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徐州工程学院试卷2011—2012学年第二学期课程名称《光电子技术》试卷类型A考试形式闭卷考试时间100分钟命题人滕道祥2011年6月12日使用班级09应用物理学
(1)教研室主任年月日教学院长年月日题号一二三四五六七八总分总分2410208810812100得分姓名班级 学号
一、填空题(共12小题,每题2分,共计24分)将正确的答案填写在题中规定的位置上
1、能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射,并且在每一个方向都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体显然,黑体的吸收系数为1,发射系数为
12、如图所示为光伏发电切换式并网系统的结构图,请填写下面方框中的内容
3、CCD是一种金属氧化物半导体结构的电荷耦合器件,它的结构和工作方式是一种秘排的MOS,能存储入射的光信息电荷,并以电荷包传输,实现自扫描
4、LED是由多层很薄掺杂半导体材料制成的固体光源,它的发光原理是LED一层带过量的电子,另一层带过量的空穴,当有电流通过时,电子和空穴中和放出能量而发光
5、由于人眼只对光子能量等于或大于
1.8eV,λ≤
0.7(
0.62—
0.78)μm的光线感光,因此可见光发光二极管所选择的半导体,其禁带宽度必须大于此极限值
6、若可以将人体作为黑体,正常人体温的为
36.5℃,那么正常人体所发出的辐射出射度为
520.3W/m2,正常人体的峰值辐射波长为
9.36μm
7、光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类内光电效应是被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质内部运动,使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象
8、光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象
9、硅光电二极管,总是在正向偏压下工作无光照时Id≈Iso有光照时Ip与Iso同向
10、完成下列光通信原理示意图中的空白内容
11、凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻改变,导致负载电阻两端电压的变化,并给出电信号的器件叫做热敏电阻
12、光电倍增管(Photo-multipletube简称为PMT)是一种真空光电发射器件,如图所示为光电倍增管原理示意图它主要由光入射窗、倍增极电子光学系统、光电阴极和阳极等部分组成
二、选择题(共10小题,每题2分,共计10分)每小题中只有一个正确答案,将正确的答案填写在题后括号内
1、下列关于光电池温度特性说法中错误的是(D)当温度升高时A、光谱响应向长波方向移动B 、开路电压下降C 、短路电流升高D、短路电流下降
2、下列各图中关于光伏探测器的电路工作模式是光伏模式(R内RL相当恒压源)的是(A)ABCD
3、黑体辐射定律中的基尔霍夫定律的意义是任何不透明材料的发射率在数值上(A)A、等于同温度的吸收率;B、等于同频带的吸收率;C、等于同颇长的吸收率
4、一般光电池的光谱响应特性表示在入射光能量保持一定的条件下光电池所产生的短路电流与入射光波长之间的关系一般用相对响应表示下列关于光电池光谱特性说法中错误的是(D)A、长波阈取决于材料的禁带宽度B、 短波阈受材料表面反射损失的限制C、峰值波长不仅与材料有关,还随制造工艺、环境温度而移动人眼视见函数有相似的光谱响应D、以上说法全是错误的
5、一般人所指的白光是指白天所看到的太阳光,理论上分析后发现其蕴含自400-700nm范围的连续光谱根据LED的发光原理,为了让它发白光,工艺上必须混合两种以上互补光而成,下列关于常用来形成白光LED的组合方式错误的有(D)A、基于蓝光LED,通过荧光粉激发一个黄光,组合成为白光B、通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光C、基于紫外光LED,通过三基色粉,组合成为白光D、基于蓝光LED,通过荧光粉激发一个红光,组合成为白光
三、问答题(共4小题,共计20分)
1、以方框图说明太阳能电池生产工艺流程(方框图水平列写,各工序的填料和排放物可以不写)6分
2、
2、请你设计出一个简单的由光敏电阻作光电敏感器件的照明灯光自动控制电路(6分)
3、简述什么叫光磁电效应(3分)在半导体上外加磁场,磁场的方向与光照方向垂直,当半导体受光照产生丹培效应时,由于电子和空穴在磁场中的运动会受到洛伦兹力的作用,使它们的运动轨迹发生偏转,空穴向半导体的上方偏转,电子偏向下方结果在垂直于光照方向与磁场方向的半导体上、下表面产生伏特电压,成为光磁电场这种现象被称为半导体的光磁电效应
4、画出硅电池的结构图,并简述它的伏安特性(5分)
四、计算题.(8分)在如图所示的恒流偏置电路中,已知电源电压为12V,Rb为820Ω,Re为
3.3kΩ,三极管的放大倍率不小于80,稳压二极管的输出电压为4V,光照度为40lx时输出电压为6V,80lx时为8V(设光敏电阻在30到100lx之间的g值不变)试求
(1)输出电压为7伏的照度为多少勒克司?
