习题课

习题课P4辐射度量与光度量的根本区别是什么？辐射度量与光度量的根本区别是什么？辐射度量适用于整个电磁波段。辐射度量适用于整个电磁波段光度量适用于可见光波段。光度用见光波段激光有哪些特点？激光器的基本结构如何？P29P32P29P32答特点良好的单色性优良的方向性答：特点：良好的单色性，优良的方向性，高亮度，相干性好。基本结构：工作物质、谐振腔、泵浦源。试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在结构上的差异，以及各自特性上的差异。P25P25答：在结构上，半导体激光器以正向外加电源作为泵浦源以两个晶体解理面作谐振腔源作为泵浦源，以两个晶体解理面作谐振腔。而半导体发光二极管没有谐振腔。在特性上，而半导体发光极管没有谐振腔在特性LD是受激辐射引起，发出相干光，而LED是自发辐射发出荧光自发辐射，发出荧光。P38图3-4图3-5什么是探测器的光谱灵敏度为什么测量什么是探测器的光谱灵敏度？为什么测量光谱灵敏度的系统一般需要单色仪？光谱灵敏度的系统般需要单色仪P57P57即光谱响应率。探测器在波长为λ的单色光照射下输出电压V(λ)与电流I(λ)与入光照射下，输出电压Vs(λ)与电流Is(λ)与入射的单色辐通量λ之比。单色仪的使用是为了得到单色辐射通量。P58•设某光电阴极的量子效率为η=25%,输入光的波长为λ=135μm且已知入射光功光的波长为λ=1.35μm，且已知入射光功率Pλ=2mW，试计算该光电阴极输出信号光电流的大小P52P105比数目与输入光子数目之量子效率为输出光电子P52P105比数目与输入光子数目之量子效率为输出光电子hqIhN///λΦΦη==hchv//λΦΦηqPIληλ=输出光信号电流大小为hcI=输出光信号电流大小为106.11035.110225.01963××××××−−−mA54.01031063.6106.11035.110225.0834=×××=−I画出具有11级倍增极，负高压1200V供电，均匀分压的光电倍增管的工作原理图分别均匀分压的光电倍增管的工作原理图，分别写出各部分名称及标出Ik，Ip和Ib的方向。P89IIpIIkIb•若该倍增管的阴极灵敏度Sk为20μA/lm，阴极入射光的照度为0.1lx，阴极有效面积为2cm2，各倍增极二次发射系数均相等（）光电子的收集率为各倍增系数均相等（σ=4），光电子的收集率为0.98，各倍增极的电子收集率为0.95，试计算倍增系统的放大倍数和阳极电流阳极电流。•设计前置放大电路使输出的信号电压为200mV，求放大器的有关参数并画出原理图器的有关参数，并画出原理图。P7961101034.2)495.0(98.0)(×=××==nMεσε放大倍数A9360ESMSMSMIIΦ阳极电流mA936.0===×=ESMSMSMIIkkkpΦ阳极电流如图P92图4-41所示Ω7.213200===VR如图P92图441所示Ω7.213936.0===pfIR•现有GDB‐423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm2，阴极灵敏度Sk为25μA/lm，倍增系统的放大倍数为105，阳kμ/极额定电流为20μA，求允许的最大光照μA102102045k−×===MIIp阴极额定电流为解：10M10264−kI最大允许光通量为lm1082510264−×=×==kkSIΦ最大允许光通量为lx104102108246−−−×=×==SEΦ允许的最大光照为1024×S为什么杂质光电导探测器通常在低温下工作？P104P47温下工作？P104P47答在杂质光电导探测器中杂质原子的浓答：在杂质光电导探测器中，杂质原子的浓度远比基质原子的浓度低得多。在常温下，度远比基质原子的浓度低得多在常温下，杂质原子束缚的电子或空穴已被热激发成自由态作为暗电导率的贡献量这时光照在它由态作为暗电导率的贡献量。这时光照在它上面已无束缚电子或束缚空穴供光激发用，即光电导为零或很微弱。