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电路，若24h中仅有12h受太阳光照，此时太阳电池的硅太阳电池所需的电池单元总数 画出硅太阳电池的蓄电池充电电路 解：0.571*0.12*n*12?2*15*24 8、在如图所示的火灾探测报警器电路中，设
VOC=0.571V，Isc?120mA。试求：
Ubb?12V，其他电路参数如图中所示，若PbS
2mW/cm光敏电阻的暗电阻值为1M?，在辐照度为1情况下的亮电阻阻值为0.2M?。问前
置放大器VT1集电极电压的变化量为多少？
光电检测复习题
2、光源选择的基本要求有哪些?
答： ①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。按检测的任务不同，要求的光谱范围也有所不同，如可见光区、紫外光区、红外光区等等。有时要求连续光谱，有时又要求特定的光谱段。系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。 ②光对光源发光强度的要求。为确保光电测试系统的正常工作，对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。光源强度过低，系统获得信号过小，以至无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工作的非线性，有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器，同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。因此在设计时，必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计，并按估计来选择光源。 ③对光源稳定性的要求。不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。通常依不同的测试量来确定。稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时，可采用稳流电源供电。所用的光源应该预先进行月化处理。当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后再反馈控制光源的输出。 ④对光源其他方面的要求。光电测试中光源除以上几条基本要求外；还有一些具体的要求。如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成；灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布等等，这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足
3、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况?
答：采用阳极接地，负高压供电。这样阳极输出不需要隔直电容，可以直流输出，一般阳极分布参数也较小。可是在这种情况下，必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10～20mm，否则由于屏蔽筒的影响，可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩，并将它连接到阴极电位上，则要注意安全。 采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点，这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容，因此只能得到交变信号输出。可是，它可获得比较低和稳定的暗电流和噪声
4、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点，？为什么要把光敏电阻制造成蛇形？
答：在微弱辐射下，光电导材料的光电灵敏度是定值，光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。因为产生高增益系数的光敏电阻电极间距需很小（即tdr小），同时光敏电阻集光面积如果太小而不实用，因此把光敏电阻制造成蛇形，既增大了受光面积，又减小了极间距。
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5为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？ 答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。
6、简述三种主要光电效应的基本工作原理
答： 当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大，这种现象称为光电导效应，是一种内光电效应。材料对光的吸收有本征型和非本征型，所以光电导效应也有本征型和非本征型两种。当光照射PN结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。
光生电子——空穴对就被内建电场分离开来，空穴留在P区，电子通过扩散流向N区,这种光照零偏PN结产生开路电压的效应，称为光伏效应.
当光照射到某种物质时，若入射的光子能量h?足够大，那么它和物质中的电子相互作用，可致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称为外光电效应。 7、 光电探测器的种类及相应的光电器件？ 答：光电子发射器件：光电管、光电倍增管； 光电导器件：光敏电阻；
光生伏特器件：雪崩光电管、光电池、光电二极管、光电三极管。 8、 光电探测器的噪声主要来源于什么？
答：热噪声；暗电流噪声；散粒噪声；低频噪声。
9、作为性能优良的光电探测器应具有哪三项基本条件？
答：光吸收系数好；电子亲和力小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失应该小，使其逸出深度大。
10、常见的光阴极材料有哪些？ 答：银氧铯；锑钾；锑铯。 12.常用光敏电阻有哪些？
答：硫化镉和硒化镉光敏电阻；硫化铅和硒化铅光敏电阻；砷化铟和锑化铟光敏电阻。 13.硅光电池有哪两种类型？有什么区别？
答：2DR型：以P型硅为基片，基片上扩散磷形成N型薄膜，构成PN结，受光面是N型层。 2CR型：在N型硅片上扩散硼，形成薄P型层，构成PN结，受光面为P型层。 14.光电三极管与普通三极管有什么不同？为什么说光电三极管比光电二极管输出电流可以大很多？ 答：光电三极管在原理上相当于在普通三级管的基级和集电极间并联一个光电二极管。光电三极管的内增益大，故可以输出较大电流。 15.简要说明光辐射产生的条件。
答：平衡辐射：物体温度高于绝对零度；非平衡辐射：存在外界激励使物体偏离原来热平衡态。
16.什么是自发辐射、受激辐射和受激吸收，自发辐射和受激辐射有什么不同？ 答：自发辐射：处在高能级的原子，没有任何外界激励，自发地跃迁到低能级，并发射光子。受激辐射：处在高能级的原子，受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发射光子。受激吸收：处在低能级的原子，受到光子的照射时，吸收光子而跃迁到高能级。
18、激光模式有哪几种，腔内光场分布一般用什么来表示，什么是纵模序数，横模序数。
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答：纵模：光场沿轴向的稳定分布。横模：激光腔内与轴向垂直的横截面内的稳定光场分布。 纵模序数：沿腔轴方向上驻波节点数；横模序数：在光轴垂直方向上的任一截面内，光强在x,y方向上的极小值数目。
19.常用的激光器有哪些，它们所采用的工作物质有哪些，主要输出波长有哪些。
答：气体激光器：氦氖、氩离子；0.6328nm.固体激光器：红宝石、玻璃；0.6943nm.染料激光器：二氯氧化硒；0.32-1nm.半导体激光器：砷化镓；840nm。 20、光电探测器与热电探测器在工作原理、性能上有什么区别？
答：所谓光电效应是指，光辐射入射到光电材料上时，光电材料发射电子，或者其电导率发生变化，或者产生感生电动势的现象。光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。光电效应就对光波频率（或波长）表现出选择性。在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。按照是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。
光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。原则上，光热效应对光波频率（或波长）没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率（或其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等 22、简述光电池、光电二极管的工作原理及区别？
答：光电池和光电二极管都是基于光伏特效应的原理进行工作,只不过光电池可以工作在零偏状态下,是光伏工作模式,器件内阻远低于负载电阻,相当于一个恒压源;而光电二极管必须在反偏电压下才能工作,是光电导工作模式,器件内阻远大于负载电阻,此时器件相当于一个恒流源.
