光电子技术A解答.doc

徐州工程学院试卷 2011 2012 学年第 二 学期 课程名称 光电子技术 试卷类型 A 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 滕道祥 2011 年 6月 12日 使用班级 09 应用物理学（1） 教研室主任 年 月 日 教学院长 年 月 日题号一二三四五六七八总分总分2410208810812100得分姓 名 班 级 学 号 一、填空题：（共 12 小题，每题2 分，共计 24 分）将正确的答案填写在题中规定的位置上。1、能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。显然，黑体的吸收系数为 1 ，发射系数为 1 。2、如图所示为光伏发电切换式并网系统的结构图，请填写下面方框中的内容。太阳电池逆变器交流负载蓄电池电网切换器3、CCD是一种金属氧化物半导体结构的电荷耦合器件，它的结构和工作方式是一种秘排的 MOS ，能存储入射的光信息电荷，并以 电荷包传 输 ，实现自扫描。4、LED是由多层很薄掺杂半导体材料制成的固体光源，它的发光原理是LED一层带过量的电子，另一层带过量的空穴，当有电流通过时， 电子和空穴中和 放出能量而发光。5、由于人眼只对光子能量()等于或大于1.8eV， 0.7（0.620.78） m的光线感光，因此可见光发光二极管所选择的半导体，其禁带宽度必须 大于 此极限值。6、若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5，那么正常人体所发出的辐射出射度为 520.3 W/m2，正常人体的峰值辐射波长为 9.36 m。7、光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。内光电效应是被光激发所产生的 载流子（自由电子或空穴） 仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生 光生伏特 的现象。8、光生伏特效应是光照使不均匀半导体或 均匀 半导体中光生电子和 空穴 在空间分开而产生电位差的现象。9、硅光电二极管，总是在 正向 偏压下工作。无光照时 IdI so,有光照时Ip 与I so同 向 。10、完成下列光通信原理示意图中的空白内容 。11、凡吸收入射辐射后引起 温升而使电阻改变 ，导致负载电阻两端电压的变化，并给出 电信号 的器件叫做热敏电阻。12、光电倍增管（Photo-multiple tube简称为PMT）是一种真空光电发射器件，如图所示为光电倍增管原理示意图。它主要由 光入射窗 、倍增极 电子光学系统、 光电阴极 和阳极等部分组成。二、选择题：（共 10 小题，每题 2 分，共计 10 分）每小题中只有一个正确答案，将正确的答案填写在题后括号内。1、下列关于光电池温度特性说法中错误的是（ D ）当温度升高时：A、光谱响应向长波方向移动。B、开路电压下降。C、短路电流升高。D、短路电流下降。2、下列各图中关于光伏探测器的电路工作模式是光伏模式（R内RL相当恒压源）的是（ A ）。(A) ( B)(C) (D)3、黑体辐射定律中的基尔霍夫定律的意义是任何不透明材料的发射率在数值上（ A ）。A、等于同温度的吸收率；B、等于同频带的吸收率；C、等于同颇长的吸收率。4、一般光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下,光电池所产生的短路电流与入射光波长之间的关系,一般用相对响应表示。下列关于光电池光谱特性说法中错误的是：（ D ）A、长波阈取决于材料的禁带宽度。B、短波阈受材料表面反射损失的限制。C、峰值波长：不仅与材料有关，还随制造工艺、环境温度而移动。人眼视见函数有相似的光谱响应。D、以上说法全是错误的。5、一般人所指的白光是指白天所看到的太阳光，理论上分析后发现其蕴含自400-700nm范围的连续光谱。根据LED的发光原理，为了让它发白光，工艺上必须混合两种以上互补光而成，下列关于常用来形成白光LED的组合方式错误的有（ D ）。A、基于蓝光LED，通过荧光粉激发一个黄光，组合成为白光。