因此，为使杂质光电导探测器正常工作必须降低它的使用温电导探测器正常工作，必须降低它的使用温度，使热激发载流子浓度减小，才能增加光激载度提高率激发载流子浓度，提高相对电导率。一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照时电阻为5000Ω求该样品的光电无光照时电阻为5000Ω，求该样品的光电导。P107(519)P107(5.19)P109•如图所示的电路为光敏电阻的恒压偏置电路。已知VDw为2CW12型稳压二极管，其稳定电压值为6V，VDw为2CW12型稳压极管，其稳定电压值为6V，设Rb＝1kΩ，Rc＝510Ω，三极管的电流放大倍数不小于80，电源电压Ubb＝12V。当CdS光敏电阻光敏面小于80，电源电压Ubb12V。当CdS光敏电阻光敏面的照度为150lx时，恒压偏置电路的输出电压为10V；照度为300lx时输出电压为8V试计算输出电压为照度为300lx时，输出电压为8V。试计算输出电压为9V时的照度（设光敏电阻在500～100lx的γ值不变）。照度为500l时的输出电压为多少？照度为500lx时的输出电压为多少？解：分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足2CW12的稳压条极管的电流满足2CW12的稳压条件，三极管的基极被稳定在6V。光照度为150lx时U0为10V，三极管集电极的电流为mA92.351010120=−=−=bbcRUUI510cR因为三极管的电流放大倍数大于80，Ic≈Ie，所以为极管的放大倍数大于ce所流过光敏电阻的电流即3.92mA。假设三极管Ube≈0.7V，此时光敏电阻的阻值大小为光敏值大小为kΩ35.17.0631=−=−=bewUUR1092.331×−eI同理，光照度为300lx时，U0为8V流过光敏电阻的电流及光敏8V，流过光敏电阻的电流及光敏电阻的阻值分别为mA84.75108120=−=−=bbRUUI510cRkΩ676.0108477.0632=−=−=bewIUUR因为光敏电阻的γ值在照度为500-100lx时保持不变1084.732×−eI因为光敏电阻的γ值在照度为500-100lx时保持不变1)676.0/35.1log(loglog21≈=−=RRγ1)150/300log(loglog12≈=−=EEγ近似为直线型光敏电阻近似为直线型光敏电阻mS/lx109.43.530084.73−×=×==EVISg光电导灵敏度输出电压U0为9V，流过光敏电阻的电流为mA88.55109120=−=−=cbbRUUI因为光敏电阻的γ值在照度为500-100lx时保持不变lx2263.5109.488.53=××==−VSIEg此时的入射光照度为照度为500lx时，流过光敏电阻的电流I为mA133.5500109.43=×××==−EVSIgV37.551.013120=×−=−=cbbIRUU输出信号电压为第五章半导体光电导器件第五章半导体光电导器件•利用半导体的光电导效应制成的光电探测器件。（内光电效应）件内光效•材料（或器件）受到光辐射后，材料的电导率发生变化导率发生变化。光敏电阻的光电特性（1）光敏电阻的光电特性（1）•光敏电阻的光电流Ip与入射光通量E之间的关系。的关系。VgVESIpgp==•Sg是光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关。•V为加在光敏电阻上的电压•V为加在光敏电阻上的电压。•gp是光敏电阻的光电导。gpESVI/ESVIggpp==/光敏电阻的光电特性（2）光敏电阻的光电特性（2）暗暗•若考虑暗电导产生暗电流时•流过光敏电阻的电流为III+=•流过光敏电阻的电流为•I为亮电流，ID为暗电流，Ip为光电流DpIII+=p•推导得到光敏电阻的光电导为•g为亮电导，gD为暗电导Dpggg−=g为亮电导，gD为暗电导VgVESIpgp==ESVIggpp==/pgp[52][5-2]•已知CdS光敏电阻的最大功耗为40mW，光电导灵敏度S=05×10-6s/lx暗电导光电导灵敏度Sg=0.5×10-6s/lx，暗电导g0=0，若给CdS光敏电阻加偏置电压20V，g0若给光敏加偏此时入射到CdS光敏电阻上的极限照度为多少勒克司？