光电检测技术第二版答案.pdf

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息。(2)光电变换光电/热电器件(传感器)、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?,由外电压作用下p-n结内流过的单向电流。光敏电阻两端加电压(直流或交流)。无光照时,阻值很大,电流(暗电流)很小;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?答:(1),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。3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点?p154、比较光电效应和热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。答:所谓光电效应是指,光辐射入射到光电材料上时,光电材料发射电子,或者其电导率发生变化,或者产生感生电动势的现象。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。光电效应就对光波频率(或波长)表现出选择性。在光子直接与电子相互作用的情况下,其响应速度一般比较快。按照是否发射电子,光电效应又分为内光:..具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。光热效应的实质是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(或波长)没有选择性,因而物质温度的变化仅决定于光功率(或其变化率),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、温差电效应和测热辐射计效应等第章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。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?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加,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。4、在如图3-70所示的照明灯控制电路中,将题3所给的cds光敏电阻用作光电传感器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?有关,减小?,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光,例如,光照强度和温度的变化,因为它们都影响载流子的寿命。光伏特器件的工作频率高于光电导器件。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面积;③适当增加工作电压。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?温度升高时,半导体的导:..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。7、分析光电信号输出电路工作原理。试以光电导器件为例,说明为什么光电检测器件的工作波长越长,工作温度就越低?8、简述发光二极管的发光原理及半导体激光器的工作原理。p44它们的结构简单说就是三明治的夹心结构,中间的夹心是有源区。二者的结构上是相似的,但是led没有谐振腔,ld有谐振腔。ld工作原理是基于受激辐射、led是基于自发辐射。ld发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽,而led发射功率较小、光谱较宽、直接调制带宽较窄。9、试判别下列结论,正确的在括号里填写t,错误的则填写f:(1)光电导器件在方波辐射的作用下,其上升时间大于下降时间。(f)(2)光敏电阻的阻值与环境温度有关,温度升高时光敏电阻的阻值也随之升高。(t)(3)光敏电阻的是由于被光照后所产生的光生电子与空穴的复合需要很长时间,而且,随着复合的进行,光生电子与空穴的浓度与复合几率不断减小,使得光敏电阻恢复被照前的阻值需要很长时间。(t)10、简述光电耦合器件的工作原理?p51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—光和光—电的转换器件。11、利用光敏电阻等器件设计楼梯内的节能灯控制电路及测量应用中的自:..