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1、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nm8 .4351的 单 色 光 , 光 亮 度111)(emvLVKL, 对 波 长 为nm1 .5462的 单 色 光 , 光 亮 度222)(emvLVKL,且有21vvLL。在暗视觉时,应有:4 11 110)(emvLVKL,4 22 210)(emvLVKL因为:)()()()( )()( )()( )()(12212 2211 12211 2 1 VVVV VLV VVL LVKLVK LLvvememvv9 .200173. 0
2、714. 0978. 02640. 0大于 1,所以在暗视觉时,波长为nm8 .4351的光源的光亮度大于波长为nm1 .5462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. 0102240. 0683)(3emvVKLm(流明)发光强度)1028. 3(102 . 44/)101 (328. 055 23vvICd(坎德拉)光亮度)102 . 4(1035. 54/)101 (102 . 41111 235 或SILv vCd/m2光出射度5 23102 . 44/)101 (328. 0 SMv vLm/m2 10
3、 米远处光斑面积大小:52321085. 7)10110(414. 3)(4LSm2反射光功率为:33107 . 110285. 0PPW反射光通量279. 0240. 0683107 . 1)(3VKPmvLm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/0I,由于朗伯体的光亮度与方向无关,所以:3 5 01013. 11085. 714. 3279. 0SSILv vCd/m23、解:解:白炽灯各向同性发光时848305 . 114. 34422vvvERSELm4、解:解:由维恩位移定律,KmTm2897,所以KTm6353456. 028972897第三章 1、解:解
4、:300K 时,310/105 . 1cmni,1510dN远大于 ni,所以dipNn=+1510。而npni2,.innp=220 5 152 25 102 25 1010个/cm2其费米能级)(29. 0)(106 . 4105 . 1103001038. 1201015 23eVEJELnEnNkTLnEEiii id ifn其能级图如右。 2、解:解:300K 时,因310/105 . 1cmni,161025. 2idnNn4 16202 101025. 21025. 2nnpi个/cm2其费米能级)(42. 0)(1073. 6105 . 11025. 23001038. 120
5、1016 23eVEJELnEnNkTLnEEiii id 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)(61910cmqnpqnqpnipn(b)掺杂率 10-8,则掺入的施主浓度为1482210510105 dN所以,14105dNn,5 142102 105 . 4105)105 . 1 (pnpi)(/108. 0106 . 1)480105 . 41350105(19414cmpqnqpn6、解:解:因为归一化探测率NEPfADd*,所以10 1132*1013. 310105)25. 0
6、(DfANEPdW这就是能探测的最小辐射功率。 7、解:解:9 7100 . 8100 . 221 21HfS8、解:解: 该金属光电发射体的逸出功为 2.5eV, 所以eVEEWf5 . 20, 且eVEEC5 . 70。(a) 发生光电效应的长波限:7 19834 1097. 4106 . 15 . 21000. 31062. 6 Whcmm(b) 费米能级相对于导带底的能级差0 . 5)5 . 7()5 . 2(00EEEEEcfeV第四章 10、解:解: (b)阴极电流AESSIKK441041021 . 020倍增系数611 01034. 2)495. 0(98. 0)(nM阳极电流
7、AMIIKA2641036. 91034. 210411、 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:knAVM ,所以VdVknMdM如要求放大倍数的稳定度大于 1%,则电压的稳定度应优于31004. 101. 0128 . 011MdM knVdV12、解:解:因为阳极电流ESMSIKA,所以最大光照度4 . 0101022520054max maxSMSIEKKlx第五章 2、解:解:光敏电阻中的光电流EUgSIg)(0,所消耗的电功率为IUP ,所以极限照度为;20020)0105 . 0(1040 )(2632 0max
8、 maxUgSPEglx3、 解:解:电路如右图所示。RL上的分压为URRRUtLL L,所以L LL tRUUUR无光照时6 1102 . 12000020. 0020. 012tR有光照时4 21020002212tR 因为光电导ESGGgpp0所以光照度)11(1120ttggp RRSSGGE5 .16)102 . 11 101(1061646LX4、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
9、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, kRL4sRREEGGSttp g6 7120102)101 50001(1001)11(1 继电器吸合时的电流为 2mA,由RtRLU题 53 图CdSJ12V题 54 图3 310610212 IURRLp kRP22 36105 . 210210211 PgRSElx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kESRgP25. 1400102116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
10、流偏置,()b C gbeUIRrbb=+1()b OCccCc gbeUUVI RVRRrbb=-=-+1(b)恒压偏置,bebeUVU,()()b e beUIRrbb=+11,()b C gbeUIRrbb=+1()b OCCCCC beUUVI RVRRrbb=-=-+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214104 . 13 . 032R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
11、参数为2/7mmLnASX,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ffSCSEARRIU所以,在 100 lx 的照度下,5 9107 . 55510010710 SEAURf同理,在 100 lx 的照度下,4107 . 5fR9、Rf+- -+-题 68 图解:解: (1)2CU2 的暗电流7 60104105 . 16 . 0fdRVI(A)(2)有光照时,ESIEP,fdPRIIV)(1,所以:
12、67 61102 . 1)104105 . 14 . 2(1001)(1d fEIRV ESA/lx10、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 . 0SA/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10MVV,求获得最大电压输出时的0R 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 . 0maxmaxSIPA 远大于暗电流2 . 0dIA,所以暗电流可以忽略。a)最大辐射功率为 400W 时,拐点电压10MVV,这时输出电压3 .
13、 7107 . 018MbeCCOUUUUV由于eeeORSRIUmax) 1(,所以895104004 . 0) 150(3 . 7) 1(6 maxSURO eb) 当辐射功率从 400W 减小到 350W 时,91. 089510504 . 0) 150() 1(6 eeeORSIRUV11、解:解:由题意,应由直流负载电阻CR 来确定直流工作点,放大器输入电阻iR与直流负载电阻CR 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。CRcRiVb(a) 检测电路(b)交流等效电路题 611 图G0ICGcGi2CU13DG6+18VReVO题 611 图(1)在直流静
14、态工作点 Q,应有CQbEQQGVVESVGI)(00在交流情况下,应有mEiCMQESGGGVV)(0在取得最大输出功率的情况下,应有CiGGG0,以上三式联立求解,得:)(22)2(00MbMmE CVVVGEESG6001 )1040(210005. 02)523(105 . 06 S所以: 600CR1501 6001005. 00CiGGGS150iR(2)输入给放大器的电流为tttESimEisin75. 0sin35 . 05 . 0sin21其有效值为AiIii53. 075. 0707. 0707. 00电压有效值为56100 .81053.0150iiiIRV伏功率有效值为WIVPiii1175102 . 4103 . 5100 . 8(如取结间电导6 010005. 0GS, 则7102 . 2CGS,6106 . 4CR,6105 . 4iR;AIi53. 0,38. 2iVV,61026. 1iPW)12、 解:解: 图中用 2CU 型光电二极管接