综合习题与解答.ppt

1、光电技术综合习题解答,一、选择最适当的填入括号中（只填写其中之一的符号）, 用光电法测量某高速转轴（15,000转/分）的转速时，最好选用（D ）为光电接收器件。 APMTBCdS光敏电阻 C2CR42硅光电池D3DU型光电三极管 若要检测脉宽为10-7S的光脉冲，应选用（A ）为光电变换器件。 APIN型光电二极管B3DU性光电三相管 CPN结型光电二级管D 2CR11硅光电池, 在光电倍增管变换电路中，要想获得理想的信噪比（压低噪声），较小的暗电流，适应的灵敏度和较高的稳定度，可以适当地（ B）。 A增加末三级并联电容的容量 B 降压电源电压 C减小末级倍增极与阳极间的电压 D增加阴极与第

2、一倍增极间的电阻阻值 硅光电池在（ D）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开路 B自偏置 C零伏偏置 D反向偏置 硅光电池在（B）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,二、在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面积为0.5 cm2，若照度计测得的最大照度为100(lx)，试求,1、 标准钨丝灯在该方向的发光强度为多少？ 2、所发出的光通量为多少？ 3、它所发出的辐射通量又为多少？,解：首先计算光电探头对标准钨丝灯所张的立体角 再计算光电探头所接收的光通量 v=EvS=1000.5 cm2=5.010-3(lm)

3、 因而可以计算出灯在该方向上的发光强度Iv Iv=v/=5.010-3/1.2510-5=400(cd),三、今测得某液态金属辐射体的光谱辐射峰值波长m=0.7245m，试求该液态金属的温度T、峰值光谱辐射出射度Me，S，m和总辐射出射度Me各为多少？,灯所发出的光通量为 灯所发出的辐射通量为,解：根据维恩位移定律，有 m=2898/T 因此得到液态金属的温度T为 T =2898/0.7245 =4000(K),四、某输出功率为6mW的氦氖激光器，发出波长为0.6328m的光束，均匀地投射到0.8cm2的白色屏幕上。已知屏幕的反射系数为0.96，设光速C= 3108m/s，普朗克常数 h =

4、6.62610-34js ，氦氖激光的视见函数V(6328) = 0.268，,再根据斯忑潘-波尔兹曼定律得到液态金属的峰值光谱辐射出射度Me，S，m和总辐射出射度Me分别为 Me,s,m= 1.30910-18T5 = 1.34(Wcm-2nm-1) Me=T4 = 5.6710-1240004 = 1.45103(W/cm2),试求：（1）幕的光照度为多少lx？ （2）幕的反射出射度为多少lx？ （3）幕每秒钟接收多少个光子？,解：先将氦氖激光器输出单色辐射的辐射功率转换为光通量v v=KmV()e=6830.268610-3=1.098(lm) 白色屏幕上的光照度应为 Ev=v/S=1.

5、098/0.810-4=1.37104 (lx) 幕的反射光照度为 Evr=r Ev=0.961.37104 =1.32104 (lx) 幕每秒钟接收的光子为,（个/秒）,五、GDB20的阴极光照灵敏度为60A/lm，阴极面的有效直径为15mm，倍增级数为11级，阳极光照灵敏度为100A/lm，长期使用时阳极电流应限制在4A以下。试问:,(1) 长期使用时，光电倍增管阴极面的极限入射光通量为多少？ (2) 设阳极电阻为75K，问输出电压由背景光为0.1mV变化到0.25mV情况下入射光的照度变化为多少lx？ (3) 已知GDB20的倍增极为Cs3Sb材料，倍增系数为=0.2(UDD) 0.7，

6、试计算它的供电电源电压应为多少？它的分压电阻链的电阻值应为多少？ (4) 当要求输出信号的稳定度为0.1%时，高压电源电压的稳定度应为多少？,解：(1) 先根据已知条件求出GDB20的增益G G=Sa/Sk=100/(6010-6)=1.67106,Ia=kSkG , kmax= Iam/SkG =(410-6)/( 6010-61.67106) =3.9910-8(lm) (2) 设照度变化引起的输出电压变化为U U =(0.25-0.1) 10-3=0.1510-3 (V) 阳极电流的变化为 Ia =U/Ra =0.1510-3/75103=210-9 (A) 阴极电流的变化为 Ik =I

7、a /G =1.210-9/1.67106=1.210-15 (A) 阴极的光通量变化为 v k =Ik / Sk= 1.210-15/ 6010-6 =210-11(lm),阴极的光照度变化为 Ev k =v k / S =v k / (D2)/4 =210-11/ 1.7610-4 =1.1310-7(lx) (3) 它的供电电压应为 G =N=(0.2(UDD) 0.7)11=1.67106 由此解出UDD为 UDD=64（V） Ubb=(N+1.5) UDD=800(V) 分压电阻链的电阻Ri为 (N+1.5) RiUDD / IRi,六、在如图所示的电路中，已知Rb=820，Re=3

