光电检测技术与应用期末考试复习资料
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光电检测复习资料..简答题1、光电探测器常见的噪声有哪⼏类？分别简要说明。
（1）热噪声：由载流⼦热运动引起的电流起伏或电压起伏成为热噪声，热噪声功率与温度有关( 2)散粒噪声：随机起伏所形成的噪声(3)产⽣--复合噪声：载流⼦浓度起伏引起半导体电导率的起伏，在外加电压下，电导率的起伏是输出电流中带有产⽣--复合噪声(4)1/f噪声：这种噪声功率谱近似与频率成反⽐(5)温度噪声：是由于器件本⾝温度变化引起的噪声2、光电⼆极管与⼀般⼆极管相⽐有什么相同点和不同点？相同点：都是基于PN结的光伏效应⽽⼯作的不同点：（1）就制作衬底材料的掺杂浓度⽽⾔，⼀般⼆极管要⽐光电⼆极管浓度较⾼（2）光电⼆极管的电阻率⽐⼀般⼆极管要⾼（3）普通⼆极管在反向电压作⽤时处于截⽌状态，只能流过微弱的反向电流，光电⼆极管是在反向电压作⽤下⼯作的，（4）光电⼆极管在设计和制作时尽量使PN结的⾯积相对较⼤，以便接收⼊射光。
3、简述光电三极管的⼯作原理。
光电三极管的⼯作原理分为两个过程：⼀是光电转换；⼆是光电流放⼤。
就是将两个pn结组合起来使⽤。
以NPN型光电三极管为例，基极和集电极之间处于反偏状态，内建电场由集电极指向基极。
光照射p区，产⽣光⽣载流⼦对，电⼦漂移到集电极，空⽳留在基极，使基极与发射极之间电位升⾼，发射极便有⼤量电⼦经基极流向集电极，最后形成光电流。
光照越强，由此形成的光电流越4、简述声光相互作⽤中产⽣布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。
产⽣布喇格衍射条件：声波频率较⾼，声光作⽤长度L较⼤，光束与声波波⾯间以⼀定的⾓度斜⼊射。
特点：衍射光各⾼级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或 1级）衍射光，合理选择参数，并使超声场⾜够强，可使⼊射光能量⼏乎全部转移到＋1级（或－1级）5、什么是热释电效应？热释电器件为什么不能⼯作在直流状态？热释电效应：热释电晶体吸收光辐射温度改变，温度的变化引起了热电晶体的⾃发极化强度的变化，从⽽在晶体的特定⽅向上引起表⾯电荷的变化，这就是热释电效应。
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26、 外差检测：a、外差检测增益高，b、微弱光线下，外差检测表现出十分高的转换 增益，c、光外差检测方式具有天然检测微弱信号的能力。 27、 外差检测输出电流包含有信号光的振幅、 频率和相位的全部信息， 这是直接检测所 做不到的。 28、 信噪比用来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。 29、 直接检测方法不能改善输入信噪比。 30、 对应检测电路的不同工作状态，频率特性可有不同的简化形式。 31、 在保证所需检测灵敏度的前提下获得最好的线性不失真和频率不失真是光电检测 电路设计的两个基本要求。 32、 检测电路频率特性的设计包括：a、确定信号的频谱分布，b、确定多级光电检测 电路的允许通频带宽和上限截止频率，c、确定单级检测电路的阻容参数。 33、 光敏电阻与其他半导体光电器件相比，有以下特点：a、光谱响应范围宽，b、工 作电流大，可达数毫安，c、所测的光电强度范围宽，即可测弱光也能侧强光。d、灵敏 度高，e、无选择极性之分，使用方便。 34、 硅光电二极管与硅光电池相比，前者掺杂浓度低。 35、 光生伏特效应是指光照射在半导体 PN 结或金属和半导体的接触面上时，会在 PN 结或金属半导体接触面上产生光生电动势的现象，属于内光电效应。 36、 光电检测电路设计的原则： 保证光电器件和后续电路的最佳工作状态， 基本要求： a、灵敏的光电转换能力，b、快速的动态响应能力，c、最佳的信号检测能力，d、长期 工作的稳定性和可靠性。 37、 条形码识别：a、要求建立一个光学系统，b、要求一个接受系统能够采集到光点 运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，c、要求一个电子电路将接受到的光信号 不失真的转换成电脉冲。 38、 L=（1） （2） （ 3） （4）第一个括号是目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响， 第二和第三个括号是表示光学系统及检测器特性对作用距离的影响，第四个括号是信息 处理系统对作用距离的影响。 39、 φ=Ad/f²，增大视场角φ时，可增ห้องสมุดไป่ตู้检测器面积或减小光学系统的焦距，这两个方 面对检测系统的影响都是不利的：a、增加检测器的面积意味着增大系统的噪声，b、减 小焦距使系统的相对孔径加大，这也是不允许的，另一方面视场角增大后引入系统的背 景辐射也增加，使系统灵敏度下降。 40、 硅光电池的负载特性：a、光电流在弱光下与光照度呈线性关系，b、光照增加到 一定条件时光电流趋于饱和，c、负载大的时候更易出现 饱和，要获得较大的线性度负载不能太大。
《光电检测期末复习题》
第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。
（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。
（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。
（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。
光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。
2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。
其中允许被电子占据的能带称为允带。
允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。