[52]解答过程[5-2]解答过程大功•光敏电阻最大功耗•偏置电压mW40max=P20V=U偏置电压•最大电流mA220/40max===P/UI•光敏电阻的光电导•所以极限照度ESUIggpp*/==P107（5-17）•所以极限照度l20010*23−ppIgElx20010*0.5*20*6-max====gpgpSUSgE[53][5-3]•光敏电阻R与RL=2kΩ的负载电阻串联后接于V=12V的直流电源上无光照时负载上于Vb=12V的直流电源上，无光照时负载上的输出电压V1=20mV，有光照时负载上的输出电压V2=2V。求①光敏电阻的暗电阻和亮电阻值②若光敏电阻的光电导灵敏度亮电阻值。②若光敏电阻的光电导灵敏度Sg=6×10-6s/lx，求光敏电阻所受照度？gRL12V•无光照时，负载上的电压•负载上的电流mV201=V10*203−V•负载上的电流A1010*210*205311−===LRVI•因此光敏电阻的暗电阻kΩ119810*21012351=−=−=−LbdRIVRRL12V•有光照时，负载上的电压•负载上的电流V22=V2V•负载上的电流A1010*223321−===LRVI•因此光敏电阻的亮电阻kΩ1010*21012332=−=−=−LbRIVR•光敏电阻的光电导，考虑暗电流时光敏电阻的光电导，考虑暗电流时s10*992011114−=−=−=−=gggs10992.010*119810*1033====ddpRRggg•光敏电阻所受的照度lx53.1610*610*992.064===−−pSgE10*66gS[54][5-4]•已知CdS光敏电阻的暗电阻RD=10MΩ，在已知CdS光敏电阻的暗电阻RD10MΩ，在照度为100lx时亮电阻R=5kΩ，用此光敏电阻控制继电器其原理电路如图所示如阻控制继电器，其原理电路如图所示，如果继电器的线圈电阻为4kΩ，继电器的吸合电流为2mA，问需要多少照度时才能使继电器吸合？如果需要在400lx时继电器才继电器吸合？如果需要在400lx时继电器才吸合，则此电路需作如何改进？12VJ12V解题思路1解题思路1光敏电阻的光电导若考虑暗电流时•光敏电阻的光电导若考虑暗电流时dpggg−=P107（5-19）•照度为100lx时光敏电阻的光电导灵敏度11114s10*999.110*10110*5111463−=−=−=dpRRg10*99914吸合时的光敏电阻阻值为s/lx10*999.110010*999.164−−===EgSpg•吸合时的光敏电阻阻值为12V总Ωk210*410*21233''=−=−=−LRIVR总•吸合时光敏电阻的光电导为11114•光电导灵敏度与光敏电阻材料有关s10*999.410*10110*2111463−=−=−=dpRRg光电导灵敏度与光敏电阻材料有关•所以吸合时所需照度为10*99944'−若400l时才吸合此时的光电导为lx07.25010*999.110*999.464===−−gpSgE•若400lx时才吸合，此时的光电导为s10*6.79910*999.1*400*66''''−−===gpSEg•光敏电阻的阻值gpgΩk25.111''''=+=gR•要求负载的阻值+dpRgΩk75.43'=−=RIVRL总要求负载的阻值•可串联一个0.75kΩ的电阻33IL解题思路2解题思路2•照度E1=100lx时，亮电阻R=5kΩ，负载电阻R4kΩ因此流过光敏电阻上的电流和阻RL=4kΩ，因此流过光敏电阻上的电流和电压12Vb•吸合时，流过光敏电阻上的电流和电压mA33.110*410*512RRV33Lb1=+=+=IV65.6*11==RIV吸合时，流过光敏电阻上的电流和电压根据光敏电阻的光电特性VESImA22=IV4*22=−=LRIVV总•根据光敏电阻的光电特性•联列等式VESIgp=P