光电综合习题解答.ppt
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光电技术综合习题解答 n n一、选择最适当的填入括号中（单选）一、选择最适当的填入括号中（单选）一、选择最适当的填入括号中（单选）一、选择最适当的填入括号中（单选） ① 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A．PMTB．CdS光敏电阻C．2CR42硅光电池D．3DU型光电三极管② 若要检测脉宽为10-7S的光脉冲，应选用（A ）为光电变换器件A．PIN型光电二极管B．3DU型光电三相管C．PN结型光电二级管D． 2CR11硅光电池③ 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 ④ 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 ⑤ 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 ⑥ 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 n二、在距离标准钨丝灯二、在距离标准钨丝灯2m2m远处放置一个照度计探头，已知探头的远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面积为光敏面积为0.5 cm0.5 cm2 2，，若照度计测得的最大照度为若照度计测得的最大照度为100(lx)100(lx)，，试求试求 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：解：首先计算光电探头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 φv=EvA=100×0.5 cm2=5.0×10-3(lm) 因而可以计算出灯在该方向上的发光强度Iv Iv=φv/Ω=5.0×10-3/1.25×10-5=400(cd) n n三、今测得某液态金属辐射体的光谱辐射峰值波长三、今测得某液态金属辐射体的光谱辐射峰值波长λλmm=0.7245=0.7245μμmm，，试求该液态金属的温度试求该液态金属的温度T T、、峰值光谱辐射峰值光谱辐射出射度出射度MMe e，，S S，，λλmm和总辐射出射度和总辐射出射度MMe e各为多少？各为多少？ 灯所发出的光通量为 灯所发出的辐射通量为 解：解：根据维恩位移定律，有 λm=2898/T 因此得到液态金属的温度T为 T =2898/0.7245 =4000(K) 四、某输出功率为四、某输出功率为6mW的氦氖激光器，发出波长为的氦氖激光器，发出波长为0.6328μμm的光的光束，均匀地投射到束，均匀地投射到0.8cm2的白色屏幕上。
已知屏幕的反射系数为的白色屏幕上已知屏幕的反射系数为0.96，设光速，设光速C= 3 108m/s，，普朗克常数普朗克常数 h = 6.626 10-34j·s ，，氦氖氦氖激光的明视觉光谱光视效率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，λm和总辐射出射度Me为 Me,s,λm= 1.309×10-18T5 = 1.34(Wcm-2nm-1) Me=σT4 = 5.67×10-12×40004 = 1.45×103(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：解：先将氦氖激光器输出单色辐射的辐射功率转换为光通量φv φv=KmV(λ)φe=683×0.235×6×10-3=0.963(lm)白色屏幕上的光照度应为 Ev=φv/S=0.963/0.8×10-4=1.20×104 (lx)幕的反射光出射度为 Evr=r Ev=0.96×1.20×104 =1.15×104 (lx)幕每秒钟吸收的光子为 （个/秒） 五、五、GDB20GDB20的阴极光照灵敏度为的阴极光照灵敏度为的阴极光照灵敏度为的阴极光照灵敏度为6060μ μA/lmA/lm，，，，阴极面的有效直径阴极面的有效直径阴极面的有效直径阴极面的有效直径为为为为15mm15mm，，，，倍增级数为倍增级数为倍增级数为倍增级数为1111级，阳极光照灵敏度为级，阳极光照灵敏度为级，阳极光照灵敏度为级，阳极光照灵敏度为100A/lm100A/lm，，，，长长长长期使用时阳极电流应限制在期使用时阳极电流应限制在期使用时阳极电流应限制在期使用时阳极电流应限制在4 4μ μA A以下。
以下试问试问试问试问: : (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75KΩ，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δ=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：解：(1) 先根据已知条件求出GDB20的增益G G=Sa/Sk=100/(60×10-6)=1.67×106 ∵Ia=φkSkG , ∴φkmax= Iam/SkG =(4×10-6)/( 60×10-6×1.67×106) =3.99×10-8(lm)(2) 设照度变化引起的输出电压变化为ΔU ΔU =(0.25-0.1) ×10-3=0.15×10-3 (V) 阳极电流的变化为 ΔIa =ΔU/Ra =0.15×10-3/75×103=2×10-9 (A) 阴极电流的变化为 ΔIk =ΔIa /G =1.2×10-9/1.67×106=1.2×10-15 (A) 阴极的光通量变化为 Δφv k =ΔIk / Sk= 1.2×10-15/ 60×10-6 =2×10-11(lm) 阴极的光照度变化为 ΔEv k =Δφv k / S =Δφv k / (πD2)/4 =2×10-11/ 1.76×10-4 =1.13×10-7(lx) (3) 它的供电电压应为∵G =δN=(0.2(UDD) 0.7)11=1.67×106 由此解出UDD为 UDD=64（V） Ubb=(N+1.5) UDD=800(V)分压电阻链的电阻Ri为 Ri=UDD / IRi n n六六六六、在如图所示的电路中，已知、在如图所示的电路中，已知R Rb b=820=820ΩΩ，，R Re e=3.3k=3.3kΩΩ，，U UWW=4V=4V，，U Ubbbb=12V=12V；；光敏电阻为光敏电阻为R RP P，，当光照度为当光照度为30lx30lx时输出电压为时输出电压为6V6V，，80 lx80 lx时为时为9V9V。