23、叙述光电池低输入阻抗和高输入阻抗放大电路的特点和区别，各应用于什么场合？ 答： 当光电池后接低输入阻抗放大电路时，其工作在短路或线性电流放大状态，这是一种电流变换状态，要求硅光电池送给负载电阻RL（这时RL 空载电压输出是一种非线性电压变换状态，此时RL>Rm且RL→∞，要求光电池应通过高输入阻抗变换器与后续放大电路连接，相当于输出开路。 24、热电势探测器能否测量直流信号？为什么？ 答：用于人体的热释电探测器，它的工作波长为7——15μm，人体辐射为9μm，图中被测物体（或人体）所辐射的红外线经过遮光盘的调制产生调制频率为?的红外光照摄热释电晶体，当?>1∕て时，晶体内自由电荷来不及中和表面束缚电荷的变化结果就使在垂直于极 13 友哥制作 化强度Ps的两端面间出现交流电压，在端面上敷以电极，并接上负载电阻就有电流通过，在负载R两端就有交流电压输出，设温度变化率为dT∕dt，极化强度Ps对时间的变化率为dPs∕dt，电极面积为A，则AdPs∕dt就相当于电路上的电流，于是电压输出与温度变化率成正比。 25、硅光电池为什么使用梳状电池？ 答：梳状电极：大面积光敏面采用梳状电极可以减少光载流子的复合，从而提高转换率，减少表面接触电阻。 27、两种高速的光电二极管的结构特点和原理？（PIN、APD） 答：PIN光电二极管结构特点：P层和N层之间增加了一层很厚的高电阻率的本征半导I。增加I区优点：（1）因为I区相对的P区和N区是高阻，在反偏的工作情况下，它承受极大部分电压降，使耗尽区增大，这样展宽了光电转换有效工作区，使灵敏度增大 （2）又因为PIN结光电二极管的工作电压是很高的反偏电压，使PIN结的耗尽层加宽，电场强光生电流加速因而大幅度减少了载流子在结构内漂移时间元件的响应速度加快 电路特点：反偏电压高 APD光电二极管结构特点：在光照时P+层受光子能量激发的电子从所带电跃迁到导带，在高电场作用下，电子从高速通过P层产生碰撞电离，形成大量新生电子空穴对，并且它们也从电场中获得高能量与从P+层来的电子一起再次碰撞P区的其他原子，又产生大批新生电子 28、硅光电池和硒光电池的结构，适用的波长范围（光谱特性），适合何种光，在实际中应用如何？ 答：硒光电池结构：先在铝片上覆盖一层P型半导体硒，然后蒸发一层镉，然后加热生成N型硒化镉，与原来P型硒形成一个大面积PN结，然后涂上半透明保护层，焊上电极，铝片为正极，硒化镉为负极。适用波长0.3~0.7λ∕μm。在实际应用中，由于硒光电池的光谱响应曲线与V（λ）很相似，很适合做光度测量的检测量。 硅光电池结构：它是用单晶硅组成的，在一块N型硅片上扩散P型杂质（如硼），形成一个扩散P+N结；或在P型硅片扩散N型杂质（如磷），形成N+P结；再焊上两个电极。P端为光电池正极，N端为光电池负极，作光电检测器在地面技术上使用的最多为P+N型。适用波长0.5—1.0λ∕μm在实际应用中，把硅光电池单体经串联、并联组成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站、野外灯塔、航标灯和无人气象站等无输电线路地区的电源供给。 29、光电导效应：在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化（电导率改变、发射电子、产生感应电动势等）的现象称为光电效应。 外光电效应：是指受到光辐射的作用后，产生电子发射的现象。 内光电效应：是指受到光照射的物质内部电子能量状态产生变化，但不存在表面发射电子的现象。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子显著增加而电阻减小的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属半导体接触面上时，会在PN结或金属半导体接触的两侧产生光电动势。 本征光电导效应：只有光子能量m大于材料禁带宽度Eq的入射光，才能激发出电子空穴对，使材料产生光电导效应现象 光热效应：某些物质受到光照后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象 温差电效应：由两种材料制成的结点出现温差而在两结点间产生电动势回路产生电流 杂质光电导效应：是指杂质半导体中的施主或者受主吸收光子能量后电离，产生自由电子或 14 友哥制作 空穴，从而增加材料电导率的现象 30、光电管、光电倍增管的光谱特性取决于什么 答：光电管：光谱特性——阴极材料不同时，对不同波长的光敏感度不同工作原理和结构如图。光电倍增管：光谱响应宽特别是对红光和红外光。工作原理：阴极在光照下发射出光电子，光电子受到电极间电场作用而获得较大的能量，当电子以足够的速度打到倍增电极上时，倍增电极便会产生二次电子发射，使得向阳极方向运动的电子数目成倍的增加，经过多极倍增，最后到达阳极被收集而形成阳极电流随着光信号的变化、在倍增极不变的条件下，阳极电流也随光信号而变化达到把小的光信号变成大的电信号的目的。结构：光阳极K，倍增极D，阳极A 15