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光电技术课后作业答案（部分）光电技术课后作业答案（部分） 第一章： 1、 解：、 解： 光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。 在亮视觉时， 对波长为nm 8 . 435 1 的 单 色 光 ， 光 亮 度 111 )( emv LVKL， 对 波 长 为nm 1 . 546 2 的 单 色 光 ， 光 亮 度 222 )( emv LVKL，且有 21vv LL。在暗视觉时，应有： 4 11 1 10)( emv LVKL， 4 22 2 10)( emv LVKL 因为： )()( )()( )( )( )( )( )( )( 12 21 2 2 2 1 1 1 22 11 2 1 VV VV VL V V VL LVK LVK L L v v em em v v 9 . 20 0173 . 0 714 . 0 978 . 0 2640 . 0 大于 1，所以在暗视觉时，波长为nm 8 . 435 1 的光源的光亮度大于波长为nm 1 . 546 2 的 单色光源的光亮度。 （光谱光视效能值参见教材第 4 页，此处采用了数值内插） 2、 解：解： 该激光束的光通量 328 . 0 102240 . 0 683)( 3 emv VKLm（流明） 发光强度)1028 . 3 (102 . 4 4/)101 ( 328 . 0 55 23 v v ICd(坎德拉) 光亮度)102 . 4(1035 . 5 4/)101 ( 102 . 4 1111 23 5 或 S I L v v Cd/m 2 光出射度 5 23 102 . 4 4/)101 ( 328 . 0 S M v v Lm/m 2 10 米远处光斑面积大小： 5232 1085 . 7 )10110( 4 14. 3 )( 4 LSm 2 反射光功率为： 33 107 . 110285 . 0 PPW 反射光通量279 . 0 240 . 0 683107 . 1)( 3 VKP mv Lm 漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I0与光通量的关系是/ 0 I，由于朗伯 体的光亮度与方向无关，所以： 3 5 0 1013. 1 1085 . 7 14 . 3 279 . 0 SS I L v v Cd/m 2 3、 解：解：白炽灯各向同性发光时 848305 . 114 . 3 44 22 vvv ERSELm 4、 解：解：由维恩位移定律，KmT m 2897，所以 KT m 6353 456 . 0 28972897 第三章 1、 解：解：300K 时， 310 /105 . 1cmni， 15 10 d N远大于 ni，所以 di pNn=+ 15 10。而npni 2 ， . . i n n p = 220 5 15 2 25 10 2 25 10 10 个/cm2 其费米能级 )(29 . 0 )(106 . 4 105 . 1 10 3001038 . 1 20 10 15 23 eVEJE LnE n N kTLnEE ii i i d ifn 其能级图如右。 2、 解：解：300K 时，因 310 /105 . 1cmni， 16 1025 . 2 id nNn 4 16 202 10 1025 . 2 1025 . 2 n n p i 个/cm2 其费米能级 )(42 . 0 )(1073 . 6 105 . 1 1025 . 2 3001038 . 1 20 10 16 23 eVEJE LnE n N kTLnEE ii i i d ifn 其能级图如右。 4、 解：解： （a）300K 时，本征硅的电导率 )(/104 . 4)4801350(106 . 1105 . 1 )( 61910 cm qnpqnq pnipn （b）掺杂率 10-8，则掺入的施主浓度为 14822 10510105 d N 所以， 14 105 d Nn， 5 14 2102 105 . 4 105 )105 . 1 ( p n p i )(/108 . 0 106 . 1)480105 . 