光电技术与实验答案
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光电技术与实验答案
【篇一：光电技术复习资料】
求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。（lv?位表面反射的光通量为
divdscos?
）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单
?反???入?0.6?100?60
lm/m2这也就是该表面的光出射度mv。
对朗伯辐射体，其光亮度lv与方向无关，沿任意方向（与法线方向成?角）的发光强度i?与法线方向发光强度i0之间的关系为i??i0cos? 每单位面积辐射出的光通量除以?即为其光亮度：
lv?
divdscos?
?
div0ds
s?1
?
?v?
?
603.14
?19.1 cd/m2sr
d?vd?
?/2
附：朗伯体法向发光强度i0与光通量?v的关系 由定义，发光强度i?
，所以在立体角d?内的
2?
光通量：d?v?id??i0cos?sin?d?d?在半球面内的光通量 ?v?
?i
cos?sin?d?
?d?
??i0
2、计算电子占据比ef高2kt、10kt的能级的几率和空穴占据比ef低2kt、10kt能级的几率。
解：能量为e的能级被电子占据的概率为fn(e)?
1
1?exp( e?ef
kt
)
e比ef高2kt时，电子占据比：fe?
1
1?exp(
2ktkt
)
?
11?e
2
?0.1192
e比ef
f?高10kt时，电子占据比：e
fp?
11?e
10
?4.54?10
?)
11?e
2
?5
1
1?exp(
ef?ekt
e比ef低2kt时，空穴占据比：
?0.1192
f?e比ef低10kt时，空穴占据比：p
11?e
10
?4.54?10
?5
3、设n－si中ni?1.5?1010cm?3，掺杂浓度nd?1016cm?3，少子寿命??10?s。如果由于外界作用，少子浓度p＝0（加大反向偏压时的pn结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率r?
?p
?
20 ，当复合率为负值时即为产生率）
解：在本征硅中，i
npi?n?2.25?10
p?
ni
2
2
i
，在n型硅中，少子浓度：
20
nd
?
2.25?101?10
16
?2.25?10
4
产生率为： r`=?r??
?p
?
?
2.25?1010?10
?6
4
?2.25?10
9
4、一块半导体样品，时间常数为??0.1?s，在弱光照下停止光照0.2?s后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？
解：
ne(t)?n(0)e
?
t
?
ne(t)
ne(0)
?e
?2
?0.1354 5、一块半导体样品，本征浓度ni?1.5?1010cm?3，n区掺杂浓度nd?1017cm?3，p区掺杂浓度na?7?1014cm?3，求pn结的接触电势差ud（室温下，解：在p-n结处，接触电势差
ktq
。 ?0.026v）
v0?
kte
ln
nandn
2
i?2
?
1.38?10
?23
?300
?19
1.602?10
?ln
7?10
2
14
?10
20
17
1.5?10
?2.5875?10
?26.46?0.685(伏)
6、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为
??4，阴极灵敏度sk?20?a/lm，阳极电流不得超过100?a，试估算入射于阴极的光通
量的上限。
解：阳极电流ia满足：ia??vsk?n，所以入射光通量
?v?
iask?
n
?
10020?4
10 ?4.77?10
?6
lm
7、上题中，若阳极噪声电流4na，求其噪声等效光通量?（?f?1hz）
解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm，则v(?)?1
nep=
inskskm
n
=
4′1020′4
-310
=1.9 10
-10
lm
8、某光敏电阻的暗电阻为600k?，在200lx光照下亮暗电阻比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。
解：该光敏电阻的亮电阻为r2?0.01r1?6?103?，光电导g?1/r，所以光电导灵敏度
1se
?1
1
3
r2r16?106?10??e2?e1200?0
?
1
5
?8.33?10
?7
s/lx
9、某热探测器的热导为5?10?6w/k，热容量为3?10?5j/k，吸收系数0.8，若照射到光敏元上的调制辐射量为??5?(1?0.6cos?t)，求其温升随时间的变化关系，并给出上限调制频率。 解：上限调制频率?
?1
?t
?
gtct
?
5?103?10 ?6?5
?0.17?2?f
，所以：
f?
?
2?
?0.027
hz。
温升随时间的变化关系?t?
??0gt
?
??m
gt(1???)
?5
2
2
t
1/2
e
j(?t??)
?5
2
?
0.8?5?105?10
?6
?
0.8?3?105?10
?6
e
j(?t??)
?(1?36?)
2
?8?2.4?(1?36?2)
?e
j(?t??)
10、某光电导器件的特性曲线如右图，用该器件控制一继电器。使用30v直流电源，电路在400lx的照度下有10ma电流即可使继电器吸合。试画出控制电路，计算所需串联的电阻和暗电流。
100 10
10.1
1
10
100
0.01
e
(lx)
题9—1图 光敏电阻的特性曲线
题9—2图 光敏电阻控制继电器电路
解：光敏电阻的光电导灵敏度为
1se
r2r110001?10??e2?e11000?1
?1
1
?
1
5
?1?10
?6
s/lx
在400lx的光照下，光敏电阻的阻值为r。
g0?
1r
?see?1?10
?6
?400?4?10
?4
s
所以，rt=2500欧姆。使用30v直流电源，使继电器吸合需10ma电流。这时回路电
阻应为
rl=30/0.010=3000欧姆
比光敏电阻的阻值要大，故需串联一个电阻r1，r1=rl-rt=500欧姆，如图9—2所示。
11、已知2cr太阳能光电池的uoc＝0.55伏，isc＝50ma，要用这种光电池组合起来对6v、0.5a的蓄电池充电，应组成怎样的电路？需要这样的光电池多少个？（充电电源电压应比被充电电池电压高1伏左右）
解：光电池用于能量转换时，输出电压一般取开路电压的0.8倍，这时输出电流约为0.8isc=40ma , 输出电压0.44伏。需用n1?毫安的电流，需要n2?池串、并联供电。
50040
?13
6.0?1.00.44
?16
个电池串联供电。每支路提供40
条支路并联。共需用n?n1n2?16?13?208个这样的电
12、具有上题所示特性的光敏电阻，用于右图所示的电路中。若光照度为e＝（400＋50sin?t）lx，求流过r2的微变电流有效值和r2所获得的信号功率。
解：设光照度变化频率?和电容量c足够大，则电容交流短路。交流等效负载为r1和r2的并联值，r∥=2k?。
ur0?r11
?
3014.0?10
?4
?6.00?10
?2.5k
?3
（安）。
光照度最大时，总电流
imax?
u1gmax
?r11
?
3014.5?10
?4
?6.35?10
?2.5k
?3
（安）
所以交变电流的峰值电流是imax=6.35-6.00=0.35(ma)，通过r2的峰值电流是：
i2max?
