思考题与习题3

3.1 试比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线，说明它们的差异。

3.2 写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。

3.3 比较2CU型硅光电二极管和2DU型硅光电二极管的结构特点，说明引入环极的意义。

3.4 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么PN结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107Hz？怎样提高硅光电二极管的频率响应？

3.5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？

3.6 硅光电池的内阻与哪些因素有关？在什么条件下硅光电池的输出功率最大？

3.7 光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？

3.8 在室温300 K时，已知2CR21型硅光电池（光敏面积为5 mm × 5 mm）在辐照度为100 mW/cm2时的开路电压为Uoc=550 mV，短路电流Isc=6 mA。试求：

（1）室温情况下，辐照度降低到50 mW/cm2时的开路电压Uoc与短路电流Isc。

（2）当将该硅光电池安装在如图3-44所示的偏置电路中时，若测得输出电压Uo=1 V，求此时光敏面上的照度。

3.9 已知2CR44型硅光电池的光敏面积为10 mm × 10 mm，在室温为300 K、辐照度为100 mW/cm2时的开路电压 Uoc= 550 mV，短路电流 Isc= 28 mA。试求：辐照度为200 mW/cm2时的开路电压Uoc、短路电流Isc、获得最大功率的最佳负载电阻RL、最大输出功率Pm和转换效率ηm。

3.10 已知光电三极管变换电路及其伏安特性曲线如图3-45所示。若光敏面上的照度变化e=120+80sinωt（lx），为使光电三极管的集电极输出电压为不小于4 V的正弦信号，求所需要的负载电阻RL、电源电压Ubb及该电路的电流、电压灵敏度，并画出三极管输出电压的波形。

3.11 利用2CU2光电二极管和3DG40三极管构成如图3-46所示的探测电路。已知光电二极管的电流灵敏度Si=0.4 μA/μW，其暗电流ID=0.2 μA，三极管3DG40的电流放大倍率β=50，最高入射辐射功率为400 μW时的拐点电压UZ=1.0 V。求入射辐射功率最大时，电阻 Re的值与输出信号 Uo的幅值。入射辐射变化50 μW时的输出电压变化量为多少？

3.12 试说明楔环探测器、4象限光生伏特探测器件、线阵列光生伏特探测器件的功能及其应用。

3.13 画图说明用4象限光生伏特探测器件检测光点的二维偏移量的测量方法。

3.14 试分析非晶硅集成全色色敏器件与双色硅色敏器件在结构与测色原理上的差异。

3.15 何谓PSD器件？PSD器件有几种基本类型？你能设计出用1维PSD来探测光点在被测体上的位置吗？

3.16 为什么越远离PSD几何中心位置的光点，其位置检测的误差越大？

3.17 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确）。

① 用光电法测量某高速转轴（15000r/min）的转速时，最好选用（ ）为光电接收器件。

A. PMT

B. CdS光敏电阻

C. 2CR42硅光电池

D. 3DU型光电三极管

② 若要检测脉宽为10 -7s的光脉冲，应选用（ ）为光电变换器件。

A. PIN型光电二极管

B. 3DU型光电三极管

C. PN结型光电二极管

D. 2CR11硅光电池

③ 硅光电池在（ ）偏置时，其光电流与入射辐通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

A．恒流

B．自偏置

C．零伏偏置

D．反向偏置

④ 硅光电池在（ ）情况下有最大的功率输出。

A．开路

B．自偏置

C．零伏偏置

D．反向偏置

3.18 如图3-47所示的光电变换电路中，若已知光电三极管3DU2的暗电流可以忽略不计，电流灵敏度 SI= 15 μA/lx，电阻RL=51 kΩ，三极管9014的电流放大倍率为120倍，若要求该光电变换电路在照度变化200 lx范围的情况下，输出电压的变化不小于2.5 V。问：

（1）电流I1、I2、IB、IC的方向如何（画在电路图上）？

（2）电阻RB与RC的值应为多少？

（3）当背景的照度为10 lx时，流过光电三极管的电流I1为多少？