引起输出电压U0变化，分别写出这两种电路dU0的表达式。

3.17叙述光电池的工作原理以及开路电压、短路电流与光照度的关系。为什么光电池的输出与所接的负载有关系？ （1）工作原理

光电池是一个简单得PN结。当光线照射PN结时，PN结将吸收入射光子。如果光子能量超过半导体材料的禁带宽度，则由半导体能带理论可知，在PN结附近会产生电子和空穴。在内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，使N区聚集大量的电子而带上负电，在P区聚集大量的空穴而带上正电。于是在P区和N区之间产生了电势，成为光生电动势。如果用导线或电阻把N区和P区连接起来，回路中就会有光电流I流过，电流方向是由P区流向N区。（6分）

（2）光电池的电动势即开路电压与照度成非线性关系，在照度光电池的短路电流与照度成线性关系（4分）

（3）当负载电阻较大时，光电流流过负载电阻时，必然使外加电场增大，由于外电场的方向是与内电场方向相反，故要削弱内电场的强度，从而使光生的电子和空穴不能移过PN结，使对外输出的光电流减少。（5分）

3.20 2CR和2DR，2CU和2DU在结构上有何主要区别？2DU光电二极管增设环极的目的是什么？画出正确接法的线路图，使用时环极不接是否可用？为什么？ 硅光电池按基底材料不同分为2CR和2DR 。2CR为N型单晶硅，2DR为P型单晶硅。按衬底材料的不同，硅光电二极管分为2CU和2DU两种系列。2DU光电二极管增设环极的目的是为了减少暗电流和噪声。

3.21说明PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？ 工作原理：PIN管加反向电压时，势垒变宽，在整个本征区展开，耗尽层宽度基本上是

I区的宽度，光照到I层，激发光生电子空穴时，在内建电场和反向电场作用下，空穴向P区移动，电子向N区移动，形成光生电流，通过负载，在外电路形成电流。特点：频带宽，线性输出范围宽。优点：1，工作电压比较低，一般为5V。2，探测灵敏度比较高；3，内量子效率较高；4，响应速度快；5，可靠性高；6，PIN管能低噪声工作。 工作原理：当光电二极管的PN结上加相当大的反向偏压时，在耗尽层内将产生一个很高的电场，它足以使在该强电场区产生和漂移的光生载流子获得充分的动能，电子空穴与晶格原子碰撞，将产生新的电子空穴对。新的电子空穴对在强电场作用下，分别向相反的方向运动，在运动过程中，又可能与原子碰撞，再一次产生新的电子空穴对。如此反复，形成雪崩式的载流子倍增。特性：灵敏度高，响应速度快；

PIN光电二极管因由较厚的i层，因此p-n结的内电场就基本上全集中于i层中，使p-n结的结间距离拉大，结电容变小，由于工作在反偏，随着反偏电压的增大，结电容变的更小，从而提高了p-n光电二极管的频率响应。

由于PIN管耗尽层变宽，这就相当于增大了结电容之间的距离，使结电容变小，而且耗尽层的厚度随反向电压的增加而加宽，因而结电容随着外加反向偏压的增大而变得更小。同时，由于I层的电阻率很高，故能承受很高的电压，I层电场很强，对少数载流子漂移运动起加速作用，虽然渡越距离增大一些，但少数载流子的渡越时间相对还是短了。总之，由于结电容变小，载流子渡越耗尽层的时间短，因此PIN管的特性好。

3.23光电二极管2CU2E，其光电灵敏度S=0.5μA/μW，拐点电压U =10V，输入辐射功率 =（5+3sin t）μW，偏置电压Ub=40V，信号由放大器接收，求取得最大功率时的负载电阻Rb和放大器的输入电阻R 的值，以及输入给放大器的电流、电压和功率值。

3.24图3.97中，用2CU型光电二极管接收辐射通量变化为 =（20+50sinwt）μW的光信号，其工作偏压Ub=30V，拐点电压Um=10V，且Rb=RL。2CU的参数是：光电灵敏度S=0.6μA/μW，结电容Cj=3pF，分布电容C0=3pF。试计算：1.

3.25用光电三极管3DU12探测交变信号。结电容Cj=8pF，放大器的输入电容Ci=5pF，输入电阻r=10k计算变换电路中频时的输出电压U0上限频率f

3.26设计光控继电器开关电路。已知条件：光电晶体管3DU15的S=1μA/lx，继电器K的吸合电流为10mA，线圈电阻1.5kΩ。要求光照大于200lx时继电器J吸合。

3.27试述PSD的工作原理，与象限探测器相比，PSD有什么优点？ PSD是利用离子注入技术制成的一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件，分为一维和二维两种。当入射光是非均匀的或是一个光斑时，其输出与光的能量中心有关。与象限探测器相比，PSD的优点有：对光斑的形状无严格要求；光敏面上无象限分隔线，对光斑位置可进行连续测量，位置分辨率高，可同时检测位置和光强。

3.28光电发射和二次电子发射有哪些不同？简述光电倍增管的工作原理。 光电发射是光轰击材料使电子逸出，二次电子发射是电子轰击材料，使新的电子逸出。

1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。

2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。

3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。

4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压

3.29光电倍增管中的倍增极有哪几种结构？每一种的主要特点是什么？ 鼠笼式：结构紧凑，体积小；但灵敏度的均匀性稍差。 直线聚焦式：极间电子渡越时间的离散性小，时间响应很快，线性好：但绝缘支架可能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性。 盒栅式：电子的收集效率较高，均匀性和稳定性较好；但极间电子渡越时间零散较大。 百叶窗式：工作面积大，与大面积光电阴极配合可制成探测弱光的倍增管;但极间电压高，有时电子可能越级穿过，从而，收集率较低，渡越时间离散较大。

近贴栅网式：极好的均匀性和脉冲线性，抗磁场影响能力强。

微通道板式：尺寸大为缩小，电子渡越时间很短，响应速度极快，抗磁场干扰能力强，线性好。

3.30 (a)画出具有11级倍增极，负高压1200V供电，均匀分压的光电倍增管的工作原理，分别写出各部分名称及标出Ik，Ip和Ib的方向。

(b)若该倍增管的阴极灵敏器Sk为20μA/lm，阴极入射的照度为o.1lx，阴极有效面积为2cm2 ,各倍增极发射系数均相等（σ=4），光电子的收集率为0.98，各倍增极电子收集率为0.95，试计算倍增系统的放大倍数和阳极电流。 (c)设计前置放大电路，使输出的信号电压为200mV,求放大器的有关参数，并画出原理图

（a）如图

（b）阴极电流：Ik=Sk?Φ=20?10?0.1?2?10

-6

-4

=4?10A

-10