光电器件参考答案

光电器件与技术参考答案第一章1.辐射度量与光度量的根本区别是什么？答：辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

2．试说明光谱视觉效能的最大值 ，有何物理意义？答：其最大值为683lm/W 。

人眼的明视觉最灵敏波长λm 的光度参量对辐射度参量的转换常数，称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。

3．（平面发散角为1mrad ）输出波长为632.8nm,辐射通量为3mW 的激光器，V=0.235，放电管的直径为1mm ，投射到十米远的屏上，计算光通量，发光强度，光出射度，光照度？解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射通量为3mW ，它发出的光通量为3=P K=Cm V P=6830.2353100.4815-φ⨯⨯⨯⨯⨯⨯=（2）立体角为Ω=2π（1－（1－r2）1/2），其中4r sin /2510-=α=⨯（），带入上式，得78.1710sr -Ω=⨯（） 发光强度75I 0.4815/8.17105.8910cd -=⨯=⨯（）光出射度5M 0.4815/0.001/22 6.1310lx =π⨯=⨯（（））（）4．一束波长为0.5145um 的激光器，输出功率为3W ，已知V=0.6082，均匀照射到0.2平方厘米的屏上，求光通量，光照度？解：由题意光通量3=6830.608231.24610 lm Φ⨯⨯=⨯,屏幕上的光照度47 E =1.246103/0.210 6.2310lx A-Φ=⨯⨯=⨯（） 5.输出波长为632.8nm ，辐射通量为3mW 的激光，求单位时间内光子的出射数目？ 解：设单位时间光子数目N 个/秒，3916348P P 310632.810N ==9.5410hv hc 6.62610310---λ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯个6.已知硅材料的禁带宽度为1.2eV,求其本征吸收长波限？ 解：依题意，长波限=1.24/1.2=1.03um7.微弱辐射下光电导增益有何规律，梳妆电极的作用？答：光电导增益()2n n p pG u u U /L =τ+τ，与电压成正比，与距离L 的平方成反比，梳妆电极结构可以缩短距离L ，提高增益。

8.为什么半导体材料在弱辐射下，光电导灵敏度会随时间增大而增大？答;时间响应越长，光生载流子浓度增大，直至饱和，若辐射下是不会达到饱和的，所以光电导灵敏度会随时间增大而增大。

9.同一型号的光敏电阻，在不同光照度和不同环境温度下光电导灵敏度和时间常数是否相同？ 答：不同光照和环境温度下，光生载流子的浓度不同，决定了光电导灵敏度和时间常数不同。

10.弱辐射下光电导动力学方程为d n ng dt ∆∆=-τ，求时间响应？ 解 ： 方程可以化为：d n dt n g ∆=∆-τ，两边积分得： n tln(g )∆-=-ττ0n tg C exp()∆-=-ττ，利用光照初始条件：t 0,n 0=∆=得 0C g = 得t n g (1exp())∆=τ--τ同理，撤去光照时，得0tn n exp()∆=∆-τ11.交流信号下光电导动力学方程jwt 0d p pg e dt ∆∆=-τ，求p ∆的模？ 解 ：对上式求拉氏变换：000F(s)1sF(s)g s jw11g 11F(s)g ()11s jw 1jw s jw s s =-+τ-τ==--+τ-++ττ求逆变换：t jwt 0g p (e e )1jw -ττ∆=-+τ求其模：0221/2g p (1w )τ∆=+τ12.为什么光电导材料在光谱长波段和段波段响应均减小？答 ; 较长波段，光子的能量小，吸收系数很小，响应度小；较短波段，光的能量大，但是光载流子主要集中在材料表面，复合率大，响应度减小。

13.光敏电阻在500LX 的光照下阻值为500欧，700LX 时，阻值为450欧，求600LX 时光照下的阻值？ 解：lg R 2r(lg E2lg E1)lg 4500.6(lg 600lg500)lg R1lg R2lg550lg 450r 0.6lg E2lg E1lg700lg500R 1010493.3+-+---===--===Ω14．已知光敏电阻最大功率为30mW,光电导灵敏度6g S 0.510(S /LX)-=⨯，暗电导为0，求偏置电压为20V 时 ，光敏电阻的极限照度？ 答;r p g I US E =,其中，r 0.51=当r=1是，有最小照度：3p226g g I P 3010E 150(LX)US U S 200.510--⨯====⨯⨯ 当r=0.5是，有最大照度：2p 22gI E 22500(LX)U S==15.光敏电阻在100LX 时，光照下阻值为2千欧，求110LX 光照下的阻值？已知r=1. 解; 由g 1S E R=，得1212E 10020R R 2(K )E 11011==⨯=Ω 16.题意略:解题目中的光敏电阻为恒流偏置，流过光敏电阻的电流w be c e e U U 40.7I I 1(mA)R 3300--≈===输出电压：0bb c pbb 0p 3U U I R U U 126R 6(K )Rc 10-=---===Ω 即光照为40LX 时的阻值为6千欧。

