2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。
解：① 该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφS M vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体，他们的亮度相同，均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器，问此时目视观察的亮度是否相同？为什么？解：光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。
光电检测技术智慧树知到答案章节测试2023年哈尔滨工程大学
第一章测试1.对于下列器件，其所使用波长范围主要是红外线的是哪种仪器？（）A:自动感应灯B:血压计C:数字体温计D:血糖仪答案:C2.下列日常所用器件中，哪种应用属于光电变换？（）。
A:电视B:电饭锅C:空调D:冰箱答案:A3.下列应用中需要光电跟踪控制的是？（）。
A:光纤通信B:武器制导C:红外遥感D:工业产品的在线检测答案:ABCD4.下列检测过程中，可以实现非接触检测的是？（）。
A:河流浑浊度检测B:汽车行驶速度检测C:火灾现场温度检测D:大气污染程度检测答案:BCD5.光电传感器是将被测量的量转换成光信号的变化，然后通过光电元件转换成电信号。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.下列哪种噪声属于非白噪声？（）A:热噪声B:产生-复合噪声C:温度噪声D:1/f噪声E:散粒噪声答案:BCD2.光电倍增管的工作原理是基于下列哪种物理效应？（）A:电光效应B:光电导效应C:光电发射效应D:光伏效应答案:C3.对于光电倍增管，产生光电效应的部位是？（）A:阳极B:阴极C:入射窗D:倍增极答案:B4.对于光电倍增管，假设阴极灵敏度为5 μA/lm，阳极灵敏度为50 A/lm，阳极允许的最大输出电流为 A，那么阴极允许的最大光通量为多少？（）A:2xlmB:2xlmC:2xlmD:2xlm答案:B5.假设光电倍增管输入电路的电阻和电容分别是R＝2 kΩ和C＝0.1 μF，那么其带宽是多少？（）A:796 HzB:1000 HzC:2500 HzD:1250 Hz答案:D6.下列光电检测器件中，可以用于位置检测的器件是？（）A:楔环检测器B:光电位置传感器C:光电编码器D:象限检测器答案:ABCD7.下列光电检测器件中，其基本结构属于电容器结构的器件是？（）A:PMTB:PSDC:CCDD:LED答案:CD的工作频率与下列哪些因素有关？（）A:载流子迁移率B:温度C:少数载流子的寿命E:掺杂浓度答案:ABCDE9.在利用光电位置传感器进行检测时，光斑位置越远离器件中心，测量误差越小。
光电检测技术与系统答案
光电检测技术与系统答案【篇一：光电检测课后习题部分答案】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？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. 比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异？1. 光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。
探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。
光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。
特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。
2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。
（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。
第三章3-143-253-26第四章4-24-34-4第五章1 、直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络检测？所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。
光检测器输出的电流第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。
2、何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作用？若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有相对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。
第三章 光电信号的采集
(5)反偏偏置电路 pn结光电效应主要是非平衡载流子中的电子运动。 pn结型光 伏探测器，其用法有两种：一种是不外加电压，直接与负载相 接，如左图所示；另一种是加反向电压，形成反偏偏置，如右图 所示。
反偏偏置可减少结电容，使电路时间常量最小，适合于探测脉 冲和高频调制光。
偏置的选择与光电探测器本身的特性(内阻Rd 、噪声 等)有关，不同形式的偏置电路会引入不同的噪声。对 于低阻光电探测器， 当光电探测系统的噪声以探测器 的非热噪声为主时，探测系统的信噪比与偏置电阻无 关，及与偏置方式无关。这是因为输入信号电压与输入 端等效噪声电压按同比例随RB增加而增加。 当光电探测系统的噪声以探测器和负载电阻RB的热噪 声为主时，恒流偏置信噪比最大，恒压偏置信噪比最 小，匹配偏置居中。 对于高阻光探测器，一般采用具有较大偏流的非恒流 偏置更为合适。但所加偏置电流一般不要超过最佳偏置 电流的上限。
由图可看出，孔径误差一定出现在信号斜率最大处，设模/数转 换的孔径时间为tA ，则 dV/dt = Vm . 2 πcos2 π ƒt (dV/dt)max = Vm . 2 π ƒ 故最大孔径误差 ∆Vm = Vm . 2 π ƒtA