设该光敏电阻在设该光敏电阻在3030到到100lx100lx之间的之间的 值不变）值不变） 而IRi应远远大于Iam=10 × 4×10-6 (A)，由此可以选出Ri Ri=100kΩ ; R1=1.5Ri=150kΩ(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 ？ （（2）） 输出电压在8V时，变换电路的电压灵敏度为多 少（V/ lx）？解：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=(Ubb－Uo1)/ Ip=6( kΩ);光照度为80lx时, R2=(Ubb－ Uo2)/ Ip=3( kΩ);光照度为E3时, R3=(Ubb－ Uo3)/ Ip=4( kΩ);由于且，光敏电阻在30到100lx之间的值不变DWRRRUUbbbe0 七、已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图所示，入射光七、已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图所示，入射光七、已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图所示，入射光七、已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图所示，入射光照度变化为照度变化为照度变化为照度变化为e e=120+80sinω=120+80sinωt t（（（（lxlx），），），），为使光电三极管的集电极输出为使光电三极管的集电极输出为使光电三极管的集电极输出为使光电三极管的集电极输出电压不小于电压不小于电压不小于电压不小于6V6V的正弦信号。
试用作图法求解负载电阻的正弦信号试用作图法求解负载电阻的正弦信号试用作图法求解负载电阻的正弦信号试用作图法求解负载电阻R RL L，，，，电源电源电源电源电压电压电压电压E EC C，，，，电流灵敏度和电压灵敏度，并在光电三极管的伏安特性电流灵敏度和电压灵敏度，并在光电三极管的伏安特性电流灵敏度和电压灵敏度，并在光电三极管的伏安特性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曲线的下方画出输出电压的波形图曲线的下方画出输出电压的波形图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=ΔU /ΔE =（ Uo3 －Uo2）/（E3 －E2） =1/27=0.037(V/lx) 解：此题可以用解：此题可以用“图解法图解法”解，解， (1) 6V正弦信号的双峰值为Up~p= 17（V） (2) RL=ΔU /ΔI =42.5( kΩ) （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=ΔU /ΔE=－0.106(V/lx) 而电路的电流灵敏度SI为 SI=ΔI /ΔE=2.5(μA/lx) 八.用光电耦合器构成或门逻辑电路（画出电路图），九. 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 n九、九、要实时地检测生产线上轧制的钢板宽度，要实时地检测生产线上轧制的钢板宽度，n 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与技术措施）方案与技术措施）n n 解：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，β1、CCD1CCD2驱动器并行二值化数据采集计算机接口电路β2分别为两个摄像机镜头的横向放大倍率。
十、在十、在7-6图所示的光电变换电路中，若已知图所示的光电变换电路中，若已知3DU2的电流灵敏度的电流灵敏度SI=0.15mA/lx，，电阻电阻RL=51kΩ，，三极管三极管9014的电流放大倍率的电流放大倍率β=120，，若要求该光电变换电路在照度变化为若要求该光电变换电路在照度变化为200 lx的范围情况下，输出电的范围情况下，输出电压压ΔUo的变化不小于的变化不小于2V，，问：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ΔU=－ ΔICRC，即式中I1= SφEV， ΔI1= Sφ Δ 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= SφEV=0.15×10-3 ×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 = 十一十一. 为什么光电倍增管不但要屏蔽光，而且要屏蔽电与磁？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！预祝同学们考试顺利！ 。