8、.3k，UW=4V，Ubb=12V；光敏电阻为RP，当光照度为30lx时输出电压为6V，80 lx时为9V。（设该光敏电阻在30到100lx之间的值不变）,而IRi应远远大于Iam=10 410-6 (A)，由此可以选出Ri Ri=100k ; R1=150k (4) 由于输出信号的稳定度的要求为0.1%，供电电压的稳定度应高于输出信号的稳定度一个数量级，因此，供电电压的稳定度应为0.01%。,试求： （1） 输出电压为8V时的照度为多少lx ？ （2）输出电压在8V时，变换电路的电压灵敏度为多 少（V/ lx）？ 解：(1) 首先看稳压二极管是否工作在稳压状态，,bb,稳压二极管工作在稳压区

9、；,再求流过恒流偏置的光敏电阻的电流Ip,Ip =Ie=(Uw Ube)/Re =1(mA),计算在不同照度下光敏电阻的阻值 光照度为30lx时, R1=(UbbUo1)/ Ip=6( k); 光照度为80lx时, R2=(Ubb Uo2)/ Ip=3( k); 光照度为E3时, R3=(Ubb Uo3)/ Ip=4( k);,由于,且，光敏电阻在30到100lx之间的值不变,七、已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图所示，入射光照度变化为e=120+80sint（lx），为使光电三极管的集电极输出电压不小于6V的正弦信号。试用作图法求解负载电阻RL，电源电压EC，电流灵敏度和电压灵敏度，

10、并在光电三极管的伏安特性曲线的下方画出输出电压的波形图。,因此，可由,求得E3为,lgE3=( lg3- lg4)/0.7+lg80=1.7246 E3=53（lx） (2) 输出电压在8V时，变换电路的电压灵敏度为Sv Sv=U /E =（ Uo3 Uo2）/（E3 E2） =1/27=0.037(V/lx),解：此题可以用“图解法”解， (1) 6V正弦信号的双峰值为Upp= 17（V） (2)RL=U /I =42.5( k),取RL= 43( k)；,八、已知RL2048DKQ像敏单元为26(H)13(L)m2在250580(nm)波段的光照灵敏度SV=4.5V/(Jcm-2)。若用它

11、为探测器，并用16位A/D(ADC700输入电压范围为10V)转换器采集被测光谱，测得幅度为43200，中心位于1252像元。若积分时间为0.1s，背景为2100。当仪器被2条已知谱线标定(一条谱线为260nm，中心在280像元上，另一条为400nm，中心在2 500像元)。,（3）由图可以确定电源电压EC应大于（5+17）V；故取为EC=24V的标称电源电压。 （4）由图可知电路的电压灵敏度Sv为 Sv=U /E=0.106(V/lx) 而电路的电压灵敏度SI为 SI=I /E=2.5(A/lx),试计算：1、该光谱的辐射出射度为多少W/(cm-2nm)？ 2、谱线的中心波长为多少nm？,解

12、：1、该光谱的辐射出射度由输出信号的数字幅度43200与器件的光照灵敏度SV=4.5V/(Jcm-2)决定 Me,=Uo/SVTc=10(432002100)/(2161) 4.510-6 /0.1 =0.28210-3 W/(cm-2nm) 2、谱线的中心波长的计算 单位像元表征的波长为 l=l/n=(400260)/ (2500280)=0.063(nm) 被测光谱距第1条标定谱线的距离为 l=(1252280)0.063=61.24(nm) 故，被测光谱的的中心波长为=260+61.24=321.24(nm),九、生产线上轧制的钢板宽度为18602000mm，线速度为4m/s，要实时地检

13、测钢板的宽度，检测的精度要求为0.1mm。 问：1、采用怎样的技术措施？（以原理方框图的方式说明系统的结构方案与技术措施） 2、选用什么样的CCD？（描述所选CCD的像敏单元尺寸和像素数及其他特性） 3、CCD的最低工作频率为多少？最长积分时间为多少？,解：1、采用如下方框图所示的两个线阵CCD拼接方式进行测量，用二值化数据采集接口方式进行计算机数据采集后，由计算机计算出钢板的宽度,式中，N1、 N2分别为被测钢板两个边沿在两个线阵CCD所成像的边沿像元数，l0为CCD的像元长度，L为两个线阵CCD的间距，1、,2、根据测量速度和精度的要求，可选用512像元的线阵CCD器件。它的像敏单元长为1

14、4m；高14m；中心距14m；共计1024个有效像素单元，总长为7.168mm。 3、在一个积分时间内被测钢板的运动不应大于测量精度要求的长度，故积分时间应小于0.1mm/4m/s=0.110-3/4=0.025(ms) 最低工作频率fR为fR=(512+16)/0.02510-3=21.12(MHz),2分别为两个摄像机镜头的横向放大倍率。,十、在7-62图所示的光电变换电路中，若已知3DU2的电流灵敏度SI=0.15mA/lx，电阻RL=51k，三极管9014的电流放大倍率=120，若要求该光电变换电路在照度变化为200 lx的范围情况下，输出电压Uo的变化不小于2V，问：,（1）电阻RB与RC应为多少？ （2）试画出电流I1、I2、IB和IC的方向. （3）当背景光的照度为10 lx时，电流I1为多少？输出端的电位为多少？ (4) 入射光的照度为100 lx时的输出电压又为多少？,解：根据题目所给的已知条件和电路图，可以标定出各电流的方向。再由电路，可找到输出电压与入射光照度的关系，即,输出电压变化量为U= ICRC，即,式中（IC+ IB）= I1= SEV， (IC+ IB)= S EV，,显然，此题为多解题，可根据电路的应用特点