措施：采取采样/保持电路。 如果在模/数转换器之前加一采样/保持电路，在模 /数转换期间将变化的信号“冻结”而保持不变， 即在采样期间跟踪输入信号，一旦发生“保持” 控制，立即将采样信号值保持到下次采样为止。 这样将使采样的孔径时间大大减少。
三 光电信号的调理
光电传感器完成信号的第一次变换，即把待测物理量变换成电 信号的大小或者变换成电信号的变化。 光电信号调理的任务是将经前置放大处理后的光电信号变换为 便于与计算机接口的标准信号。这些信号可以是直流电压信号， 也可以是标准TTL电平的频率、脉冲和开关状态信号。 不同的光电传感器输出的光电信号的类型不同。对于连续的模 拟光电信号，需将电流或电荷量转换为电压量，并经适当的放大 和滤波处理；对于交流信号的光电信号，若信号幅度反映了信息 量，则可通过检波或整流变换电路，将其转换为直流信号，若信 息反映在交流信号的频率变化中，则可将其整形为脉冲信号；若 传感器本身是数字式的，则仅需进行脉冲整型、电平匹配或数码 变换即可。 因此，光电信号调理线路基本上可分为放大、滤波、整形、检 波、整流、鉴相、电平匹配和数码变换等几种。
光电技术课后习题和答案
辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不 能出现光度量？ 答：为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光 电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出 相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根 本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐 射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理 （或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计 算，称为光度参数。因为光度参数只适用于 0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对 光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个 电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量。 光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量 dΦe，除以该 波长λ的光子能量 hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流 速率。 2 试写出 e 、 M e 、 e 、 Le 等辐射度量参数之间的关系式，说明它们与辐射源的关系。 答：辐（射）能 Qe ：以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用 符号 Qe 表示，其计量单位为焦耳（J） 。 辐（射）通量 e ：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称 为辐（射）通量，以符号 e 表示，其计量单位是瓦（W） ，即 1
v ,
2
所以发光强度 I v , = 光出射度 M v , =
v ,
= 0.4815/（8.17×10-7）=5.89×105cd
v ,
d 2
2
= 0.4815/（π×（0.001/2）2）=6.13×105lx
光电技术第三章习题
3.1 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。 3.2 写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。 3.3 比较 2CU 型硅光电二极管和 2DU 型硅光电二极管的结构特点，说明引入环 极的意义。 3.4 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么 PN 结型硅光电 二极管的最高工作频率小于等于 10 7 Hz？
12 试说明楔环探测器、4 象限光生伏特探测器件、线阵列光生伏特探测器件的功
能及其应用。 13 画图说明用 4 象限光生伏特探测器件检测光点的二维偏移量的测量方法。 14 试分析非晶硅集成全色色敏器件与双色硅色敏器件在结构与测色原理上的差 异。 15 何谓 PSD 器件？PSD 器件有几种基本类型？你能设计出用 1 维 PSD 来探测光 点在被测体上的位置吗？ 16 为什么越远离 PSD 几何中心位置的光点，其位置检测的误差越大？ 17 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确） （1） 用光电法测量某高速转轴（ 15000 r / min ）的转速时，最好选用（）为 光电接收器件。 A PMT B CdS 光敏电阻 C 2CR42 硅光电池 D 3DU 型光电三极管 （2） 若要检测脉宽为 10 7 s 的光脉冲，应选用（）为光电变换器件。 A PIN 型光电二极管 B 3DU 型光电三极管 C PN 结型光电二极管 D2 CR11 硅光电池 （3） 硅光电池在 （） 偏置时， 其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系， 且动态范围较大。 A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 （3） 硅光电池在（）情况下有最大的功率输出。 A 开路 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置
3.5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增 大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下 的开路电压？
光电探测技术与应用第3章课后习题与答案
