光电综合习题解答.ppt

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1、光电技术综合习题解答 n一、选择最适当的填入括号中（单选） 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型光电三相管 CPN结型光电二级管D 2CR11硅光电池 当需要定量检测光源发光强度时，选用（ A ）为光电变换器件 。 A光电二极管 B光电三极管 C热敏电阻 D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

2、地（ B）。 A增加末三级并联电容的容量 B 降低电源电压 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 n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

3、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=EvA=1000.5 cm2=5.010-3(lm) 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) n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

4、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 = 6.62610-34js ，氦 氖激光的明视觉光谱光视效率V(632.8nm) = 0.235， 再根据普朗克辐射定律和斯忒潘-波尔兹曼定律，分别得到液态 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）幕的反射光出射度为多少lx？ （3）幕每秒钟吸收多少个光子？ 解

5、：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=6830.235610-3=0.963(lm) 白色屏幕上的光照度应为 Ev=v/S=0.963/0.810-4=1.20104 (lx) 幕的反射光出射度为 Evr=r Ev=0.961.20104 =1.15104 (lx) 幕每秒钟吸收的光子为 （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

6、，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，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

7、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 =Ia /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

8、UDD=64（V） Ubb=(N+1.5) UDD=800(V) 分压电阻链的电阻Ri为 Ri=UDD / IRi n六、在如图所示的电路中，已知Rb=820，Re=3.3k，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=1.5Ri=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 应为0.01%/11=0.009%。 试求： （1） 输出电压为8V时的照度为多少lx

9、？ （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， 稳压二极管工作在稳压区； 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 DW R R R U U b bb e 0 七、已知光电三极管变换电

10、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，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）

11、(2) RL=U /I =42.5( k) （3）由图相似三角形关系可得电源电压（EC-22）=17/4 ； 故取为EC=26.25V。 （4）由图可知电路的电压灵敏度Sv为 Sv=U /E=0.106(V/lx) 而电路的电流灵敏度SI为 SI=I /E=2.5(A/lx) 八. 用光电耦合器构成或门逻辑电路（画出电路图）， 使输入和输出电路在电气上隔离开。 一种实现如下图，为使输入和输出电路电气隔离，输入和 输出电路应采用互相隔离的电源供电，在电路图上两边的 接地用不同符号表示。 n九、要实时地检测生产线上轧制的钢板宽度， n问：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

12、与技术措施） n 解：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、 CCD1 CCD2 驱动器 并行二值化 数据采集 计算机接口 电路 2分别为两个摄像机镜头的横向放大倍率。 十、在7-6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

13、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I1= SEV， I1= S EV， 显然，此题为多解题，可根据电路的应用特点，选择RC与RB。例 如，若对速度有要求， RC尽量小。 （3）当背景光的照度为10 lx时，电流I1为 I1= SEV

14、=0.1510-3 10= 1.5(mA) U0= Ubb IC RC= (4) 入射光的照度为100 lx时的输出电压为 U0= Ubb IC = 十一. 为什么光电倍增管不但要屏蔽光，而且要屏蔽电与磁？ 制造光电倍增管的屏蔽罩需要用什么样特性的材料？屏蔽罩为 什么必须与玻璃壳距离至少20mm ？ 光电倍增管中电子的运动，会受入射光强、电场和磁场的影光电倍增管中电子的运动，会受入射光强、电场和磁场的影 响，需要屏蔽这些不必要的干扰，仅检测感兴趣的入射光信响，需要屏蔽这些不必要的干扰，仅检测感兴趣的入射光信 号。屏蔽罩应不透光、导电性好、不易磁化。屏蔽罩与玻璃号。屏蔽罩应不透光、导电性好、不易磁化。屏蔽罩与玻璃 壳距离至少壳距离至少20mm20mm，是为了避免金属屏蔽层和金属之间的强，是为了避免金属屏蔽层和金属之间的强 电场作用下，玻璃壳产生放电现象或产生玻璃荧光，从而引电场作用下，玻璃壳产生放电现象或产生玻璃荧光，从而引 起暗电流，严重破坏信号。起暗电流，严重破坏信号。 预祝同学们考试顺利！