同理可求，输出8V 时，阻值为4千欧。

1212R 6E E 4060(LX)R 4==⨯=第二章1.说明硅整流二极管和硅光电二极管的区别？答 ：硅整流二极管的两端偏压为正，且大于阈值电压时，单向导通。

硅光电二极管所加电压通常为负值，即产生光伏效应，其全电流为负值，且随着光辐射不同，伏安曲线下移。

2.光伏探测器与光电导探测器的不同？答：工作部位不同；光电导探测没有极性，光伏有确定的正负极；频率响应和增益不同。

3.写出硅光电池的全电流方程，并说明各部分的物理意义？ p 0I I I {exp(eU /KT)1}=--p I 光电流；0I 暗电流；0I exp(eU /KT)为扩散电流。

4.说明光电池频率特性不好的原因？答：光敏面较大，极间电容较大，响应时间增大；光功率很小时，内阻大，频率特性变坏。

5.简述雪崩光电二极管的工作原理？利用雪崩效应制作的一种光电二极管，即工作电压有几百伏，达到雪崩击穿点附近，获得大的倍增系数。

6.用2CU 型光电二极管探测光辐射通量为 e 205sinwt(uW)Φ=+ 的调制信号，已知光电流灵敏度为 i S 0.5uA /uW =，结电容为3pF ，引线分布电容为7pF ，负载电阻为2M 欧，求输出最大光电流和最高的截至频率。

解：emax 20525(uW)Φ=+=max i emax I S 0.52512.5(uA)=Φ=⨯= 12L j i 6111f 0.05MHZ R (C C )210(37)10-====τ+⨯⨯+⨯7.室温300K 时，2CR21型光电池，在辐照度为 2100mW /cm 时的开路电压和短路电流分别为oc U 550mV =，Sc I 6mA = ，求辐照度降为 250mW /cm 时的开路电压和短路电流。

解：光照度与短路电流成正比，光照度减半时，光电流为原来的一半，即3mA.oc oc 00kT I kT IU U ln 1ln 1e I e I ⎛⎫⎛⎫''-=+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 231019kT I 1.383003ln ln e I 1.610610.0261n 18mV2--'⨯==⨯==-oc oc U U 1855018532mV '=-=-=8.已知2CR44光电池，光敏面为 10m m 10m m ⨯ ，室温300K 时，在 2200mW /cm 的光辐射照度下，开路电压和短路电流分别为568mV,56mA ，借助经验公式oc Umax 0.6U =，求获得最大功率的最佳负载电阻和转换效率。

解：oc Umax 0.6U 0.6568340.8mV ==⨯=最佳负载电阻L p Umax 340.8R 6I 556===Ω 转换效率3p m e e I Umax P 340.856109.5%E A 2001-⨯⨯⨯η====Φ⨯⨯ 9.已知光电三极管变换电路和伏安特性曲线如图所示，光敏面上的光照度为 E v 12080s i n w t (=+ ，为了是输出信号为不小于4伏的正弦信号，求所需的负载电阻和电源电压。

解：输出信号的峰峰值为411.3V =利用饱和区和线性区的拐点A ，找到B ，利用峰峰值为11.3V ,找到C,做垂线找到D,连接AD 两点，得bb bb sc L sc U 20U 20V;I 5mA;R 4K I 5=====Ω10.利用2CU2光电二极管和3DG40三极管构成探测电路，已知光电二极管的电流灵敏度为i S 0.4uA /uW =，最高入射功率为400uW 时，拐点电压 为1V ,三极管的电流放大倍数为50，Ubb 为12V ,求最大入射功率下的输出电压和发射极电阻Re 。

解; p i I ES 4000.4160uA ==⨯=b p I I 160uA ≈=e b I (1)I 511608.16mA =+β≈⨯=输出电压0bb z be U U U U 1210.710.3V =--=--= 发射极电阻Re 0e U 10.3V 1.26K I 8.16mA===Ω 11.如图所示光电变换电路中，已知光电三极管的电流灵敏度为 i S 0.15m A /L X = ，电阻L R 50K =Ω， B R 10K =Ω, c R 3=Ω 三极管9014放大倍数为120，求光照度为200LX 时的输出电压？1i I S E 0.1520030mA ==⨯= 1B 2B B 2LI I I 30mAI R 0.7I R =+=⎧⎨-=⎩得，B I 25mA = c B I I 120253A =β=⨯=o bb c c U U I R 12333V =-=-⨯=第三章1. 爱因斯坦光电效应有何特点？答：光电效应的特点：（1）入射光频率大于截至频率才有光电效应产生，（2）光电流的大小与入射光通量成正比。

2. 常用的光电阴极有哪些，共同的特点是什么？答：锑铯，g A 0Mg --，多碱，负电子势，共同特点是：逸出功小，光电发射能力强。

3. 负电子亲和势光电阴极的原理？答;在P 型氮化镓材料上蒸镀一层氧化铯，电子克服氮化镓禁带宽度后，被加速，即相当于电势能降低，且降低的比禁带宽度还要低，相当于电子亲和势为负值，称为负电子亲和势。