当光照度为 40lx 时输出电压为 6，80lx 时为 9V。设该光敏电阻在 30~100lx 之间的 值不变。试求： （1） 输出电压为 8V 时的照度。
（2） 若 Re 增加到 6 k ，输出电压仍然为 8V，求此时的照度。 （3） 若光敏面上的照度为 70lx，求 Re 3.3k 与 Re 6k 时输出的电压。 （4） 求该电路在输出电压为 8V 时的电压灵敏度。
已知某光敏电阻在 500lx 的光照下的阻值为 550 ， 而在 700lx 的光照下的阻 值为 450 。试求该光敏电阻在 550lx 和 600lx 光照下的阻值？
解：由 r
lg R1 lg R 2 lg 550 lg 450 =0.596 得r lg 700 lg 500 lg E 2 lg E 1
2
0.2 M 。问前置放大器 VT1 集电极电压的变化量为多少？ 解：在没有光照的情况下通过 R3 的电流
I1
U w 0.7 6 0.7 5.3*10 6 A 6 R3 1*10
6
集电极电压 U 1 U CC I 1 R3 12 5.3*10 在辐照度为 1mw/ cm 情况下通过 R3 的电流
Sg
2
dg q (1 e t / ) ，由此可知时间 t 响应越长，灵敏度越高。 d e , hcl 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？
解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时 间常数不相同。在照度相同而温度不同时，其光电导灵敏度不相同和时间常数也不相同。 其材料性质已经一样，只是决定了 的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子 浓度和热生电子浓度各异，决定了 值不同，照度相同决定光生电子浓度相同，温度不同决 定热生电子浓度不同，同样也决定了 值不同。由（1-85）和（1-88）推出光电灵敏度不相 同，由（2-5）和（2-11）推出其时间常数不相同。
光电探测技术与应用第一章课后习题与答案
光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分）1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。
辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。
光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。
1.2一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mw 。
该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。
（1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。
（2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。
解：① 该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφS M vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体，他们的亮度相同，均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器，问此时目视观察的亮度是否相同？为什么？解：光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。
光电探测技术与应用第一章课后习题与答案
光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分）1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。
辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。
光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。
1.2一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mw 。
该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。
（1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。
（2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。
解：① 该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφS M vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体，他们的亮度相同，均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器，问此时目视观察的亮度是否相同？为什么？解：光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。
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R1 5.1 *12 6V U bb 5.1 5.1 R1 RW 1
t ( RW 2 R)C ln(U bb / U th ) (8.2 15) *10 3 *1*10 6 ln(12 / 6) 16.08ms
9 试分析如图 2-20(a)和(b)所示的放大电路中，光敏电阻的作用。
已知某光敏电阻在 500lx 的光照下的阻值为 550 ， 而在 700lx 的光照下的阻 值为 450 。试求该光敏电阻在 550lx 和 600lx 光照下的阻值？
解：由 r
lg R1 lg R 2 lg 550 lg 450 =0.596 得r lg 700 lg 500 lg E 2 lg E 1