在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。
价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。
半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。
对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。
绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。
半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。
导电性能很弱。
实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。
《光电检测期末复习题》（精品文档）
《光电检测期末复习题》（精品文档）第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。
（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。
（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。
（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。
光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。
2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。
其中允许被电子占据的能带称为允带。
允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。
在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。
价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。
半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。
对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。
绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。
半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。
导电性能很弱。
实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。
光电检测技术及应用复习
第1章 绪论1、物质、能量和信息是人类发展的三大基本要素。
2、物质是基础，世界是由物质组成的；能量是一切物质运动的动力；信息是客观世界与主观认识相结合的产物。
3、信息技术是一种综合技术，它包括四个基本内容：即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术以及控制技术。
4、感测技术：包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术；通信技术：它的作用是传递、交换和分配信息，可以消除或克服空间上的限制，使人们能更有效地利用信息资源；人工智能与计算机技术：它使人们能更好地加工和再生信息；控制技术：它的作用是根据输入的指令，对信息状态实施干预。
5、在当今时代，信息技术还包括微电子信息技术、光电信息技术等。
核心是微电子信息技术。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与电子转换及其应用的技术。
光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，是利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，最后完成对各类物理量进行在线和自动检测。
6、差动测量法：调制盘的一半开通，另一半安装反射镜。
当调制盘转动时，一束光变成两束光，即21ΦΦ和是交替的。
将标准尺寸的工件放入工作位置，调整光楔，使21Φ=Φ，使微安表读数为“0”。
工件尺寸无误差时，21Φ=Φ；当工件尺寸变小时，21Φ>Φ；当工件尺寸变大时，21Φ<Φ。
7、相敏检波器的核心是一个乘法器和一个滤波器。
相敏检波器可以用来测幅，也可以用来测相，还可以将高频信号变成中频信号（只要使2121f f >=，θθ，就可得到差频信号）。
8、双光路测量可以消除杂散光、光源波动、温度变化和电源电压波动带来的测量误差，使测量精度和灵敏度大大提高。
9、（P206）锁相放大器：是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。
它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。
光电检测技术期末考试题库试卷三参考答案
光电检测技术期末考试题库试卷三参考答案一、单项选择题（每小题2分,共40分）1．白炽灯是一种( B ).A.气体光源 B. 热光源C. 冷光源 D. 激光光源2．维恩位移定律为（ C ）。
A. σT 4B. σT2C. Tλm＝BD. α(λ,T)= ε(λ,T) 3．ICCD表示的是（ A ）CCD．A. 增强型;B. 时间延迟型;C. 电子轰击模式;D. 红外．4．波长为2mm的波属于（ B ）．A. 远红外线B. 太赫兹波C. 近红外线D. X射线5．在给定λl～λ2波长范围内，某一辐射源发出的光通量与产生这些光通量所需的电功率之比，称为（ B ）.A. 辐射效率B.发光效率C. 光谱功率D.空间光强6．在发光二极管中，产生发光的是在( C ).A．P区 B. N区 C. 结区 D. 玻璃窗7．半导体中施主能级的位置位于（ B ）.A. 禁带低B. 禁带顶C. 导带顶D. 价带低8．像管中（ A ）的出现和使用，成为了第三代像管出现的标志性部件。
