光電檢測考試復習題1(編輯修改稿)
2025-05-13 23:03 本頁面
【文章內容簡介】 答： 當半導體材料受光照時，由于對光子的吸收引起載流子濃度增大，因而導致材料電導率增大，這種現象稱為光電導效應，是一種內光電效應。材料對光的吸收有本征型和非本征型，所以光電導效應也有本征型和非本征型兩種。當光照射PN結時，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會在結區(qū)產生電子－空穴對。光生電子——空穴對就被內建電場分離開來，空穴留在P區(qū)，電子通過擴散流向N區(qū),這種光照零偏PN結產生開路電壓的效應，若入射的光子能量足夠大，那么它和物質中的電子相互作用，可致使電子逸出物質表面，這種現象稱為光電發(fā)射效應，又稱為外光電效應。光電探測器與熱電探測器在工作原理、性能上有什么區(qū)別？答：所謂光電效應是指，光輻射入射到光電材料上時，光電材料發(fā)射電子，或者其電導率發(fā)生變化，或者產生感生電動勢的現象。光電效應實質上是入射光輻射與物質中束縛于晶格的電子或自由電子的相互作用所引起的。光電效應就對光波頻率（或波長）表現出選擇性。在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應速度一般比較快。按照是否發(fā)射電子，光電效應又分為內光電效應和外光電效應。具體有光電子發(fā)射效應、光電導效應、光生伏特效應、光子牽引效應和光電磁效應等。光熱效應的實質是探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\動能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結果又使探測元件與溫度有關的電學性質或其他物理性質發(fā)生變化。原則上，光熱效應對光波頻率（或波長）沒有選擇性，因而物質溫度的變化僅決定于光功率（或其變化率），而與入射光輻射的光譜成分無關。因為溫度升高是熱積累的作用，所以光熱效應的響應速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。光熱效應包括熱釋電效應、溫差電效應和測熱輻射計效應等簡述光電探測器的選用原則 答：(1).光電檢測器件必須和輻射信號源及光學系統在光譜特性上匹配。(2)光電檢測器件的光電轉換特性必須和入射輻射能量相匹配。(3) 光電檢測器件的響應特性必須和光信號的調制形式、信號頻率及波形相匹配，以保證得到沒有頻率失真和良好的時間響應。(4) 光電檢測器件必須和輸入電路以及后續(xù)電路在電特性上相互匹配，以保證最大的轉換系數、線性范圍、信噪比以及快速的動態(tài)響應等。簡述光電池、光電二極管的工作原理及區(qū)別？ 答：光電池和光電二極管都是基于光伏特效應的原理進行工作,只不過光電池可以工作在零偏狀態(tài)下,是光伏工作模式,器件內阻遠低于負載電阻,相當于一個恒壓源。而光電二極管必須在反偏電壓下才能工作,是光電導工作模式,器件內阻遠大于負載電阻,此時器件相當于一個恒流源.敘述光電池低輸入阻抗和高輸入阻抗放大電路的特點和區(qū)別，各應用于什么場合？(10分) 答： 當光電池后接低輸入阻抗放大電路時，其工作在短路或線性電流放大狀態(tài)，這是一種電流變換狀態(tài)，要求硅光電池送給負載電阻RL（這時RLRm，且RL→0）的電流與光照度成線性關系。如果需要放大信號，則應選用電流放大器。為此要求負載電阻或后續(xù)放大電路輸入阻抗盡可能小，才能使輸出電流盡可能大，即接近短路電流Isc，因為只有短路電流才與入射光照度有良好的線性關系。另外，在短路狀態(tài)下器件的噪聲電流較低，信噪比得到改善，因此適用于弱光信號的檢測。當光電池后接高輸入阻抗放大電路時，其工作在線性電壓輸出和空載電壓輸出（開路電壓輸出）狀態(tài)。當負載電阻很小甚至接近于零的時候，電路工作在短路及線性電流放大狀態(tài)；而當負載電阻稍微增大，但小于臨界負載電阻Rm時，電路就處于線性電壓輸出狀態(tài)，此時RLRm，這種工作狀態(tài)下，在串聯的負載電阻上能夠得到與輸入光通量近似成正比的信號電壓，增大負載電阻有助于提高電壓，但能引起輸出信號的非線性畸變。工作在線性電壓放大區(qū)的光電池在與放大器連接時，宜采用輸入阻抗高的電壓放大
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