41350105( 19414 cmpqnq pn 6、 解：解：因为归一化探测率 NEP fA D d * ，所以 10 11 32 * 1013 . 3 10 105)25 . 0 ( D fA NEP d W 这就是能探测的最小辐射功率。 7、 解：解： 9 7 100 . 8 100 . 22 1 2 1 H f S 8、 解：解： 该金属光电发射体的逸出功为 2.5eV， 所以eVEEW f 5 . 2 0 ， 且eVEE C 5 . 7 0 。 (a) 发生光电效应的长波限： 7 19 834 1097 . 4 106 . 15 . 2 1000 . 3 1062 . 6 W hc m m (b) 费米能级相对于导带底的能级差 0 . 5)5 . 7()5 . 2( 00 EEEEE cf eV 第四章 10、 解：解： （b）阴极电流AESSI KK 44 1041021 . 020 倍增系数 611 0 1034 . 2 )495 . 0 (98 . 0 )( n M 阳极电流AMII KA 264 1036 . 9 1034 . 2 104 11、 解：解： 光电倍增管的增益与每级电压的 kn 次方成正比。其中 k 为 0.708，n 是倍增级数。 既： kn AVM ，所以 V dV kn M dM 如要求放大倍数的稳定度大于 1%，则电压的稳定度应优于 3 1004 . 1 01 . 0 128 . 0 11 M dM knV dV 12、 解：解：因为阳极电流ESMSI KA ，所以最大光照度 4 . 0 1010225 200 54 max max SMS I E K K lx 第五章 2、 解：解：光敏电阻中的光电流EUgSI g )( 0 ，所消耗的电功率为IUP ， 所以极限照度为；200 20)0105 . 0( 1040 )( 26 3 2 0 max max UgS P E g lx 3、 解：解：电路如右图所示。 RL上的分压为U RR R U tL L L ，所以 L L L t R U UU R 无光照时 6 1 102 . 12000 020 . 0 020 . 0 12 t R 有光照时 4 2 102000 2 212 t R 因为光电导 ESGG gpp 0 所以光照度 ) 11 ( 1 12 0 ttgg p RRSS GG E 5 . 16) 102 . 1 1 10 1 ( 106 1 646 LX 4、已知 CdS 光敏电阻的暗电阻 RD=10 M，在照 度为 100 LX时亮电阻 R=5 K。用此光敏电阻控制继 电器，其原理如图所示。如果继电器的线圈电阻为 4K，继电器的吸合电流为 2 mA，问需要多少照度时 才能使继电器吸合？如果需要在 400 LX时继电器才能 吸合，则此电路需作如何改进？ 解：解：由题意， kRL4 s RREE GG S tt p g 6 7 12 0 102) 10 1 5000 1 ( 100 1 ) 11 ( 1 继电器吸合时的电流为 2mA，由 Rt RL U 题 53 图 CdS J 12V 题 54 图 3 3 106 102 12 I U RR Lp kRP2 2 36 105 . 2 102102 11 PgR S Elx 由题意，继电器吸合时的电流为 2mA，总电阻应为 6 千欧，而光敏电阻的阻值是 k ES R g P 25 . 1 400102 11 6 继电器的电阻是 4 千欧，所以还应串接一个 750 欧姆的电阻。 （也可将电源电压降为 10.5 伏） 。 5、 解：解： （a）恒流偏置， () b C gbe U I Rr b b = +1 () b OCccCc gbe U UVI RVR Rr b b =-=- +1 （b）恒压偏置， bebe UVU，() () b e be U I Rr b b =+ + 1 1 ， () b C gbe U I Rr b b = +1 () b OCCCCC be U UVI RVR Rr b b =-=- +1 第六章 6、 解：解：因为微安表满量程电流为 100 微安，故 I2最大值是 1.4 毫安。这时光电池电压 0.3 伏， 所以 214 104 . 1 3 . 0 3 2 R 在微安表支路中，电流为 0.3/（10010 -6）=3103欧姆，所以 R 1为 2000 欧姆。 