解：根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流
Iw
U bb U w 8 9.8mA 满足稳压管的工作条件 Rb 820
(1) 当 U w 4V 时， I e
U w U be 4 0.7 1mA Re 3.3*10 3
由
Rp
U bb U 0 得输出电压为 6 伏时电阻 R1 6K ， Ie
(3) 当 Re 3.3K 时， I e 1mA, r=1, R P 6 K 解得 R p 3.4 K
ห้องสมุดไป่ตู้
U 0 U bb I e R p =8.6V
当 Re 6 K 时， I e 0.55mA, r=1, R P 6 K 解得 R p 3.4 K
U 0 U bb I e R p =10V
2
* 220 *10 3 10.83V
I2
U W 0.7 6 0.7 2.65 *10 7 A 6 R3 0.2 *10
6
集电极电压 U 2 U CC I 1 R3 12 26.5 *10
* 220 *10 3 6.17V
U U 1 U 2 10.83 6.17 4.66V
输出电压为 9 伏时电阻 R2 3K ，故 r
lg R1 lg R2 =1； lg E 2 lg E1
2
输出电压为 8V 时，光敏电阻的阻值为 R p 解得 E=60lx (2) 与（1）类似，得到 E=34lx
U bb U 0 lg R1 lg R2 =4K ，代入 r lg E 2 lg E 1 Ie
(4) 电路的电压灵敏度 S v
U 86 0.1(v / lx) E 60 40
7 在如图 2-16 所示的火灾探测报警器电路中，设 U bb 12V ,其他电路参数如图中所示，若 PbS 光敏电阻的暗电阻值为 1 M ，在辐照度为 1 mW / cm 情况下的亮电阻阻值为
当光照度为 40lx 时输出电压为 6V，80lx 时为 9V。设该光敏电阻在 30~100lx 之间的 值不变。试求： （1） 输出电压为 8V 时的照度。
（2） 若 Re 增加到 6 k ，输出电压仍然为 8V，求此时的照度。 （3） 若光敏面上的照度为 70lx，求 Re 3.3k 与 Re 6k 时输出的电压。 （4） 求该电路在输出电压为 8V 时的电压灵敏度。
解： （a）通过光照调节 R P 的电阻值从而动态的控制集成运放电路的放大倍数
（b）通过光照调节 R P 的电阻值从而动态的调节集成运放同向输入端的输入电压。
4
1
解：在照明控制电路中，入射辐射很强 *1000=208 V 由 I p US g E 得， E (
r
r=0.5，光敏电阻分压 U C =220-0.002*（1+5）
IP 2 ) 369.8 lx US g IP =220—0.002*（5+R）*1000，推出 Sg E
在光照度在 3lx 时，入射辐射很弱，r=1，由 U R=820 ，故应将 R 值调到 820 。 5
光电探测技术与应用 主编：郝晓剑 李仰军
国防工业出版社
第三章 光电导器件
1 试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下，时间响应越长，灵敏 度越高。 t / ，并对其 解：在微弱信号的辐射下， 将式（1-80） n N e , (1 e ) 代入（1-83）
求导即可得半导体材料在弱辐射下的光电导灵敏度为
lg R2 r ( l g E2 lg E1 )
当光照为 550lx 时， R1 10 当光照为 600lx 时， R1 10
6
= 519.53 =493.3
lg R2 r ( l g E2 lg E1 )
在如图所示的电路中， 已知 Rb 820 ，Re 3.3k,U w 4V ， 光敏电阻为 R p ，
2
0.2 M 。问前置放大器 VT1 集电极电压的变化量为多少？ 解：在没有光照的情况下通过 R3 的电流
I1
U w 0.7 6 0.7 5.3*10 6 A 6 R3 1*10
6
集电极电压 U 1 U CC I 1 R3 12 5.3*10 在辐照度为 1mw/ cm 情况下通过 R3 的电流
Sg
2
dg q (1 e t / ) ，由此可知时间 t 响应越长，灵敏度越高。 d e , hcl 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？
解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时 间常数不相同。在照度相同而温度不同时，其光电导灵敏度不相同和时间常数也不相同。 其材料性质已经一样，只是决定了 的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子 浓度和热生电子浓度各异，决定了 值不同，照度相同决定光生电子浓度相同，温度不同决 定热生电子浓度不同，同样也决定了 值不同。由（1-85）和（1-88）推出光电灵敏度不相 同，由（2-5）和（2-11）推出其时间常数不相同。
3
设某只 CdS 光敏电阻的最大功耗为 30mW， 光电导灵敏度 S g 0.5 10 6 S / lx ， 暗电导 g 0 0 。试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。
解：由式（2-1） I p US g E r 得 最大照度 E (
IP 2 P ) ( 2 ) 2 =22500 lx US g U Sg
8 如 图 2-17 所 示 的 照 相 机 快 门 自 动 控 制 电 路 中 ， 设 U bb 12V ， Rw1 5.1k ，
Rw 2 8.2k ， C1 1F ,CdS 光敏电阻在 1 lx 时的阻值约为 15 k 。求景物照度为 llx
时快门的开启时间。
3
解：
U th
最小照度 E
4
IP P 2 =150 lx US g U S g
在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的 CdS 光敏电阻用作光电传感 器，若已知继电器绕组的电阻为 5 K ，继电器的吸合电流为 2mA，电阻 R 1K 。求为使继电器吸合所需要的照度。要使继电器在 3lx 时吸合，问 应如何调整电阻器 R？