張永林第二版光電子技術(shù)課后習(xí)題答案(編輯修改稿)
2025-07-19 17:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。已知條件：光電晶體管3DU15的S=1μA/lx，繼電器K的吸合電流為10mA。要求光照大于200lx時(shí)繼電器J吸合。，與象限探測(cè)器相比，PSD有什么優(yōu)點(diǎn)？ PSD是利用離子注入技術(shù)制成的一種對(duì)入射到光敏面上的光點(diǎn)位置敏感的光電器件，分為一維和二維兩種。當(dāng)入射光是非均勻的或是一個(gè)光斑時(shí)，其輸出與光的能量中心有關(guān)。與象限探測(cè)器相比，PSD的優(yōu)點(diǎn)有：對(duì)光斑的形狀無(wú)嚴(yán)格要求；光敏面上無(wú)象限分隔線，對(duì)光斑位置可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，位置分辨率高，可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng)。？簡(jiǎn)述光電倍增管的工作原理。 光電發(fā)射是光轟擊材料使電子逸出，二次電子發(fā)射是電子轟擊材料，使新的電子逸出。1）光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰極K上。2）光電陰極電子受光子激發(fā)，離開(kāi)表面發(fā)射到真空中。3）光電子通過(guò)電子加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子，入射電子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后光電子就放大N次方倍。4）經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極P收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號(hào)電壓？每一種的主要特點(diǎn)是什么？ 鼠籠式：結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。坏`敏度的均勻性稍差。 直線聚焦式：極間電子渡越時(shí)間的離散性小，時(shí)間響應(yīng)很快，線性好：但絕緣支架可能積累電荷而影響電子光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 盒柵式：電子的收集效率較高，均勻性和穩(wěn)定性較好；但極間電子渡越時(shí)間零散較大。 百葉窗式：工作面積大，與大面積光電陰極配合可制成探測(cè)弱光的倍增管。但極間電壓高，有時(shí)電子可能越級(jí)穿過(guò)，從而，收集率較低，渡越時(shí)間離散較大。近貼柵網(wǎng)式：極好的均勻性和脈沖線性，抗磁場(chǎng)影響能力強(qiáng)。微通道板式：尺寸大為縮小，電子渡越時(shí)間很短，響應(yīng)速度極快，抗磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，線性好。 (a)畫出具有11級(jí)倍增極，負(fù)高壓1200V供電，均勻分壓的光電倍增管的工作原理，分別寫出各部分名稱及標(biāo)出Ik，Ip和Ib的方向。(b)若該倍增管的陰極靈敏器Sk為20μA/lm，陰極有效面積為2cm2 ,各倍增極發(fā)射系數(shù)均相等（σ=4），，試計(jì)算倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)和陽(yáng)極電流。 (c)設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為200mV,求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖（a）如圖（b）陰極電流：Ik=SkΦ= =41010A 倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù):M==ε0(σε)11 =()11 陽(yáng)極電流：Ip=MIk=936 μA（c），為什么還要限制其陽(yáng)極輸出電流小于50~100μA范圍內(nèi)？問(wèn)其陰極面上最大允許的光通量為多少流明？ 因?yàn)殛?yáng)極電流過(guò)大會(huì)加速光電倍增管的疲勞與老化。，Sk=20μA/lm，倍增極有11級(jí)。若各級(jí)的電子收集效率為1，問(wèn)各倍增極的平均倍增系數(shù)為多少？178。，陰極靈敏度Sk為25μA/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)為10~5，陽(yáng)極額定電流為20μA，求允許的最大光照。光學(xué)圖像投射到光電陰極上，產(chǎn)生相應(yīng)的光電子發(fā)射，在加速電場(chǎng)和聚焦線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng) 共同作用下打到靶上，在靶的掃描面形成與圖像對(duì)應(yīng)的電位分布最后，通過(guò)電子束掃描把電 位圖像讀出，形成視頻信號(hào)，——極限分辨率、調(diào)制傳遞函數(shù)和惰性是如何定義的？ 分辨率表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力。極限分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF） 極限分辨率：人眼能分辨的最細(xì)條數(shù)。用在圖像（光柵）范圍內(nèi)所能分辨的等寬度黑白線條數(shù)表示。也用線對(duì)/mm表示。 MTF：能客觀地表示器件對(duì)不同空間頻率目標(biāo)的傳遞能力。惰性：指輸出信號(hào)的變化相對(duì)于光照度的變化有一定的滯后。原因：靶面光電導(dǎo)張弛過(guò)程和電容電荷釋放惰性。，簡(jiǎn)述CCD電荷產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。以表面溝道CCD為例，簡(jiǎn)述CCD電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。CCD的輸出信號(hào)有什么特點(diǎn)？答：構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個(gè)正的階梯電壓時(shí)（襯底接地），SiSiO2界面處的電勢(shì)（稱為表面勢(shì)或界面勢(shì)）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子——空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓VG超過(guò)MOS晶體管的開(kāi)啟電壓，則在SiSiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢(shì)能較低，我們可以形象化地說(shuō)：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢(shì)阱，可以用來(lái)存儲(chǔ)電子。當(dāng)表面存在勢(shì)阱時(shí)，如果有信號(hào)電子（電荷）來(lái)到勢(shì)阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來(lái)到勢(shì)阱中，表面勢(shì)將降低，耗盡層將減薄，我們把這個(gè)過(guò)程描述為電子逐漸填充勢(shì)阱。勢(shì)阱中能夠容納多少個(gè)電子，取決于勢(shì)阱的“深淺”，即表面勢(shì)的大小，而表面勢(shì)又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢(shì)阱越深。如果沒(méi)有外來(lái)的信號(hào)電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢(shì)阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲(chǔ)電荷。以典型的三相CCD為例說(shuō)明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個(gè)柵為一組的間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個(gè)柵的柵電極連接到同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)上，亦稱時(shí)鐘脈沖
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