8、现有一块光敏面积为 55mm2的硅光电池 2CR21，其参数为 2 /7mmLnAS X ， 要求用一个量程为 10V 的电压表作照度指示，测试照度分别为 100LX和 1000LX两档，试 设计一个带有运放的照度计，画出其原理图，并给出图中元件的参数。 解：解：由题意，运算放大器应设计成电流电压变换器的形式，如图所示。 因为 ffSC SEARRIU 所以，在 100 lx 的照度下， 5 9 107 . 5 55100107 10 SEA U Rf 同理，在 100 lx 的照度下， 4 107 . 5 f R 9、 Rf + - - + - 题 68 图 解：解： （1）2CU2 的暗电流 7 6 0 104 105 . 1 6 . 0 f d R V I（A） （2）有光照时，ESI EP ， fdP RIIV)( 1 ，所以： 67 6 1 102 . 1)104 105 . 1 4 . 2 ( 100 1 )( 1 d f E I R V E SA/lx 10、用 2CU1 型光电二极管接收辐射信号，如题 611 图所示。 已知 2CU1 的灵敏度4 . 0 SA/W，暗电流小于 0.2A，3DG6C 的50。当最大辐射功率为 400W 时的拐点电压10 M VV， 求获得最大电压输出时的 0 R 值。若入射辐射功率由 400W 减 小到 350W 时，输出电压的变化量是多少？ 解：解： 由于最大光电流1604004 . 0 maxmax SIPA 远大于暗 电流2 . 0 d IA，所以暗电流可以忽略。 a)最大辐射功率为 400W 时，拐点电压10 M VV，这时输出电压 3 . 7107 . 018 MbeCCO UUUUV 由于 eeeO RSRIU max ) 1( ，所以 895 104004 . 0) 150( 3 . 7 ) 1( 6 max S U R O e b) 当辐射功率从 400W 减小到 350W 时， 91. 089510504 . 0) 150() 1( 6 eeeO RSIRU V 11、 解：解：由题意，应由直流负载电阻 C R 来确定直流工作点，放大器输入电阻 i R与直流负载电 阻 C R 并联共同组成光电二极管的交流负载。其检测电路和交流等效电路如图所示。 C RcRi Vb (a) 检测电路（b）交流等效电路 题 611 图 G0 I C Gc Gi 2CU1 3DG6 +18V Re VO 题 611 图 （1）在直流静态工作点 Q，应有 CQbEQQ GVVESVGI)( 00 在交流情况下，应有 mEiCMQ ESGGGVV)( 0 在取得最大输出功率的情况下，应有 Ci GGG 0 ，以上三式联立求解，得： )(2 2)2( 00 Mb MmE C VV VGEES G 600 1 )1040(2 10005 . 0 2)523(105 . 0 6 S 所以： 600 C R 150 1 600 1 005 . 0 0 Ci GGGS 150 i R （2）输入给放大器的电流为 tttESi mEi sin75 . 0 sin35 . 05 . 0sin 2 1 其有效值为AiI ii 53 . 0 75 . 0 707 . 0 707 . 0 0 电压有效值为 56 100 .81053.0150 iii IRV伏 功率有效值为WIVP iii 1175 102 . 4103 . 5100 . 8 （如取结间电导 6 0 10005 . 0 GS， 则 7 102 . 2 C GS， 6 106 . 4 C R， 6 105 . 4 i R； AIi53 . 0 ，38 . 2 i VV， 6 1026 . 1 i PW） 12、 解:解: 图中用 2CU 型光电二极管接受辐射通量 变化为)sin520(tW 的光信号，其工作 偏压为 Ub= 60 V，拐点电压 UM= 10 V，2CU 的参数是：光电灵敏度6 . 0 SA/W，结电容 Cj= 3 pF。设引线分布电容 C0= 7 pF,试计算： (1)管子工作在线性区并获得最大输出电 压时，Rb应为多少？输出电压有效值 VL？上 限截止频率 fH? (2)若RL上的信号电压只需2mV(有效值)， + 2CU C RbRLVL 题 612 图 为得到最大截止频率 fH，则 Rb应为多少？上限截止频率 fH? 解：解： （1）管子取得