A. 负电子亲和势阴极；B. 电子光学系统；C．微通道板MCP； D. 光纤面板9．光纤中光传播的条件是（ D ）.A. 光入射角大于临界角B. 光入射角小于临界角C. 光入射角等于临界角D. 光入射角大于等于临界角10．属于自发辐射的光源是（ B ）.A. LDB. LEDC. CCDD. PMT11．下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（ A ）．A ．镝灯B ．氘灯C ．汞灯D ．汞氙灯12．在大气层外的卫星上，测得太阳光谱的峰值波长为 456.0 nm 。
求出太阳表面的温度。
( A ).A ．6353K B. 7353K C. 3353K D. 8353K13．激光发光是( B ) :A. 自发辐射B.受激辐射C. 热辐射D.电致发光14．光敏电阻的主要作用是( D ):A. 光电检测B. 红外探测C. 光电开头D. 光电探测与控制18．数值孔径表示为（ B ）．A ．212201sin n n n c -=θ B ． 222101sin n n n c -=θ C ．222011sin n n n c -=θ D ． 202121sin n n n c -=θ16. 波长为17μm的光线属（ D ）。
《光电检测技术》考试复习重点
《光电检测》复习精华第一章 光辐射物理基础1、基本光辐射度量单位：J （辐射能）、W （辐射功率）基本光度量单位：lm （光通量）、cd （发光强度）、lx （光照度）2、朗伯余弦定律：辐射源单位面积向某方向单位立体角发射（或反射）的辐射功率，与该方向及表面法线的余弦成正比。
3、基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐出度与其吸收比的比值等于辐射源在它上面的辐照度，该比值与物体的温度和物体被照射的辐射波长有关，与物体本身的性质无关，是物体波长和温度的普适函数。
4、斯忒蕃-玻尔兹曼定律：M b =σT 4.维恩位移定律：λm T=b=2897.8μm ·K5、腔形黑体源一般有三种基本腔形：锥形腔、柱形腔和球形腔。
6、探测目标或识别对象的辐射称为目标辐射，探测目标或识别对象以外的辐射称为背景辐射。
7、受激辐射过程：处于高能态的原子由于受外界光子激发向低能态跃迁而发射光子的过程，称为受激辐射过程。
8、【简答】激光形成过程：①受激吸收；②形成粒子数反转；③受激辐射；④光学谐振腔对受激光辐射的加强作用。
9、激光辐射的四个特点：高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性。
10、按激光工作物质分：有固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。
11、光辐射在媒质内传输中，会因插入媒质的表面辐射、内部吸收和散射等过程而衰减。
12、【简答】空间滤波的原理：P40。
13、调制盘按照扫描方式分类，可分为旋转式、圆锥扫描式和圆周平移式三类。
14、【计算】P5215、【简答】吸收比和吸收系数定义有什么差别？P52（P23）。
吸收比：被媒质内部吸收的功率与入射辐射功率的比值。
吸收系数：媒质吸收引起辐射功率减少的相对值dP/P ，与辐射在媒质内传播的距离成正比，即x PP d d α=−，在这里α称为材料的吸收系数。
第二章 光辐射探测器1、依光辐射与物质相互作用原理的不同可把光辐射探测器分为光子探测器和热探测器两大类。
光电检测技术复习提纲
《光电检测技术》复习提纲1、光敏电阻和光敏二极管的基本概念，基本应用和两者的区别（测脉搏的电路）；光敏电阻，又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏二极管，又叫光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。
管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
一.功能不同：光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能。
光敏电阻，是利用半导体材料和其他材料的光特性实现可变电阻的功能。
二.材料不同：虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，但是光敏电阻的材料范围比光敏电阻的更广。
三.功能的不同决定了主要参数不同：光敏二极管,最高工作电压,暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。
光敏电阻，标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。
四.功能的不同决定了结构不同：光敏二极管，两个电极间要求能够形成一个PN 结，而且为了加大导通电流，把一个电极的面积设计的很大，另一个相对很小。
光敏电阻，只需要两个电极就行了。
测量信号的特征:人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。
脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。
脉搏波频率范围是0.1~60Hz，主要频率分量一般在20Hz内。
人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息。
测量原理:随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测。
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光电检测技术与应用期末考试复习资料