B、通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光。C、 基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光。 D、基于蓝光LED，通过荧光粉激发一个红光，组合成为白光。三、问答题： （共 4 小题，共计 20 分）1、以方框图说明太阳能电池生产工艺流程。（方框图水平列写，各工序的填料和排放物可以不写） (6分)2、多晶硅片（原料）拆封装炉单晶控制拆炉取出单晶单晶切割、剖方切片腐蚀、清洗甩干包装S1：废包装材料氩气冷却水密封，1400S2：边角料G1：氩气G2：HCl、HF、H2W1：含HCl、HF废水W2：含NaOH废水L1：含NaOH废液纯水、氮气G3：氮气W3：清排水包装材料2、请你设计出一个简单的由光敏电阻作光电敏感器件的照明灯光自动控制电路。 （6分）3、简述什么叫光磁电效应 。（3分）在半导体上外加磁场，磁场的方向与光照方向垂直，当半导体受光照产生丹培效应时，由于电子和空穴在磁场中的运动会受到洛伦兹力的作用，使它们的运动轨迹发生偏转，空穴向半导体的上方偏转，电子偏向下方。结果在垂直于光照方向与磁场方向的半导体上、下表面产生伏特电压，成为光磁电场。这种现象被称为半导体的光磁电效应。4、画出硅电池的结构图，并简述它的伏安特性。（5分）四、计算题.（8分）在如图所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V，Rb为820，Re为3.3k，三极管的放大倍率不小于80，稳压二极管的输出电压为4 V，光照度为40lx时输出电压为6V，80 lx时为8V。（设光敏电阻在30到100lx之间的g值不变）试求：（1）输出电压为7伏的照度为多少勒克司？ （2）该电路的电压灵敏度（V/ lx）。 解 根据已知条件，流过稳压管DW的电流满足稳压二极管的工作条件 （.1分）（1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值 将Re1与Re2值代入值计算公式，得到光照度在4080lx之间的值 输出为7V时光敏电阻的阻值应为 此时的光照度可由值计算公式获得 E3=54.45（lx） （.5分）（2）电路的电压灵敏度SV （.2分）五、（8分）假设两块光栅的节距为0.2mm，两光栅的栅线夹角为1，求所形成的莫尔条纹的间隔。若光电器件测出莫尔条纹走过10个，求两光栅相互移动的距离？解：（ 5分）（ 3分）六、（10分）设计有两个30W大功率白光LED灯串联的驱动电路。30W的LED灯的有关参数为：工作电流为2400mA，正向压降为10.611.4V，VDROP取3V。（提示：计算镇流电阻R及其功率、驱动电路的输入电压、驱动电路的效率。）解：恒流设定电阻R的计算R=1.25v/IO=1.25v/2.4A=0.52, 取0.51标准植。（ 2分） R的功耗PD的计算PD=IO2R=2.4A20.51=2.93W, 取5W。（ 3分）输入电压VIN的计算VIN= VDROP+1.25V+VF 计算时当取VF =10.6v，VF=210.6=21.2v，VDROP为3v，则VIN=25.45v。由设计要求，计算时VF若按正向压降最大值计算，则VF=211.4=22.8v；设VDROP为3v，则VIN=27.05v（ 3分） 转换效率的计算 =VF/VIN=22.8/27.05=82.9由于工作电流为2.4A，所以选用LM350。（ 2分）七、（8分）用2CU2D光电二极管探测激光器输出的调制信号e,=20 +5sint（W）的辐射通量时，若已知电源电压为15V，2CU2D的光电流灵敏度Si=0.5A/W，结电容Cj=3 pF，引线分布电容Ci=7 pF，试求负载电阻RL=2M时该电路的偏置电阻RB为多少？并计算输出最大电压信号情况下的最高截止频率为多少？ 解：首先求出入射辐通量的峰值 （ 2分）再求出2CU2D的最大输出光电流 （ 2分）设输出信号电压最大时的偏置电阻为，则可得。 （ 2分）输出电压最大时的最高截止频率为（ 2分）八、（12分）设计一住宅太阳能光伏系统，房顶有效面积36m2；房顶正南向，倾斜300；家庭年总消费量为3000KWh；太阳能组件100W