(2)该电路的电压灵敏度(V/lx)解根据已知条件,流过稳压管DW的电流满足稳压二极管的工作条件(…….1分)
(1)根据题目给的条件,可得到不同光照下光敏电阻的阻值将Re1与Re2值代入γ值计算公式,得到光照度在40~80lx之间的γ值输出为7V时光敏电阻的阻值应为此时的光照度可由γ值计算公式获得E3=
54.45(lx)(…….5分)
(2)电路的电压灵敏度SV(…….2分)
五、(8分)假设两块光栅的节距为
0.2mm,两光栅的栅线夹角为1°,求所形成的莫尔条纹的间隔若光电器件测出莫尔条纹走过10个,求两光栅相互移动的距离?解(……5分)(……3分)
六、(10分)设计有两个30W大功率白光LED灯串联的驱动电路30W的LED灯的有关参数为工作电流为2400mA,正向压降为
10.6~
11.4V,VDROP取3V(提示计算镇流电阻R及其功率、驱动电路的输入电压、驱动电路的效率)解⑴恒流设定电阻R的计算R=
1.25v/IO=
1.25v/
2.4A=
0.52Ω取
0.51Ω标准植(……2分)⑵R的功耗PD的计算PD=IO2R=
2.4A2×
0.51Ω=
2.93W取5W(……3分)⑶输入电压VIN的计算VIN=VDROP+
1.25V+∑VF计算时当取VF=
10.6v,∑VF=2×
10.6=
21.2v,VDROP为3v,则VIN=
25.45v由设计要求,计算时VF若按正向压降最大值计算,则∑VF=2×
11.4=
22.8v;设VDROP为3v,则VIN=
27.05v(……3分)⑷转换效率的计算η=∑VF/VIN=
22.8/
27.05=
82.9%由于工作电流为
2.4A,所以选用LM350(……2分)
七、(8分)用2CU2D光电二极管探测激光器输出的调制信号φeλ=20+5sinωt(μW)的辐射通量时,若已知电源电压为15V,2CU2D的光电流灵敏度Si=
0.5μA/μW,结电容Cj=3pF,引线分布电容Ci=7pF,试求负载电阻RL=2MΩ时该电路的偏置电阻RB为多少?并计算输出最大电压信号情况下的最高截止频率为多少?解首先求出入射辐通量的峰值(……2分)再求出2CU2D的最大输出光电流(……2分)设输出信号电压最大时的偏置电阻为,则可得(……2分)输出电压最大时的最高截止频率为(……2分)
八、(12分)设计一住宅太阳能光伏系统,房顶有效面积36m2;房顶正南向,倾斜300;家庭年总消费量为3000KW•h;太阳能组件100W、35V、985mm×885mm;设置场所的年平均日射量为4kW•h/m2;功率调节器输入电压DC220V计算
(1)满足年消费量的太阳能容量(系数R=
1.
1、K=
0.77);
(2)太阳能电池组件的必要枚数(一组太阳能组件约占面积6m2)解
(1)(……8分)
(2)太阳能电池组件的必要枚数为
2.935*1000/100=
29.3取30枚(……4分)太阳电池逆变器交流负载蓄电池电网切换器多晶硅片(原料)拆封装炉单晶控制拆炉取出单晶单晶切割、剖方切片腐蚀、清洗甩干包装S1废包装材料氩气冷却水密封,1400℃S2边角料G1氩气G2HCl、HF、H2W1含HCl、HF废水W2含NaOH废水L1含NaOH废液纯水、氮气G3氮气W3清排水包装材料。