1、光电信息技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主题，研究和发展光电信息的形成、
传输、接收、减缓、处理和应用的技术。
2、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测
参数是否合格或参数量是否存在。
测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。
3、光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。
4、光电检测技术是将光学技术与电子技术相结合实现各种量的检测，具有以下特点：a、
高精度，b、高速度，c、远距离、大量程，d、非接触测量，e、寿命长，f、具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
5、在物质受到辐射光照射后，材料的电学性质发生了改变的现象称为光电效应，光电效应
可分为外光电效应和内光电效应。
6、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。
7、响应时间是描述检测器对入射辐射响应快慢的一个参数。
8、光电检测器的工作温度就是最佳工作状态时的温度，它是光电检测器重要的性能参数之
一。
9、光电耦合器件的主要特性为传输特性与隔离特性。
10、散粒噪声或称散弹噪声，即穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的噪声。
11、Is=1/2＠A²+＠A²d（t）式中：第一项为直流项，若光电检测器输出端有隔直流电
容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。
12、热噪声是指载流子无规则的运动造成的噪声，存在于热河电阻中，与温度成正比，
与频率无关。
13、光外差检测系统对检测器性能的要求：a、响应频带宽，b、均匀性好，c、工作温
度高。
14、光波导是指将以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束并引导光波在
光纤内部或表面附近沿轴线方向传播。
15、光纤一般由两层光学性质不同的材料组成，它由折射率n1较大的纤芯和折射率n2
较小的包层同心圆柱结构。
16、将光电信号转换成0、1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。
17、在图像识别与图像测量等应用领域常将视频信号的A/D数据采集方法分为“板卡
式”和“嵌入式”。
18、在要求光电检测系统的精度不受光源的稳定性的影响下，应采用浮动阀值二值化
处理电路。
19、HI1175JCB为高速A/D转换器，其最高工作频率为20MHz，DIP封装的器件，转换
器提供参考电源电压。
20、锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器，三个主要部分：信号通道、
参考通道和相敏检波。
21、相敏检波由混频乘法器和低通滤波器组成，所用参考方式是方波形式。
22、光纤的特性：损耗和色散
23、引起光纤损耗的因素可归结为：吸收损耗（吸收引起）色散损耗（材料引起）。
24、光纤色散可分为：a、材料色散b、波导色散c、多模色散。
25、功能型传感器可实现传光和敏感的作用，而非功能型传感器光纤只起传光作用。
26、外差检测：a、外差检测增益高，b、微弱光线下，外差检测表现出十分高的转换
增益，c、光外差检测方式具有天然检测微弱信号的能力。
27、外差检测输出电流包含有信号光的振幅、频率和相位的全部信息，这是直接检测所
做不到的。
28、信噪比用来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。
29、直接检测方法不能改善输入信噪比。
30、对应检测电路的不同工作状态，频率特性可有不同的简化形式。
31、在保证所需检测灵敏度的前提下获得最好的线性不失真和频率不失真是光电检测
电路设计的两个基本要求。
32、检测电路频率特性的设计包括：a、确定信号的频谱分布，b、确定多级光电检测
电路的允许通频带宽和上限截止频率，c、确定单级检测电路的阻容参数。
33、光敏电阻与其他半导体光电器件相比，有以下特点：a、光谱响应范围宽，b、工
作电流大，可达数毫安，c、所测的光电强度范围宽，即可测弱光也能侧强光。
d、灵敏度高，e、无选择极性之分，使用方便。
34、硅光电二极管与硅光电池相比，前者掺杂浓度低。
35、光生伏特效应是指光照射在半导体PN结或金属和半导体的接触面上时，会在PN
结或金属半导体接触面上产生光生电动势的现象，属于内光电效应。
36、光电检测电路设计的原则：保证光电器件和后续电路的最佳工作状态，基本要求：
a、灵敏的光电转换能力，
b、快速的动态响应能力，
c、最佳的信号检测能力，
d、长期
工作的稳定性和可靠性。
37、条形码识别：a、要求建立一个光学系统，b、要求一个接受系统能够采集到光点
运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，c、要求一个电子电路将接受到的光信号不失真的转换成电脉冲。
38、L=（1）（2）（3）（4）第一个括号是目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响，
第二和第三个括号是表示光学系统及检测器特性对作用距离的影响，第四个括号是信息处理系统对作用距离的影响。
39、=Ad/f²，增大视场角时，可增大检测器面积或减小光学系统的焦距，这两个方
面对检测系统的影响都是不利的：a、增加检测器的面积意味着增大系统的噪声，b、减小焦距使系统的相对孔径加大，这也是不允许的，另一方面视场角增大后引入系统的背景辐射也增加，使系统灵敏度下降。
40、硅光电池的负载特性：a、光电流在弱光下与光照度呈线性关系，b、光照增加到
一定条件时光电流趋于饱和，c、负载大的时候更易
出现饱和，要获得较大的线性度负载不能太大。